CN107676126B - 一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法，该方法主要针对硬度低、瓦斯含量高和透气性低的煤层。首先采用常规方法对煤层地应力、地质信息、裂隙发育情况进行测试，根据测试结果，以压裂孔为中心，将压裂区域划分四个部分，利用检验孔和微震技术监测裂隙发展方向。当压裂方向上某个检验孔出现压裂液或微震监测到信号则暂停压裂作业，在此方向上距离压裂孔30cm的位置施工拦截孔并进行封堵，待凝固后，继续压裂作业，直至四个部分全部被压裂。本发明解决了水力压裂过程中裂隙延伸方向探测不明的难题，结果可靠，能够实现煤层区域压裂和增透的目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法的施工工艺，适用于煤矿井下煤层顺层水力压裂增透工作。
背景技术
我国煤炭赋存地质条件复杂，煤层大多具有硬度低、瓦斯含量高和透气性低等特点，煤层增透是提高瓦斯抽采效果的关键技术，水治瓦斯是目前最常用的煤层增透技术。近年来，很多煤炭企业进行了多种水治瓦斯的试验，取得了较好的成果，其中水力压裂技术增透效果最为显著，但目前的水力压裂技术尚存在以下问题：井下水力压裂大多是局部压裂，对于压裂区域不能完全压透；无法确定水力压裂的过程中裂隙延伸方向。针对目前水力压裂技术存在的问题，急需进一步深化研究，创新压裂工艺，建立健全压裂影响范围考察评判方法，实现压裂区域的完全压裂，同时对压裂增透过后抽采效果的影响范围进行进一步考察，真正完善压裂体系。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法，该方法因其可以在现场水力压裂过程中实现压裂区域的完全压裂，施工工序简单，能够有效地增加煤层瓦斯的抽采效率，很大程度上降低煤层中煤与瓦斯的突出事故，适宜在煤矿推广使用。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法，该方法包括如下步骤：
a.采用常规方法对煤层地应力、地质信息、裂隙发育情况进行测试；
b.在选定的压裂煤层打压裂孔，并采用常规方法进行耐高压封孔；
c.以压裂孔为中心，根据压裂区域地质信息、裂隙发育情况、顶底板完整情况以及“裂隙垂直于最小主应力方向延伸”的原则，按照裂隙优先延伸的顺序划分压裂区域，依次为△OAB、△OBC、△OCD、△ODA四个区域；
d.在压裂孔左右20m及顶底板处施工检验钻孔；
e.对压裂孔进行压裂作业，在压裂过程中，利用微震技术监测裂隙的发育情况；
f.出现以下情况之一后暂停压裂作业，确定压裂方向：当某个检验孔出现压裂液；微震监测到明显的延展信号，并能判断压裂裂隙已延展到△OAB、△OBC、△OCD、△ODA中的一个区域；
g.在确定的压裂方向中，在距离压裂孔30cm的位置施工2～3个一次拦截孔并进行封堵；
h.拦截孔封堵材料凝固后，继续压裂作业，并以步骤e确定压裂方向；
i.重复步骤e、f、g、h，直至△OAB、△OBC、△OCD、△ODA四个区域全部被压裂，结束压裂作业。
作为本发明的一种优选方案，所述的压裂区域，应满足区域边界距离煤层顶底板为煤层厚度的1/5。
作为本发明的另一种优选方案，所述的裂隙优先延伸，应至少满足以下条件之一：压裂煤层存在软分层；压裂区域内有断层；垂直于最小主应力；顶板完整度不好；底板完整度不好。
作为本发明的又一种优选方案，所述的检验钻孔的倾角、方位角与压裂孔保持一致，孔径取压裂孔的2/3，孔深超过压裂孔5m，封孔长度和抽采钻孔相当。
作为本发明的一种改进方案，所述的拦截孔的倾角、方位角与压裂孔保持一致，孔径取压裂孔的2/3，孔深超过压裂孔5m，全孔使用水泥浆液带压封堵。
作为本发明的另一种改进方案，所述的微震监测技术可用测试快速测定煤层含水率的方法代替。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1、本发明在压裂前采用常规方法对煤层地应力、地质信息、裂隙发育情况进行测试，选定压裂煤层打压裂孔，在压裂过程中，利用微震技术监测裂隙的发育情况，确定裂隙的延伸方向，在确定的压裂方向中，在距离压裂孔30cm的位置施工2～3个一次拦截孔并进行封堵，可以有效的控制压裂范围，从而确保压裂的效果。
2、该方法因水力压裂效果显著，快捷高效，能够有效地对煤层进行水力压裂，保证了抽放煤层瓦斯的正常进行，适宜在煤矿推广使用。
附图说明
图1为利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法示意图；
图2为利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法a-a剖面图；
图3为利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法b-b剖面图。
附图中：1—压裂煤层；2—压裂区域；3—压裂孔；4—拦截孔；5—检验孔；6—煤层顶板；7—煤层底板；L—压裂区域边界与煤层顶底板的距离；ABCD—压裂区域。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1-3所示，一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法，包括以下步骤：
1)采用常规方法对煤层地应力、断层、孔隙率、渗透率、含水率、力学强度、顶板和底板的力学强度和完整性等参数进行测试。
2)在选定的压裂煤层打压裂孔，压裂钻孔先用Φ75mm钻头施工成功后，再用Φ94mm直径的钻头扩孔至压裂煤层顶板0.5m，确保压裂管能送至设计压裂层位。
3)压裂钻孔孔口采用毛巾(棉纱)封堵，封堵长度不低于1m，AB胶凝固后方可注浆。
4)压裂孔注浆时，必须采用水泥砂浆机械封孔，水泥和膨胀剂的比例按3.5：1，灰(包括水泥与膨胀剂)与水的比例按2.6:1进行混合，注浆至压裂煤层底板位置。
5)以压裂孔为中心，根据压裂区域地质信息、裂隙发育情况、顶板和底板完整情况以及“裂隙垂直于最小主应力方向延伸”的原则，按照裂隙优先延伸的顺序划分四个区域，依次为△OAB、△OBC、△OCD、△ODA四个区域。
6)在压裂孔左右20m及顶底板处施工检验钻孔，检验钻孔的倾角、方位角与压裂孔保持一致，孔径取压裂孔的2/3，孔深超过压裂孔5m，简单封孔。
7)对压裂孔进行压裂作业，在压裂过程中，利用微震技术监测裂隙的发育情况。
8)出现以下情况之一后暂停压裂作业，并确定压裂方向：当某个检验孔出现压裂液；微震监测到明显的延展信号，并能判断压裂裂隙已延展到△OAB、△OBC、△OCD、△ODA中的一个区域。
9)在确定的压裂方向中，在距离压裂孔30cm的位置施工2～3个一次拦截孔并进行封堵，拦截孔的倾角、方位角与压裂孔保持一致，孔径取压裂孔的2/3，孔深超过压裂孔5m，全孔使用水泥浆液封堵。
10)拦截孔封堵材料凝固后，继续压裂作业，并以步骤e确定压裂方向。
11)重复步骤7)、8)、9)、10)，直至△OAB、△OBC、△OCD、△ODA四个区域全部被压裂，结束压裂作业。
该拦截控制压裂区域的顺层水力压裂方法的施工工艺方法主要包括参数测试(如步骤1))、选定压裂煤层并布置钻孔(如步骤2)、步骤3)、步骤4))、压裂区域编号如(步骤5))、打检验孔(如步骤6))、微震监测(如步骤7))、判定延伸方向(步骤8))、封拦截孔(步骤9))、继续压裂(如步骤10))，在水力压裂过程中要保证压裂孔的畅通如发现堵塞，应及时采取措施疏通。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.采用常规方法对煤层地应力、地质信息进行测试；
b.在选定的压裂煤层打压裂孔，并采用常规方法进行耐高压封孔；
c.以压裂孔为中心，根据压裂区域地质信息、顶底板完整情况以及“裂隙垂直于最小主应力方向延伸”的原则，按照裂隙优先延伸的顺序划分压裂区域，依次为△OAB、△OBC、△OCD、△ODA四个区域；
d.在压裂孔左右20m及顶底板处施工检验钻孔；
e.对压裂孔进行压裂作业，在压裂过程中，利用微震技术监测裂隙的发育情况；
f.出现以下情况之一后暂停压裂作业，确定压裂方向：当某个检验孔出现压裂液；微震监测到明显的延展信号，并能判断压裂裂隙已延展到△OAB、△OBC、△OCD、△ODA中的一个区域；
g.在确定的压裂方向中，在距离压裂孔30cm的位置施工2～3个一次拦截孔并进行封堵；
h.拦截孔封堵材料凝固后，继续压裂作业，并以步骤e确定压裂方向；
i.重复步骤e、f、g、h，直至△OAB、△OBC、△OCD、△ODA四个区域全部被压裂，结束压裂作业。
2.根据权利要求1所述的一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法，其特征在于，所述的压裂区域，应满足区域边界距离煤层顶底板为煤层厚度的1/5。
3.根据权利要求1所述的一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法，其特征在于，所述的裂隙优先延伸，应至少满足以下条件之一：压裂煤层存在软分层；压裂区域内有断层；垂直于最小主应力；顶板完整度不好；底板完整度不好。
4.根据权利要求1所述的一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法，其特征在于，检验钻孔的倾角、方位角与压裂孔保持一致，孔径取压裂孔的2/3，孔深超过压裂孔5m，封孔长度和抽采钻孔相当。
5.根据权利要求1所述的一种利用拦截控制的顺层区域水力压裂方法，其特征在于，所述的拦截孔的倾角、方位角与压裂孔保持一致，孔径取压裂孔的2/3，孔深超过压裂孔5m，全孔使用水泥浆液带压封堵。
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