【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,對低透氣性煤層增透理論及技術應用進行了研究,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)化設計軟件,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關鍵技術,并進行現(xiàn)場應用。結(jié)果表明,通過定點定向定區(qū)域壓裂實現(xiàn)了目標區(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)單進大幅提高,煤礦井下控制水力壓裂是對常規(guī)水力壓裂技術的改進和創(chuàng)新,能有效促進目標區(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，優(yōu)化施工時間、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，參照國際流行軟件的設計風格和操作規(guī)范，模塊化設計，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，壓裂孔的有效封堵是煤礦井下控制水力壓裂的關鍵環(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標號以上的混合水泥漿(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大孔孔徑約1.5m，擴大孔與壓裂孔內(nèi)切封堵時將注漿管和壓裂管送入壓裂孔中和將返漿管送入擴大孔中，使三者的管口位于擴大孔孔口外部，返漿管圖1高承壓鉆孔混合水泥漿封堵結(jié)構(gòu)的管口高于擴大孔的上母線。用聚氨酯在擴大孔的孔口部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標號以上的混合水泥漿(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大孔孔徑約1.5m，擴大孔與壓裂孔內(nèi)切封堵時將注漿管和壓裂管送入壓裂孔中和將返漿管送入擴大孔中，使三者的管口位于擴大孔孔口外部，返漿管圖1高承壓鉆孔混合水泥漿封堵結(jié)構(gòu)的管口高于擴大孔的上母線。用聚氨酯在擴大孔的孔口部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。該封孔方法簡單，封孔效率高、效果好，可有效消除收縮縫對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由于煤礦井下對水力壓裂影響范圍準確識別的需求，需要對壓裂水分布范圍進行有效探測，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，如微地震技術直接近井筒監(jiān)測和分布式聲傳感測控技術(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)測方法并不適用于煤礦。根據(jù)瞬變電磁對水體、金?
【作者單位】： 中國礦業(yè)大學(北京);重慶市能源投資集團科技有限責任公司;重慶科技學院;重慶大學煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室;
【基金】：國家科技重大專項資助項目(2008ZX05015) 重慶市科技攻關資助項目(cstc2012gg-yyjs90001)
【分類號】：TD712.6

【參考文獻】

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本文編號：2550194