煤层气抽采地面压裂与井下钻孔衔接时空关系研究

基于晋城矿区所采用“三区”联动抽采模式,结合生产区地面压裂作业与井下钻孔抽采在时间和空间上衔接相对紧密交叉影响大的特点,提出了生产区地面压裂与井下钻孔抽采两种时间衔接模式,即“压裂前后布置井下抽采钻孔”和“井下钻孔滞后地面压裂布置”。通过微地震法和井下钻孔揭露法研究,得出煤层中的裂缝主要为北东向开度较小的水平裂缝,裂缝长158~203 m。根据裂缝展布规律,设计了2种模式的压裂考察方案,通过工程实践,初步确定了地面压裂作业与井下抽采钻孔合理的时间衔接关系,在地面压裂前后布置钻孔抽采,对目标煤层的增透、减小煤层瓦斯异常涌出和煤与瓦斯突出危险性等方面效果明显,井下钻孔滞后地面压裂3个月以内施工,联合抽采效果显著。     

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。     

地面压裂井衰竭期井下接替抽采时空衔接关系研究

为了利用地面压裂形成的有利抽采条件进行地面压裂井衰竭期井下钻孔接替抽采,形成“地面压裂井超前治理+井下钻孔接替抽采”的井上下接替抽采模式,开展了地面压裂井衰竭期井下接替抽采的合理时空衔接关系研究。通过地面压裂井压裂裂缝展布规律分析、地面压裂增透促抽效果井下考察及煤储层参数变化规律数值模拟等工作,掌握了潞安矿区地面压裂井的影响作用及有效影响范围,采用数值模拟方法分析确定了井下接替钻孔与地面压裂井的最优空间布置关系;基于地面压裂井排采曲线,并结合衰竭期井下钻孔接替抽采的需求,探讨了地面压裂井衰竭期的定义和划分方法,提出了地面压裂井衰竭期的判别指标及关键时间节点。研究结果表明：潞安矿区地面压裂井的有效影响范围为井周80 m,在该区域内储层压力可以下降50%左右,透气性系数可以增加0.77～1.40倍,井下接替钻孔单孔抽采纯量平均值可达53.68～131.67 m³/d,提升了井下钻孔的抽采效率;当地面压裂井沿钻孔轴向上的位置固定时,则井下接替钻孔与地面压裂井的法向距离越短,抽采效果越好,当地面压裂井与接替钻孔的法向距离不变时,地面压裂井位于接替钻孔轴向中部位置时井下接替...     

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。     

地面压裂钻井与井下抽采钻孔瓦斯抽采技术研究

针对屯兰矿12501工作面煤层瓦斯含量较高的问题,设计采用地面压裂钻井与井下抽采钻孔相结合的瓦斯抽采技术进行瓦斯抽采,通过理论分析及工程验证确定了相关技术参数。经实施钻孔压裂,压裂钻孔附近200 m范围内煤层透气性大幅提高,单孔每分钟抽采纯瓦斯量相比较未受压裂影响区域提升10倍,通过示踪技术测得地面井水力压裂煤层增透半径为103 m,此技术提高了抽采效果,保证了矿井的安全生产。     

井上下联合抽采技术在晋煤集团的应用

针对地面抽采很难实现抽采达标,井下抽采的抽采效率低、存在死角盲区等问题,提出井上下联合抽采的概念,在时间、空间上合理安排地面抽采和井下抽采,同时结合煤炭开采,采用L型井、U型井、径向井压裂揭煤和井上压裂井下长钻孔等已取得一定成效的井上下联合抽采技术,实现矿井安全生产、实现煤气共采。     

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。     

井下钻孔重复水力压裂技术应用研究

 我国煤矿煤层透气性系数低、抽采难度大,严重制约着矿井的安全高效生产。水力压裂因其增透效果显著,被广泛使用,但井下钻孔水力压裂存在压裂裂缝类型单一、压裂钻孔抽采寿命短、不均衡,易垮塌、堵塞,后期裂缝导流能力不足等问题;为改进完善已有井下水力压裂技术,本文结合煤矿实际情况,引入石油开采领域的重复压裂技术,尝试探讨了井下钻孔重复压裂的原理、类型及裂隙体系的形成,并通过现场应用取得了较好的效果。     

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。