CN104594868B - 多点控制水力压裂增透消突方法 - Google Patents
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Abstract
多点控制水力压裂增透消突方法，包括以下步骤：在每两排抽采孔中间布置一组水力压裂孔，抽采孔作为控制孔，其均匀地布置于水力压裂孔四周，对水力压裂孔和控制孔分别进行有效的封孔，封孔后用注水泵向水力压裂孔中注水进行压裂，观察注水泵的水压变化，当压力突然下降或者控制孔有出水现象时，关闭泄压阀，压裂程序结束。压裂结束后连接抽采管路进行抽采。本发明的有益效果是，在对低透气性煤层进行水力压裂时，实现定向控制煤层增透方向，有效地扩大煤层泄压范围，降低对水力压裂注水泵的设备要求，有效利用煤层抽采钻孔，实现快速消突的目的。
Description
技术领域
本发明属于煤层增透快速增产技术领域，具体涉及一种多点控制水力压裂增透消突方法。
背景技术
目前，煤层水力压裂是将注水泵将高压水注入煤层中，在煤层中形成人工裂缝或扩大已有裂缝，使煤体破坏并产生位移，增加煤层透气性，从而取得良好的瓦斯抽采效果。但是，目前的水力压裂方法主要采用的是单孔压裂，增透方向不确定，易引起应力集中，同时需要压裂泵水压高，设备要求高，且无法充分有效利用煤层中的抽放孔，造成工程中的浪费。
在我国，煤与瓦斯突出是煤矿生产中重要的瓦斯灾害事故，对煤层瓦斯进行抽放是一项有效的措施，随着煤矿开采深度的增加，煤层透气性低成为影响瓦斯抽放效率的重要因素，在单一低透气性煤层中采用水力压裂可以有效的扩大泄压范围，增大煤层透气性，但是传统的水力压裂由于裂隙传播的方向无法得到控制，造成泄压不均匀，易引起局部应力集中。已有的定向水力压裂技术水力射孔辅助压裂技术工艺、操作比较繁琐，特别是对于下向孔排渣也没得到很好地解决。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，为了避免实施水力压裂措施后造成煤层局部应力集中，达到整体卸压的压裂效果，同时有效的利用煤层瓦斯抽放钻孔，减少工程量，本发明提供一种多点控制水力压裂增透消突方法，该方法可有效改善压裂后应力集中问题，形成较大的泄压增透范围。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：多点控制水力压裂增透消突方法，包括以下步骤，
1） 在底板岩巷通过穿层钻孔的方式在煤层每间隔一定距离施工数排抽采孔，在每两排抽采孔的中间布置一组水力压裂孔，抽采孔即为控制孔，控制孔均匀环绕于水力压裂孔四周；
2） 使用自封式封孔器放入水力压裂孔和控制孔内，进行有效的封孔；
3） 用高压水泵向水力压裂孔内注入高压水，观察注水泵压的变化，并做好记录，采用动压注水，逐步加压，观察压力稳定性；
4） 持续加压30-60min，当煤体压裂、水泵压力突然下降后，压力持续到下降幅度达30%时，或发现控制孔有出水现象，停止压裂，关闭泄压阀，压裂工序结束；
5） 对每个水力压裂孔均对比压裂前、后抽采瓦斯浓度及抽采纯量的数值并加以计算，判断压裂效果；
6） 压裂后连续抽采并跟踪监测10d，考察其抽采效果。
对于松软低透气性煤层，采用穿层钻孔的方式，从底板岩巷向煤层打水力压裂孔和抽采孔，水力压裂孔和抽采孔的布置方式，布置数目，孔径大小，依据数值模拟结果确定；根据现场的地质数据，模拟出水力压裂从破裂到裂缝扩展所需要的水压，结合现场选取注水高压水泵。
步骤5）中根据压裂前、后抽采瓦斯浓度，抽采纯量的变化来判断多点控制水力压裂的实践效果。
采用上述技术方案，本发明采用以下原理：在每两排抽采孔中间布置一组水力压裂孔，抽采孔作为控制孔，其均匀地布置于水力压裂孔四周，对水力压裂孔和控制孔分别进行有效的封孔，封孔后用注水泵向水力压裂孔中注水进行压裂，观察注水泵的水压变化，当压力突然下降或者控制孔有出水现象时，关闭泄压阀，压裂程序结束。压裂结束后连接抽采管路进行抽采。在压裂过程中，由于抽采孔的辅助自由面作用，对水力压裂孔产生的裂纹具有导向和加速扩展的作用，并诱导裂隙从水力压裂孔向四周的控制孔方向发展，达到均匀压裂的目的。
本发明的有益效果是，在对低透气性煤层进行水力压裂时，实现定向控制煤层增透方向，有效地扩大煤层泄压范围，降低对水力压裂注水泵的设备要求，有效利用煤层抽采钻孔，实现快速消突的目的。
附图说明
图1是本发明中底板岩巷外段水力压裂孔和控制孔的立面布置示意图；
图2是图1中煤层中水力压裂孔和控制孔的平面布置示意图；
图3是压裂前、后钻孔瓦斯抽放浓度分析图；
图4是压裂前、后钻孔瓦斯流量分析图。
图1和图2中的附图标记分别为：1-下顺槽，2-控制孔（抽采孔），3-水力压裂孔，4-煤层，5-标高，6-底板岩巷。
具体实施方式
本发明的多点控制水力压裂增透消突方法，包括以下步骤：
1） 在底板岩巷通过穿层钻孔的方式在煤层每间隔一定距离施工数排抽采孔，在每两排抽采孔的中间布置一组水力压裂孔，抽采孔即为控制孔，控制孔均匀环绕于水力压裂孔四周；
2） 使用自封式封孔器放入水力压裂孔和控制孔内，进行有效的封孔；
3） 用高压水泵向水力压裂孔内注入高压水，观察注水泵压的变化，并做好记录，采用动压注水，逐步加压，观察压力稳定性；
4） 持续加压30-60min，当煤体压裂、水泵压力突然下降后，压力持续到下降幅度达30%时，或发现控制孔有出水现象，停止压裂，关闭泄压阀，压裂工序结束；
5） 对每个水力压裂孔均对比压裂前、后抽采瓦斯浓度及抽采纯量的数值并加以计算，判断压裂效果；
6） 压裂后连续抽采并跟踪监测10d，考察其抽采效果。
对于松软低透气性煤层，采用穿层钻孔的方式，从底板岩巷向煤层打水力压裂孔和抽采孔，水力压裂孔和抽采孔的布置方式，布置数目，孔径大小，依据数值模拟结果确定；根据现场的地质数据，模拟出水力压裂从破裂到裂缝扩展所需要的水压，结合现场选取注水高压水泵。
步骤5）中根据压裂前、后抽采瓦斯浓度，抽采纯量的变化来判断多点控制水力压裂的实践效果。
本发明在每两排抽采孔中间布置一组水力压裂孔，抽采孔作为控制孔，其均匀地布置于水力压裂孔四周，对水力压裂孔和控制孔分别进行有效的封孔，封孔后用注水泵向水力压裂孔中注水进行压裂，观察注水泵的水压变化，当压力突然下降或者控制孔有出水现象时，关闭泄压阀，压裂程序结束。压裂结束后连接抽采管路进行抽采。在压裂过程中，由于抽采孔的辅助自由面作用，对水力压裂孔产生的裂纹具有导向和加速扩展的作用，并诱导裂隙从水力压裂孔向四周的控制孔方向发展，达到均匀压裂的目的。
在低透气性煤层中采用本发明的技术方案。下面以某矿采用多点控制水力压裂技术试验为例进行说明。
在图1和图2所示的实施例中，在底板岩巷6外段每两排抽采孔中间布置一组水力压裂孔3，压裂的对象为煤层4中的抽采钻孔为控制孔2，水力压裂孔3直径为75mm，控制孔2的孔径不小于75mm，控制孔2均匀位于水力压裂孔3的四周，在注水前对控制孔2和水力压裂孔3进行有效的封孔，之后用高压水泵向水力压裂孔3内注入高压水。之后观测高压水泵上的水压示数，当压力突然下降或者控制孔2出水时，压裂工序结束。
如图3和图4所示，图中1号孔和2号孔均是控制孔，对多点控制水力压裂的效果进行验证，根据观察压裂前、后抽采瓦斯浓度，抽采纯量来判断压裂效果。压力后连续跟踪监测10d，考察其抽采效果。压裂前对抽采孔进行取样分析，钻孔抽采瓦斯浓度普遍比较低，最高浓度7％，最低为4％，平均为5％；抽采纯量最高为0.007 m3/min，最低纯量为0.001m3/min，平均为0.004m3/min。压裂后对在抽压裂孔、观测孔取样分析。压裂孔抽采浓度最高为100％，最低为75％，平均为87％，抽采纯量最高为0.186m3/min，最低为0.106m3/min，平均为0.146m3/min。控制孔抽采浓度最高为40％，最低为25%，平均为32%；抽采纯量最高为0.1m3/min，最低为0.035m3/min，平均为0.06m3/min。压裂孔抽采瓦斯浓度高，流量大，效果好，其次为受压裂影响控制孔。压裂孔抽采瓦斯浓度为控制孔的3.5倍，为压裂前的17倍；压裂孔抽采瓦斯纯量为控制孔孔的2.4倍，为压裂前的20倍。其抽采效果良好，在消除煤与瓦斯突出危险性的同时，带来很大的经济利益。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.多点控制水力压裂增透消突方法，其特征在于：包括以下步骤，
1） 在底板岩巷通过穿层钻孔的方式在煤层每间隔一定距离施工数排抽采孔，在每两排抽采孔的中间布置一组水力压裂孔，抽采孔即为控制孔，抽采孔内具有辅助自由面，控制孔均匀环绕于水力压裂孔四周；
2） 使用自封式封孔器放入水力压裂孔和控制孔内，进行有效的封孔；
3） 用高压水泵向水力压裂孔内注入高压水，观察注水泵压的变化，并做好记录，采用动压注水，逐步加压，观察压力稳定性；
4） 持续加压30-60min，当煤体压裂、水泵压力突然下降后，压力持续到下降幅度达30%时，或发现控制孔有出水现象，停止压裂，关闭泄压阀，压裂工序结束；
5） 对每个水力压裂孔均对比压裂前、后抽采瓦斯浓度及抽采纯量的数值并加以计算，判断压裂效果；
6） 压裂后连续抽采并跟踪监测10d，考察其抽采效果。
2.根据权利要求1所述的多点控制水力压裂增透消突方法，其特征在于：对于松软低透气性煤层，采用穿层钻孔的方式，从底板岩巷向煤层打水力压裂孔和抽采孔，水力压裂孔和抽采孔的布置方式，布置数目，孔径大小，依据数值模拟结果确定；根据现场的地质数据，模拟出水力压裂从破裂到裂缝扩展所需要的水压，结合现场选取注水高压水泵。
3.根据权利要求1或2所述的多点控制水力压裂增透消突方法，其特征在于：步骤5）中根据压裂前、后抽采瓦斯浓度，抽采纯量的变化来判断多点控制水力压裂的实践效果。
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