【摘要】：為了減少低透氣性煤層瓦斯抽采鉆孔工程量和提高瓦斯抽采效率,對(duì)低透氣性煤層增透理論及技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行了研究,基于煤層控制水力壓裂概念,開發(fā)了煤礦井下水力壓裂數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件,提出了高承壓上向孔和近水平孔的封堵方法,形成了壓裂水分布范圍探測(cè)關(guān)鍵技術(shù),并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。結(jié)果表明,通過定點(diǎn)定向定區(qū)域壓裂實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)區(qū)域煤層的增透,控制水力壓裂前后相比單孔瓦斯抽采量提高了5倍以上,部分工作面瓦斯抽采鉆孔工程量減少了1/3,采掘工作面單產(chǎn)單進(jìn)大幅提高,煤礦井下控制水力壓裂是對(duì)常規(guī)水力壓裂技術(shù)的改進(jìn)和創(chuàng)新,能有效促進(jìn)目標(biāo)區(qū)域煤層增透、提高瓦斯治理效果。
【圖文】：

蟯咚?抽采量為優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化施工時(shí)間、施工排量、施工液量、壓裂半徑等參數(shù)，引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型算法，遵循以數(shù)據(jù)為中心、可視化操作為主體的原則，參照國(guó)際流行軟件的設(shè)計(jì)風(fēng)格和操作規(guī)范，模塊化設(shè)計(jì)，包括統(tǒng)一管理和數(shù)據(jù)錄入、處理、輸出等模塊。2.2水力壓裂孔封堵技術(shù)煤層水力壓裂與常規(guī)油氣壓裂井不同，一般為上向孔和近水平孔，要求封堵質(zhì)量高、封堵成功率高、可操作性強(qiáng)，壓裂孔的有效封堵是煤礦井下控制水力壓裂的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。1)上向壓裂孔的混合水泥漿封孔結(jié)構(gòu)及方法。上向高承壓鉆孔的混合水泥漿封堵結(jié)構(gòu)如圖1所示。封堵方法包括在煤巖體上鉆封堵孔，并在封堵孔內(nèi)繼續(xù)用略小鉆頭鉆進(jìn)形成壓裂孔，成孔后將如圖1所示的封堵結(jié)構(gòu)送入孔中，使壓裂管的出水孔深入壓裂孔中，在壓裂管上緊套木質(zhì)錐套并封堵在壓裂孔孔口。在封堵孔的孔口1m段內(nèi)用聚氨酯封孔并固結(jié)30min，再由注漿管向封堵孔內(nèi)通過注漿泵灌注525標(biāo)號(hào)以上的混合水泥漿(水泥+石膏，灰水質(zhì)量比2.5∶1.0)，直至返漿管返漿，停止注漿并關(guān)閉截止閥，并固結(jié)48h，即完成壓裂孔封堵。這種封堵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，封堵成功率高、效果好，適用于仰角大于5°，特別是大仰角壓裂孔的封堵。2)近水平壓裂孔封孔結(jié)構(gòu)及方法。近水平壓裂孔封孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。包括在壓裂孔孔口形成擴(kuò)大孔孔徑約1.5m，擴(kuò)大孔與壓裂孔內(nèi)切封堵時(shí)將注漿管和壓裂管送入壓裂孔中和將返漿管送入擴(kuò)大孔中，使三者的管口位于擴(kuò)大孔孔口外部，返漿管圖1高承壓鉆孔混合水泥漿封堵結(jié)構(gòu)的管口高于擴(kuò)大孔的上母線。用聚氨酯在擴(kuò)大孔的孔口部1m內(nèi)形成一封孔段，由注漿管向高承壓鉆孔內(nèi)灌注膨脹水泥漿并固結(jié)48h。封孔結(jié)構(gòu)由內(nèi)封孔段和外封孔段組成，外封孔段直徑大于內(nèi)封孔段，上母線高于內(nèi)封孔段上母線，外

鉆頭鉆進(jìn)形成壓裂孔，成孔后將如圖1所示的封堵結(jié)構(gòu)送入孔中，使壓裂管的出水孔深入壓裂孔中，在壓裂管上緊套木質(zhì)錐套并封堵在壓裂孔孔口。在封堵孔的孔口1m段內(nèi)用聚氨酯封孔并固結(jié)30min，再由注漿管向封堵孔內(nèi)通過注漿泵灌注525標(biāo)號(hào)以上的混合水泥漿(水泥+石膏，灰水質(zhì)量比2.5∶1.0)，，直至返漿管返漿，停止注漿并關(guān)閉截止閥，并固結(jié)48h，即完成壓裂孔封堵。這種封堵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，封堵成功率高、效果好，適用于仰角大于5°，特別是大仰角壓裂孔的封堵。2)近水平壓裂孔封孔結(jié)構(gòu)及方法。近水平壓裂孔封孔結(jié)構(gòu)如圖2所示。包括在壓裂孔孔口形成擴(kuò)大孔孔徑約1.5m，擴(kuò)大孔與壓裂孔內(nèi)切封堵時(shí)將注漿管和壓裂管送入壓裂孔中和將返漿管送入擴(kuò)大孔中，使三者的管口位于擴(kuò)大孔孔口外部，返漿管圖1高承壓鉆孔混合水泥漿封堵結(jié)構(gòu)的管口高于擴(kuò)大孔的上母線。用聚氨酯在擴(kuò)大孔的孔口部1m內(nèi)形成一封孔段，由注漿管向高承壓鉆孔內(nèi)灌注膨脹水泥漿并固結(jié)48h。封孔結(jié)構(gòu)由內(nèi)封孔段和外封孔段組成，外封孔段直徑大于內(nèi)封孔段，上母線高于內(nèi)封孔段上母線，外封孔段上一部分與內(nèi)封孔段同步灌注水泥漿形成。該封孔方法簡(jiǎn)單，封孔效率高、效果好，可有效消除收縮縫對(duì)封孔密封效果的影響，承壓能力高，適用于仰角小于5°的近水平壓裂孔封堵。圖2近水平高承壓鉆孔封堵結(jié)構(gòu)2.3水力壓裂影響范圍探測(cè)由于煤礦井下對(duì)水力壓裂影響范圍準(zhǔn)確識(shí)別的需求，需要對(duì)壓裂水分布范圍進(jìn)行有效探測(cè)，為瓦斯抽采孔的安全施工提供保障。油氣開采行業(yè)已形成了較為完善的壓裂范圍診斷技術(shù)，如微地震技術(shù)直接近井筒監(jiān)測(cè)和分布式聲傳感測(cè)控技術(shù)(DAS)等［11－12］，由于煤層賦存的地質(zhì)特征和精確控制的需要，上述監(jiān)測(cè)方法并不適用于煤礦。根據(jù)瞬變電磁對(duì)水體、金?
【作者單位】： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京);重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司;重慶科技學(xué)院;重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動(dòng)力學(xué)與控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國(guó)家科技重大專項(xiàng)資助項(xiàng)目(2008ZX05015) 重慶市科技攻關(guān)資助項(xiàng)目(cstc2012gg-yyjs90001)
【分類號(hào)】：TD712.6

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2550194