水驱气理论在煤层水力压裂工程实践中的应用

在煤层水力压裂现场实施过程中,存在着对煤层破坏的复杂性及施工盲目性等问题。分析水力压裂流体在煤层中的流动规律,不仅可以优化水力压裂施工参数,而且可以为水力压裂后煤层抽采钻孔的布置提供依据,因此提出了水力压裂过程中流体的径向流流动模型。以该模型为指导,在郭家河煤矿1307工作面进行了水力压裂现场试验。结果表明：在一定的注水压力下,随着压裂时间的延长,压裂煤层的水区半径及透气性系数进一步增大,同时该煤层经过水力压裂后瓦斯抽采浓度和纯量都有较大程度的提高,在水力压裂影响半径区域内,抽采孔距离压裂孔越远,瓦斯抽采纯量和抽采浓度提升的幅度越大。现场试验证明了水驱气理论在煤层水力压裂工程应用中有较好的适用性。     

定向长钻孔水力压裂技术在煤矿瓦斯治理中的应用

针对高瓦斯松软破碎煤层通透性差,导致瓦斯抽采效率低这一问题,以王坡煤业3号煤为工程背景,进行了长钻孔水力压裂技术研究,分析了水力压裂机理过程,并在3301底抽巷进行了水力压裂施工,通过监测压裂过程水压变化情况,对水力压裂过程进行了详细跟踪,最终通过对比压裂前后煤层物理参数变化以及瓦斯抽采效果,得出了长钻孔水力压裂技术对松软破碎煤层的增透效果显著,瓦斯抽采效率得到了显著提高。     

马堡煤矿15号煤层水力压裂增透技术研究

针对马堡矿15号煤层瓦斯含量高、煤层透气性差、钻孔施工量大、瓦斯抽采率低等问题,提出以15108综放工作面为试验地点进行水力压裂增透试验来增加煤层透气性。通过对水力压裂增透技术原理的研究,分析了水力压裂试验流程,确定了试验设备仪器、压裂工艺参数,最终成功完成了水力压裂试验。并通过对注水压力的变化分析和试验前后抽采效果的对比,总结得出通过对煤层进行水力压裂,可大幅度提高煤层透气性和钻孔瓦斯抽采效果、增加煤层瓦斯抽采半径、缩短抽采周期,有效解决马堡矿瓦斯治理难题。     

煤层气增产措施研究及现场试验

本文在调研了国内外煤层气水力压裂的基础上，对煤层气水力压裂的支撑剂选择、压裂液性能、压裂工艺、施工参数、煤层的岩石力学性质等方面进行了研究。在研究中，得到了一些新的观点和启示；并将研究成果运用于煤层气井现场煤层气井的压裂施工，指导了实际水力压裂施工，收到了一定的成效。     

水力压裂增透技术在昌兴煤矿松软低透煤层瓦斯治理中的试验研究

为提高昌兴煤矿松软低透煤层瓦斯抽采效果,拟对2101和2102运输巷掘进条带区域进行水力压裂增透技术试验,在1320运输石门钻场设计施工5个压裂钻孔,并对钻孔进行套管和固孔,根据10号煤层性质确定压裂参数和压裂泵选型,经过水力压裂,由瓦斯参数统计分析结果可知,试验增透效果较为明显,压裂区单孔抽采瓦斯浓度及抽采量得到大幅度提升,该技术的成功试验为矿区类似条件的煤层瓦斯治理提供了参考。     

高瓦斯低透气性煤层水力压裂增透数值模拟及应用

针对高瓦斯低透气性煤层瓦斯抽采钻孔施工量大、效率低等问题,研究了水力压裂技术的破煤理论及高压水对煤层的卸压增透理论,提出水力压裂强化抽采瓦斯的措施,以岩土工程数值模拟软件FLAC3D对煤层进行水力压裂数值模拟,得到煤层水力压裂过程中裂纹扩展规律,确定了水力压裂现场试验的工艺参数、压裂装备及抽采系统,完成封孔及压裂试验。     

煤储层破裂压力对压裂改造的影响与工程应用

我国煤储层渗透率普遍较低,低渗储层直接进行地面煤层气开发的效益较低,而水力压裂是增加煤储层渗透率和导流能力的有效手段。通过对沁水盆地PN-1井、PN-2井的测井参数进行分析,掌握煤储层的岩石力学特征,为煤储层水力压裂参数优化提供指导。结果表明：2口井的测井数据反演的煤层具有低泊松比、低杨氏模量、低强度、低破裂压力的特点;通过在前置液阶段控制施工排量及施工压力、提高阶段液量,可以有效避免压裂裂缝沿煤层顶底板之间的层间界面延伸及扩展至煤层顶底板;测井数据反演的PN-1井煤层破裂压力与实际压裂施工的破裂压力较接近,误差仅为3.01%,对压裂施工参数优化的指导意义较高;PN-2井煤层破裂压力略低于顶底板岩层的破裂压力,压裂初期的施工排量偏高,导致施工压力达到顶底板的破裂压力,压裂裂缝在顶底板之间延伸形成单一裂缝,改造效果及产气效果均较差。     

利用CYT技术测试井下煤层顶板压裂范围的研究

矿井通过与科研院校联合,在井下首次实施了水力强化增透工艺技术,以达到增透、提高抽采效率、缩短抽采时间、解决坚硬煤层顶板不易跨落等问题。但压裂范围的测试成为了难题,为及时掌握压裂范围,矿井与科研单位共同制定方案,利用CYT技术对41011工作面煤层顶板水力压裂后的压裂范围进行了测试,为检验压裂效果提供的可靠的依据。     

煤层水力压裂效果评价分析

介绍了模糊综合评价法分析煤层水力压裂效果,将影响水力压裂效果的主要因素确定为13个评价项目(指标),并应用到试验钻孔的水力压裂效果评价中,结果与实际基本一致。这为分析水力压裂效果提供了一种新方法,也为改变水力压裂参数提高压裂效果提供了参考。     

赵固二矿本煤层定向长钻孔水力压裂增透技术研究

为了提高井下低透气性煤层瓦斯抽采钻孔瓦斯抽采效果,开发了适合中等偏硬低透煤层裸眼钻孔高压稳定封孔装备,采用了本煤层定向长钻孔整体水力压裂增透技术,分析了本煤层定向长钻孔水力压裂增透机理,并进行了水力压裂强化增透试验。根据压裂施工过程中压裂参数变化规律,利用压裂前后煤层全水分和钻孔瓦斯参数变化对比,综合考察和评价了水力压裂增透效果和影响范围。研究表明：压裂过程中最大注水压力24.6MPa,发生多次明显压降,最大压降5.2MPa。水力压裂增透后,煤层瓦斯日抽采纯量提高了12.70倍,百米钻孔瓦斯抽采量提高了2.67倍,压裂最大影响半径达到了 38m,平均超过30m,提高了瓦斯抽采效率。     

新景矿底抽巷穿层钻孔水力压裂卸压增透技术试验

根据新景矿3号煤层透气性差、瓦斯含量高、结构松软等特点,提出了底抽巷穿层钻孔水力压裂卸压增透技术,分析了水力压裂卸压增透技术原理,并对压裂工艺、技术参数和设备进行选型设计,通过现场试验取得了较好的瓦斯抽采效果,获得了水力压裂指标参数,为新景矿乃至阳泉矿区在低透气性高瓦斯突出煤层大范围推广水力压裂卸压增透技术提供了指导。     

瓦斯底抽巷水力压裂试验设计与分析

结合阳煤集团新元公司特殊的地质条件,设计了底板预抽巷实施水力压裂的试验方案,通过对试验结果的分析讨论压裂参数选取的合理性,确定了压裂压力和压裂半径,并获得的了压裂煤体中瓦斯压力分布规律。本文的研究结果可为相似地质条件下的煤层水力压裂参数选取提供依据。     

低透气性煤层水力压裂增透技术应用

 针对大兴煤矿煤层透气性差、瓦斯抽采效率低、钻孔施工量大等问题,提出了水力压裂增透技术。研究了水力压裂增透机理,分析了水力压裂提高煤层透气性的过程。结合理论研究与现场经验,进行了高压钻孔密封,确定了工艺参数,完成了现场实施。应用效果证明：实施水力压裂后,水力压裂孔及影响区域内瓦斯抽采孔保持了较高的抽采水平,相对于普通抽采孔瓦斯抽采量提高了7.2倍,水力压裂影响区域内煤层透气性系数提高了79~272倍。     

采用水力压裂强化煤层瓦斯抽放的远景

文内论述了用静压注水和动压注水进行高瓦斯煤层水力压裂形成裂隙的方法之应用条件及优、缺点。列出了卡拉甘达矿区厚煤层水力压裂的参数,表明了水力作用带煤层抽放瓦斯的效果,并列举了用静压注水对 K_(12)煤层水力压裂参数的实验结果。     

水力压裂条件下煤层流固耦合模型的建立及数值模拟研究

为了客观评价煤层水力压裂效果,优化抽采钻孔布置方式,基于统计损伤力学原理修正了水力压裂后煤体有效应力值,建立了能够描述煤层在水力压裂过程中的流固耦合模型。以寺河矿3309工作面煤层的相关物性参数为基础,对建立的二维流固耦合模型进行相关数值模拟。研究结果表明：在同等条件下,随着水力压裂时间的延长,水力压裂影响范围逐渐扩大,煤层渗透率亦呈现同等变化;随着压裂时间的增加,煤层孔隙率逐渐增大,最后会接近一个定值,在此条件下,增大注水压力对煤层增透效果影响不大;与原始煤层相比,水力压裂后的煤层瓦斯抽采有效半径大幅度增大,增透效果较好。研究结果可为现场水力压裂技术应用提供理论支撑。     

高突煤层水力压裂视电阻率响应特征分析

水力压裂常应用于高突煤层的卸压增透,但缺乏较好的效果考察手段。介绍了水力压裂过程视电阻率响应原理,建立了水力压裂视电阻率响应现场测试系统,并在新田矿1404底抽巷试验研究了高突煤层水力压裂过程煤体的视电阻率响应。结果表明,压裂孔两侧煤层45 m范围内视电阻率在压裂前后发生明显的变化,且压裂孔对称区域视电阻率的变化存在差异。通过煤层水力压裂视电阻率响应系统可有效地判断水力压裂过程中煤体裂隙场的变动,预测水力压裂范围,为确定水力压裂孔距提供了依据。     

松软煤层井下水力压裂增透技术及应用

针对松软煤层弹性模量、抗压强度和抗拉强度较低,泊松比、孔隙压缩系数较高,易发生塑性变形等特点,将松软煤层井下水力压裂划分为煤体压密、裂缝起裂与裂缝扩展3个阶段,提出压裂工艺参数选择的参考原则,并在松软煤层典型矿区开展水力压裂现场试验。对压裂效果进行考察分析表明,在合理选择压裂工艺参数的前提下,水力压裂对于松软煤层增透作用明显。     

穿层钻孔定向水力压裂增透技术在杨庄煤矿的应用

杨庄煤矿为解决煤层透气性差、瓦斯抽采难度大和煤层有突出危险性的现状,分析水力压裂过程中煤岩体应力位移变化及注水结束后应力变化情况,获得裂隙在水压作用下的扩展发育规律和水力压裂的参数,发现水力压裂能形成较大区域的卸压区,并且能较大幅度提高煤层的透气性,减少瓦斯抽采难度。通过在一采区底板巷帮钻场施工上行穿层定向钻孔并实施水力压裂技术,使煤层裂隙进一步扩展发育,增加煤层含水量。经过考察表明水力压裂后,钻孔瓦斯抽采浓度、流量和钻孔的服务时间明显增加,消除了突出危险性,减少在后续的掘进和回采过程中粉尘浓度,达到瓦斯综合治理效果。     

穿层钻孔水力压裂增透防突技术在红阳二矿的应用

对深部矿井红阳二矿瓦斯突出防治中的难题进行了分析,针对井下条件开展了水力压裂增透防突技术研究。对水力压裂钻孔注水量、注水压力、钻孔布孔方式等参数进行了设计,通过考察注水时间、保压效果等参数对水力压裂注水效果,提出了影响水力压裂注水效果的关键因素;通过水力压裂后压裂影响范围内3个关键区域瓦斯抽采量与未压裂区域的对比考察,对水力压裂增透范围和增透效果进行了分析。从增透范围和增透效果看,水力压裂技术提高了煤层透气性,增加了煤层瓦斯抽采量,加快了煤层消突速度,保证了煤矿的采掘接替和安全生产,对相似条件的深部矿井瓦斯突出防治工作具有较好的借鉴作用。     

不稳定流量水力压裂对深部低透气性煤层增透效果的影响

为了进一步提升深部低透气性煤层水力压裂增透效果,在煤层水力压裂相关理论研究及现场试验的基础上改进水力压裂工艺,根据相关的力学原理,推导得到压裂孔周边的应力随注水流量的变化情况,提出以控制注入水流量为原则,在水力压裂过程中采用不稳定注入水流量的方法,在平煤十二矿己₁₅-31040工作面进行水力压裂试验。试验结果表明：通过注入不稳定水流量,克服了煤层深部高地应力对水力压裂施工的影响,且压裂过程顶板保持良好;经过测定与己₁₅-31040工作面相邻的己₁₅-31030工作面的常规稳定水流量压裂、未压裂区域瓦斯抽采数据,不稳定水流量压裂单孔抽采瓦斯浓度和瓦斯纯流量比常规水力压裂及未压裂区域均有明显提升。该方法对深部煤层水力压裂增透具有一定的指导作用。