水力壓裂論文

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1、煤層水力壓裂增透技術(shù)應(yīng)用劉延超何忠信曹承斌鄭學(xué)斌摘耍：針對較難抽放煤層、采用水利壓裂增透技術(shù)后透氣性增加，抽放濃度增大，消除了瓦斯超限隱患，保證了安全生產(chǎn)。關(guān)鍵詞：水利壓裂、煤層增透道清煤礦北斜井經(jīng)沈陽煤科院測定煤的破壞類型為II?III類，煤的瓦斯放散初速度指標(biāo)AP介于5.41?15.28之間，煤的堅固性系數(shù)f值介于0.18?0.75Z間。屬于較難抽放類型，施工的順層鉆孔、穿層鉆孔往往單孔抽采濃度達不到20%,抽采效果差，煤層開的采往往伴隨著大量瓦斯涌岀，瓦斯報警和瓦斯超限的威脅越來越嚴重?隨著開采深度的增加及地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜化、煤層透氣性差、瓦斯抽采效率低、當(dāng)前瓦斯治理技術(shù)與裝備不能滿足需要，

2、嚴重影響了采煤接續(xù)及安全生產(chǎn)。為解決低透氣性帶來的瓦斯抽采困難的問題，提出了水力壓裂增透技術(shù)，通過實施水力壓裂措施，增大煤體透氣性，擴大鉆孔影響半徑，提高鉆孔瓦斯抽采效率，消除局部應(yīng)力集中，最終達到消除瓦斯超限保證安全生產(chǎn)的目的。1、水力壓裂增透機理分析井下水力壓裂增透技術(shù)是利用高壓注水迫使煤體深部裂隙擴張，空隙增大，從而提高煤層的透氣性，使得游離態(tài)的瓦斯量增多，大大提高了瓦斯抽放效率，試驗表明，裂縫起裂取決于注入時間、注水壓力、通過連續(xù)的高壓水力滲透使煤層內(nèi)部組織不斷受到破壞，煤層裂隙擴大，增多，達到增強煤層透氣性能的效果,從而提高瓦斯抽采效果。2、水力壓裂現(xiàn)場實施2.1鉆孔設(shè)計此次水力壓裂

3、在道清煤礦北斜井-505軌道下延實施3個穿層鉆孔，其中2號孔為水力壓裂鉆孔、1號孔、3號孔為觀測孔。通過水力壓裂，增大鉆機控制-520n）頂高線的煤體透氣性，提高瓦斯抽采效果。水力壓裂孔與瓦斯抽采孔之間間距為10m。2.2鉆孔密封鉆孔密封是順利完成水力壓裂的保證。根據(jù)井下實際施工的情況2號水力壓裂穿層鉆孔前27米為巖石，施工時未出現(xiàn)塌孔現(xiàn)象，為保證順利完成水力壓裂,經(jīng)研究確定水力壓裂鉆孔密封長度30m,鉆孔密封后48h后開始壓裂。封孔材料為馬麗散或黃泥+木楔等。其余孔段采用機械方式進行封孔，封孔材料為425#普通硅酸鹽水泥與白水泥（比例=3.5:1）進行封孔，封孔長度應(yīng)根據(jù)壓裂鉆孔的長度進行確

4、定，具體為鉆孔封孔至5#煤層頂板鈣質(zhì)頁巖與灰?guī)r交界面或直接封至煤巖交接面，詳見圖1。篩管鈣質(zhì)頁巖管?N25*8.5)馬麗散篩管變彳裁畑歸支?N25^.5)a0M25*13)注漿管0D：0”嚴DC0“A0aDO!to?(01(1(ippro圖1壓裂鉆孔封孔示意圖2.3現(xiàn)場壓裂壓裂實施前，需要對注水壓力、流量、注水時間以及壓裂結(jié)束條件等主要參數(shù)進行估算。1）壓裂過程中注水壓力的變化是壓裂進行程度的直觀反映。注水壓力的主要影響因素包括煤層埋深、鄰側(cè)抽采孔布置間距兩個因素。根據(jù)煤層埋深及道清礦壓裂經(jīng)驗，在4層煤進行水力壓裂，抽采孔與壓裂孔間距為10n）時，注水壓力應(yīng)控制在15MPa左右。2）壓裂時間與

5、注水壓力、流量等參數(shù)密切相關(guān)圈。注水過程中，煤體被逐漸壓裂破壞，各種孔裂隙不斷溝通，高壓水在已溝通的裂隙間流動，注水壓力及流量等參數(shù)不斷發(fā)生著變化，注水時間根據(jù)注水過程屮壓力及流量的變化來確定，水力壓裂全過程一般需要3—8h左右。3）壓裂實施過程中，需連續(xù)記錄注水壓力和時間，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，適時調(diào)整壓裂孔注水壓力。根據(jù)鉆孔設(shè)計，此次壓裂孔與鄰側(cè)抽采孔間距為10m.當(dāng)壓裂孔鄰側(cè)抽采孔出現(xiàn)高濃度瓦斯或出水，或者持續(xù)注水泵壓不再上升，或者出現(xiàn)泵壓大栩回落時，立即停泵，壓裂結(jié)束。而在壓裂孔與鄰側(cè)抽采孔Z間的區(qū)域既可以認定為水力壓裂影響區(qū)。在煤體深部，水力壓裂過后裂隙發(fā)育完成，瓦斯通道形成，在抽采負壓

6、的作用下瓦斯陸續(xù)由吸附狀態(tài)變成游離狀態(tài)。隨著水的逐漸排出和滲透，瓦斯的抽采濃度和抽采量曲線呈現(xiàn)“高一低一高”的軌跡。而對于水力壓裂孔影響區(qū)，煤體內(nèi)瓦斯由于受到高壓水的驅(qū)趕，高濃度瓦斯會積聚在鉆孔內(nèi)，進行抽采吋會出現(xiàn)大流量、高濃度瓦斯。3對比與分析1）水力壓裂后，由于煤體裂縫的貫通，透氣性增加，抽放濃度明顯增大，單孔最高抽放濃度為37.5%,非壓裂區(qū)的單孔抽放濃度最高為19%,因此，壓裂區(qū)的單孔最高抽放濃度是非壓裂區(qū)單孔最高抽放濃度的2倍。2）普通孔瓦斯抽采吋，衰減速度快，衰減程度嚴重，在抽采7天后濃度、流最迅速下降，而水力壓裂孔在對比觀測的15天內(nèi)均保持較高水平，且水力壓裂孔多次出現(xiàn)濃度回升。

7、4結(jié)論通過對水力壓裂前后抽放濃度的對比分析可知，水力壓裂使煤層中的裂隙貫通，透氣性增人，提高了抽放效果，使人量的瓦斯被抽岀，消除了瓦斯超限隱患,并且減少了瓦斯向大氣屮的排放量，保護了礦區(qū)環(huán)境，并且保證了生產(chǎn)接續(xù)及安全生產(chǎn)。