地面钻井压裂对井下瓦斯抽采的影响研究

松软低透气性煤层瓦斯治理遇到了技术瓶颈,借助地面压裂对煤层增透的优势来改善井下瓦斯抽采效果是一种解决思路。为研究地面压裂对井下瓦斯抽采的影响,基于地面微震监测对压裂裂缝扩展影响范围进行预测,考察了压裂影响区内外的瓦斯含量、涌出量、煤层透气性、抽采效果、防突指标及掘进速度等参数。研究结果表明:裂缝扩展范围大致是以主裂缝为长轴的椭圆,地面压裂对井下抽采的影响具有时效性,井下抽采滞后地面压裂的时间越短,压裂对抽采的促进作用越明显。     

地面压裂与井下钻孔对接联合抽采技术

针对我国高瓦斯矿井采用单一井下抽采或地面抽采方法,抽采达标时间长,难以满足高产高效需要的技术难题,进行了实验室水力致裂及数值模拟的理论分析,分析了裂缝扩展的影响因素,给出了地面压裂裂缝扩展理论计算方法,为地面压裂造缝、布孔设计等提供理论支撑,研究了地面压裂作业与井下抽采钻孔合理的时间和空间衔接关键参数,实现了地面压裂井与井下钻孔的安全对接和联合压抽,提升了矿井瓦斯抽采效率,有效地保障了矿井安全生产。     

煤层气井地面压裂和井下长钻孔联合抽采技术研究

晋城矿区煤层含气量高、渗透率低,单一的地面或井下抽采效果不理想,为使煤矿安全开采,须结合井下长钻孔部署的局部范围卸压增渗的瓦斯预抽技术,使煤层渗透性得到成倍提高。采用微地震法及电位法等人工裂缝监测技术,对试验井压裂的裂缝形态和有效半径进行了评价,以试验区百米钻孔瓦斯流量、瓦斯浓度等相关参数作为考察对象,分析研究了地面压裂与井下长钻孔施工的时空衔接关系。研究结果表明:试验区地面井压裂影响范围呈椭圆区间,长半轴为120～150 m,短半轴为50～80 m,裂缝形态以水平裂缝为主;压裂影响区内百米钻孔瓦斯流量是压裂区外的1.33～17.50倍,瓦斯体积分数平均提高了35%;地面压裂与井下抽采衔接越紧密抽采效果越好,地面压裂施工后优先施工稳定性较好的煤层顶板钻孔,待压裂裂缝与煤体达到新的动态平衡后再施工顺煤层钻孔;综合考虑抽采效果及井下安全,压裂井井底与已掘巷道、已施工钻孔距离150～200 m为宜。     

煤层气地面井压裂-井下长钻孔抽采技术效果分析

针对单一地面井或井下钻孔抽采瓦斯效果不理想的问题,提出了在地面井煤层压裂增渗的同时,结合井下长钻孔部署的局部范围卸压增渗的方法,使煤层渗透性得到双重提高,进而取得较好的抽采效果。评价了人工裂缝监测技术对地面井煤层压裂的裂缝形态和有效半径,考察了试验区瓦斯含量、百米钻孔瓦斯流量、瓦斯抽采量及浓度等相关参数。结果表明:地面井压裂影响范围呈椭圆区间,长半轴一般为70~100 m,短半轴20~30 m;压裂影响区瓦斯抽采量及浓度明显提高,但随着时间的推移压裂效果逐渐降低。     

煤矿井上下联合抽采瓦斯关键技术研究及应用

为解决煤矿井下压裂增透效果较差难以高效抽采瓦斯的问题，提出了煤矿井上下联合抽采瓦斯的模式，建立了基于地面井与井下钻孔抽采的方法；利用地面老井和井下钻孔通道，形成了一套长距离、多拐弯、大排量及可携砂的地面压裂井下对接技术。获得了水力压裂裂缝破裂扩展规律，给出了不同条件下煤层水力压裂裂缝形态，得到了压裂半径理论计算公式。提出了井上下联合地面井位置优选原则，给出了基于井上下联合的水力压裂设计方案。在寺河矿开展了井上下联合2个压裂孔的增透抽采试验，试验结果表明：1^#压裂孔累积抽采量为50.31万m³,2^#压裂孔的顺层考察孔2和顺层考察孔3抽采瓦斯纯量分别为238.35万m³和129.29万m³，压裂孔及对比考察孔抽采效果分别提高6.34倍、43.8倍及31.37倍，压裂后平均抽采量比原始钻孔提高33.14倍，压裂后煤层具有较好的增透抽采效果。实现了井上下联合抽采瓦斯，对于同类型的矿井具有较好的指导价值。     

煤矿地面水力压裂增透技术研究及应用

为了提高煤层的透气性、强化井下瓦斯抽采,采用地面大排量压裂、井下抽采的井上下联合工艺。通过分析地层应力的分布特点和水压破裂规律,给出水压裂缝的两种典型形态,计算裂纹在平面应力状态下的位移场,得到了基于水力压裂变缝高椭圆压裂形态的压裂半径理论计算公式,为地面压裂设计提供依据。提出了煤矿地面压裂井下抽采的压裂工艺系统,给出了压裂位置的布置原则。在寺河矿进行地面压裂试验,压裂增透后瓦斯抽采量较原始孔提高了3.65倍,压裂孔抽采瓦斯累计量为218.66万m~3,压裂半径120 m,达到了较好的压裂增透效果。     

水力压裂技术强化瓦斯抽采的应用

水力压裂技术是提高低透气性煤层瓦斯抽采效果的一种有效的增透措施。针对煤矿井下低透气性煤层瓦斯抽采浓度低、衰减系数大、抽采时间长且钻孔施工量大等问题,结合现场实际情况,确定压裂所需的仪器设备和工艺参数后,在工作面回风巷实施煤层压裂增透。根据压裂前后的瓦斯抽采参数跟踪记录,两者对比结果表明:对煤层进行压裂增透后,钻孔的最大瓦斯抽采流量和浓度最大可以提高3.65和4.42倍,煤层透气性显著提高,达到了强化瓦斯抽采的目的。     

地面压裂钻井提高煤层瓦斯抽采效果的研究

根据回采工作面回采时开采层瓦斯对工作面的影响,通过分析屯兰矿采掘时瓦斯涌出量分布情况,结合该矿2#煤层透气性系数及以往瓦斯抽采效果的实际情况,在该矿12501工作面施工1个地面钻孔对开采层2#煤层进行压裂试验,同时在12501轨道巷压裂井前后200 m范围内施工顺层钻孔进行抽采,通过对压裂井影响范围内与不在压裂范围的抽采钻孔抽采效果进行对比分析,得出了压裂井对井下压裂影响的范围及压裂井可以增加低透气性煤层瓦斯抽采效果。     

晋城矿区地面压裂与井下抽采时空衔接关系研究

晋城矿区煤层瓦斯含量高、渗透率低,单一的地面或井下抽采已难以满足矿井安全高效生产的需要,为此开展了"地面压裂+井下抽采"立体抽采模式的探索。为掌握地面与井下瓦斯抽采工程在时空上的合理衔接关系,首先利用离散元软件进行了地面水力压裂数值模拟分析,得到压裂裂缝扩展规律及计算公式,并在赵庄煤矿试验验证了其适用性,为预测压裂影响范围提供了量化方法;通过在赵庄、成庄煤矿的现场试验考察,提出了晋城矿区低透气性煤层地面压裂与井下抽采的合理时空衔接参数。提出合理时空衔接关系量化确定方法,可充分发挥"地面压裂+井下抽采"模式的联合抽采优势,为其在全国同类条件矿区的推广应用提供技术支撑。     

煤矿井下控制水力压裂煤层增透关键技术及应用

为了减少低透气性煤层瓦斯抽采钻孔工程量和提高瓦斯抽采效率,对低透气性煤层增透理论及技术应用进行了研究,基于煤层控制水力压裂概念,开发了煤矿井下水力压裂数值模拟与优化设计软件,提出了高承压上向孔和近水平孔的封堵方法,形成了压裂水分布范围探测关键技术,并进行现场应用。结果表明,通过定点定向定区域压裂实现了目标区域煤层的增透,控制水力压裂前后相比单孔瓦斯抽采量提高了5倍以上,部分工作面瓦斯抽采钻孔工程量减少了1/3,采掘工作面单产单进大幅提高,煤矿井下控制水力压裂是对常规水力压裂技术的改进和创新,能有效促进目标区域煤层增透、提高瓦斯治理效果。     

重复水力压裂技术在深井低透气性煤层中的应用

随着井下煤矿开采深度的不断加大,煤层透气性进一步降低,煤层瓦斯抽采难度亦同时增加,对于单一无保护层煤层来说,大多数需要人为地增加渗透率,水力压裂因其增透范围广,性价比相对较高而取得广泛的应用。对于深井低透气性煤层来说,为了进一步提高瓦斯抽采效率,单次的水力压裂增透技术已然不能满足需要,因此提出了井下重复水力压裂技术,并且论述了重复压裂原理及工艺流程。根据十二矿己_(15)-31040工作面地质情况,设计了相关水力压裂参数,并进行了重复水力压裂和压裂之后瓦斯抽采的效果检验。结果表明:煤层经过重复水力压裂后,煤层残余瓦斯含量较单次压裂降低明显,而且瓦斯抽采浓度和纯量亦增加显著。试验结果表明重复水力压裂可以明显提高深井低透气性煤层瓦斯抽采效率,具有一定瓦斯防治的应用价值。     

地面直井大流量水力压裂消突在新景矿的应用

为解决掘进工作面瓦斯突出威胁,提高突出煤层瓦斯抽采效率,实现巷道的快速掘进,以阳煤集团新景矿为研究对象,针对8#煤层南、北回风大巷以及辅运大巷在掘进过程中瓦斯突出危险性较大,掘进工作面推进速度慢的问题,提出在地面施工煤层气立井,采用大流量消突配合地面排采的施工工艺对目标煤层进行压裂,分别对钻进施工、固井施工以及压裂施工方案进行设计,旨在实现煤层瓦斯的有效消突,确保掘进作业的安全性。     

分支钻孔分段水力压裂技术研究及应用

结合定向钻机施工顶板分支孔及水力压裂大范围增透的优点,从技术改造和装备优选2方面着手,研究形成了顶板走向长钻孔分段水力压裂技术。在五阳煤矿应用效果证明:该技术体系运行稳定、可靠,平均单孔瓦斯抽采纯量提高了2倍以上,抽采浓度提高了30%以上,大幅度提高了煤层瓦斯抽采效果。     

变流量缝网压裂技术在松软煤层中的研究与应用

水力压裂是提高煤层瓦斯抽采效率的常用增透措施之一,在常规水力压裂的基础上,根据松软煤层缝网压裂的机理及力学原理,推导出了含天然裂隙的松软煤层产生缝网,需施工裂缝内的净压力大于煤储层水平应力之间的差值,同时对裂缝进行模拟,得出变流量注入可以提高裂缝内净压力,形成缝网结构,并在平煤十二矿己₁₅-31040采面进行水力压裂现场试验。试验结果表明:采用变流量缝网压裂水力压裂保压压力、累计注水量等相关参数以及单孔瓦斯抽采浓度、纯量均高于原始煤层及稳定流量常规压裂,说明变流量缝网压裂增透效果明显较好,该方法可以作为水力压裂增透技术借鉴的一种方法。     

水力压裂增透技术在单一低透气性煤层中的应用

豫东地区陈四楼煤矿煤层为单一低透气性突出煤层，瓦斯预抽存在难度大、效率低的问题，严重制约了煤矿安全生产。为增加煤体透气性，提高瓦斯抽采效果，井下水力压裂是一种行之有效的措施。依据瓦斯赋存情况，在煤体瓦斯含量低于5 m³/t区域进行水力压裂增透试验，既能大幅降低钻孔工程量，加快区域治理进度，又能有效保证压裂过程中施工安全，防范压裂期间瓦斯异常涌出，引起瓦斯事故，对低瓦斯区域实现科学治理、精准施策具有重要意义，同时也能为高瓦斯区域进行压裂尝试提供借鉴。     

气相压裂增透技术强化煤层瓦斯抽采效果的研究

针对高瓦斯低透煤层瓦斯抽采效果差、抽采成本高、抽采时间长等问题,通过应用气相压裂增透技术来强化煤层的瓦斯抽采效果,实验和现场测试分析压裂前后煤样的孔隙裂隙基本参数变化情况,明确增透强化的机理。结果表明:气相压裂煤层孔容和比表面积均以大孔为主;在不同吸附平衡压力和粒径下,压裂煤层的扩散系数随着时间的延长减小的幅度存在差异;气相压裂后煤层孔隙裂隙基本参数都呈现增大的趋势,有利于缩短瓦斯扩散路径,提高瓦斯扩散系数;气相压裂后,钻孔有效抽采半径、煤层透气性系数和渗透率分别提高了2.1~4.3倍、54~96倍和7.54~30.40倍,从而判定压裂煤层由原始难抽采煤层转化为易抽采煤层,气相压裂增透强化瓦斯抽采效果明显。     

观音山煤矿一井石门揭煤防突技术研究

针对低透气性煤层石门揭煤防突使用常规预抽方法存在钻孔多、效果差和周期长的问题,提出采用水力压裂石门揭煤技术,通过增加煤层裂隙提高透气性、提升抽采效果,从而缩短揭煤周期。同时将水力压裂石门揭煤技术在观音山煤矿一井与常规密集钻孔预抽技术进行对比试验,试验结果表明:压裂后的平均瓦斯抽采浓度由压裂前的20%提高到45%,提高了2.25倍;单孔抽采纯量平均由2×10^-3 m³/min提高到5×10^-3 m³/min,提高了2.5倍;煤层瓦斯含量由11.238 6 m³/t降低到4.414 0～6.785 2 m³/t,降低了39.6%～60.7%;预抽时间由9个月缩短到5个月,缩短44%。     

煤矿高压封闭水力压裂卸压增透技术应用研究

针对煤层水力压裂过程中存在的压裂水压小、设备能力低、封孔质量差等问题,结合煤层具体条件,从压裂钻孔高压封孔工艺、水力压裂系统设备、现场压裂工艺等方面对鹤壁十矿水力压裂卸压增透技术进行了优化研究。现场压裂试验结果显示:压裂导致煤体卸压增透的区域达到30 m左右,煤层渗透率显著增大;压裂试验后,现场实测煤层残存瓦斯含量以及通过含量反算的残存瓦斯压力均明显要低于防突规定中的突出临界指标值;且压裂试验后,最大抽采浓度较压裂试验前增加了6.30倍,日均单钻孔抽放量增加了17.5倍,抽采效果显著改善,改进后的水力压裂工艺达到了减少施工量、提高抽采率、降低煤层突出危险性的目的。     

液态CO2相变致裂技术在强化煤层瓦斯抽采中的应用

针对高瓦斯、低渗煤层瓦斯预抽过程中钻孔施工困难、抽采效果不理想等问题,采用液态CO2相变致裂技术,在阳煤五矿8406底抽巷进行穿层钻孔相变致裂试验,实践表明:煤层经两次致裂后,钻孔瓦斯抽采浓度和纯量明显提高,并且瓦斯抽采衰减期得到了延长,卸压增透效果显著,为矿井的安全生产提供了可靠的技术保障。