基于虚拟储层的穿层钻孔水力压裂技术研究

为了提高Ⅲ和Ⅳ类煤的透气性,在渝阳矿进行了基于虚拟储层的穿层钻孔水力压裂技术研究。研究表明:对Ⅲ和Ⅳ类煤使用虚拟储层增透技术后,可有效的改善煤层透气性,提高钻孔的抽采量,压裂前后钻孔日平均瓦斯抽采量提高了25倍,透气性系数提高了110倍,水力压裂钻孔的影响范围可达60 m以上。     

马堡煤业高压水力压裂冲孔工业试验分析

为探究马堡煤业水力压裂冲孔增加煤层瓦斯渗透率的适用性,采用RFPA^2D-Flow数值模拟软件建立了高压水力压裂冲孔数值模型,分析了不同注水压力条件下裂纹的扩展规律,并以8205运输巷底抽巷为试验对象开展了穿层水力压裂增透工业试验。结果表明：在马堡煤业煤层条件下,注水压力为8 MPa可使煤层产生初始破坏,注水压力为13 MPa可使裂隙快速扩张,注水压力为18 MPa可使煤层裂隙充分达到破坏。工业试验中,采用18 MPa的注水压力可使水力压裂的裂隙影响范围达到1.10～4.45 m,满足煤层的增透性需求。水力压裂钻孔组平均抽采体积分数是无水力压裂钻孔组的3.8倍。     

煤层水力压裂增透范围理论分析与试验研究

为了确定煤层水力压裂增透的影响范围,根据水力压裂原理,在分析煤层水力裂缝几何形态和滤失系数的基础上,以连续性方程为基础构建了煤层水力压裂增透影响范围理论模型,然后通过五阳煤矿井下水力压裂生产实践进行了验证。结果表明:模型计算结果与生产实践基本一致,五阳煤矿水力压裂增透的影响范围为20m,水力压裂钻孔间距以15m为宜。     

水力冲孔物理模拟试验研究

利用自主研发的多场耦合煤层气开采物理模拟试验系统和旋转高压水冲孔物理模拟试验装置,开展不同冲孔转速下的水力冲孔物理模拟试验,对水力冲孔过程中的冲出煤量,冲孔后的孔洞形态及抽采过程中气体压力、流量等参数的动态演化规律进行探讨。结果表明:水力冲孔后的孔洞尺寸较大,横截面仍近似呈圆形,表面出现大小不一的槽缝,同时随着冲孔转速的提高,冲出煤量和冲孔后的孔洞等效半径整体呈增加趋势;水力冲孔后的瓦斯抽采与冲孔前相比,相同位置测点的气体压力下降速度更快,气体流量更大,卸压增透效果明显。     

辛置煤矿2-559工作面水力压裂增透技术机理分析与试验

为研究分析2-559工作面采用水力压裂增透技术对瓦斯抽采效果的提升程度,通过对水力压裂增透机理的具体分析,结合工作面具体情况对水力压裂增透方案进行具体设计。结果表明:水力压裂方案实施后,瓦斯抽采浓度的提升范围为3～9倍,水力压裂能够有效地提升工作面瓦斯抽采效果。     

本煤层顶板水力压裂增透技术的研究与应用

义马煤业集团孟津煤矿二2煤-11031工作面属于弱突出危险性煤层,为了提高11031工作面瓦斯的抽采效率,有效治理瓦斯问题,减少瓦斯事故的发生,对11031工作面实施顶板水力压裂的卸压强化增透措施。实施该措施后,煤层透气性大大增加,单孔瓦斯抽采体积分数和流量大幅提高,煤层瓦斯含量和瓦斯压力大幅降低,保证了该工作面及被保护层采掘工作的安全采掘。     

煤层群分层水力压裂与多层综合压裂增透效果对比研究

以西南地区某多煤层瓦斯巷为试验地点,对比实施了分层单一水力压裂和多煤层综合水力压裂,分析了煤层压裂发展全过程,探讨了煤层压入水量对后续钻孔施工的影响,获得了压裂后煤层瓦斯含量和含水率分布规律、以及煤层瓦斯抽采效果,明确了不同压裂方式的有效增透范围。结果表明:煤层压裂分为应力累积、裂缝起裂、裂缝扩展、裂缝多次起裂-扩展、裂缝扩展完成5个阶段;分层压裂的平均压力略高于综合压裂,但压入总水量明显少于综合压裂;分层压裂后煤层瓦斯含量和含水率分别低于和高于综合压裂技术,煤层瓦斯初始抽采体积分数更高,且煤层单孔和钻场的平均瓦斯抽采体积分数达54.1%和43%,较多煤层综合压裂技术提高了14.9%和9%;2种压裂方式的有效增透半径分别达50、40 m,表明分层水力压裂技术能显著提高煤层群压裂的有效增透范围及效果;分层压裂技术能减少煤层压入水量,降低后续瓦斯钻孔施工时发生抱钻等不良现象。     

水力压裂增透技术在瓦斯抽采中的应用

为了提高低透气性煤与瓦斯突出煤层的瓦斯抽采量,达到抽采消突的目的,新元矿进行了底抽岩巷穿层钻孔水力压裂增透技术试验。试验结果表明:压裂前后瓦斯抽采浓度提高了14倍以上,瓦斯抽采纯量提高了18倍以上,水力压裂能够较好的改善煤层透气性,提高本煤层瓦斯抽采钻孔抽采浓度及抽采纯量。     

碎软煤层顶板岩层水平井大尺寸穿层压裂物理模拟试验研究

基于煤层顶板岩层水平井分段压裂开发煤层气的技术设想,通过构建表征煤层顶板水平井压裂相似物理模型,开展了多组围岩条件下的大尺寸真三轴压裂物理模拟试验,研究顶板水平井裂缝的扩展特征,并着重对裂缝垂向扩展穿层进入煤层的可能性进行研究,试验结果显示置于煤层顶板岩石中的水平井,在布置合理的与煤层顶界的垂距和一定的施工排量条件下,裂缝均能向下穿层扩展沟通煤层,这为煤层顶板岩层水平井分段压裂开发煤层气技术的可行性提供了试验佐证,并对煤层顶板水平井层位的优选具有一定的指导意义。     

五阳矿8006工作面分层分段水力压裂瓦斯增透试验研究

为有效提升五阳矿8006工作面瓦斯的抽采量及效率,根据该工作面瓦斯及地质赋存的具体条件,展开顶板分层分段水力压裂增透技术试验,通过具体分析分层分段水力压裂增透技术的原理及工艺流程,结合工作面的具体条件进行压裂增透方案各项参数的设计,并对压裂段钻孔段瓦斯抽采量及效率进行监测。结果表明,水力压裂区域的瓦斯抽采浓度为65%～87%,平均单孔瓦斯抽采纯量为0.10～0.14 m3/min,较未进行压裂的预抽钻孔抽采量提升2倍以上,浓度提升30%以上,能够有效的提高瓦斯的抽采量及抽采效率。     

顶板穿层钻孔水力压裂现场数值模拟研究

以水力压裂增透机理为理论基础,以河南能源化工集团焦作煤业集团二1煤层的现场实测数据为参数,对演马庄矿22111运输巷顶板抽采巷打顶板穿层钻孔对煤体进行水力压裂,并运用RFPA2D-Flow软件进行水力压裂现场模拟。通过分析水力压裂过程中煤层裂隙的产生和贯通,以及压裂后钻孔周围主应力和渗透系数的变化,可知压裂后钻孔周围煤层主应力得到明显降低和渗透系数得到显著增加。并通过现场水力压裂抽采数据分析得出:压裂孔影响区域单孔日均抽放纯瓦斯流量是压裂孔未影响区域组抽采孔日均瓦斯抽采纯流量的35.35倍,抽采孔瓦斯浓度平均要提高1.34倍。水力压裂能显著增加抽采效果。     

定向水力致裂坚硬顶板的数值模拟及现场实践

针对煤矿坚硬难垮落顶板控制中存在的问题,进行定向水力致裂数值模拟和工业性试验。通过数值模拟和对监测孔及泵站压力波动情况进行观察,分析了煤矿坚硬难垮顶板水力压裂特点。研究结果表明:通过对围岩进行切槽,可有效降低裂缝破裂所需压力;随着压裂处与监测孔距离的增大,裂缝破裂和扩展所需的压力也相应增大;分段逐次压裂可在顶板岩层中产生多条裂缝,从而有效弱化顶板岩层,有效地减小了工作面的周期来压步距。     

砂岩顶板水力致裂技术及应用

南阳坡煤矿8704工作面顶板为粗砂岩,在回采过程中易出现悬板面积超标现象,通过增设孔底楔形槽在钻孔中注入高压水改变岩石局部的应力状态,使岩石定向断裂,同时确定水力致裂的钻孔参数。该矿运用高压水力致裂技术对顺槽顶板超前预裂,减小了端头三角区悬板面积、周期来压步距和来压强度。     

同忻煤矿坚硬顶板水力致裂技术研究应用

针对同忻煤矿石炭纪坚硬顶板条件以及开采以来不断显现的各种强矿压现象,在同忻矿一盘区5105工作面尾巷煤柱侧采位1 045 m处开始,垂直于煤壁以仰角39°~45°间隔20 m左右打了一系列深40 m的直径50mm扩孔73 mm的钻孔。2013年2月1日开始依次封孔加压注水,绝大多数注水成功。12号和13号孔用深孔探测仪可以明显看到封孔以上及孔底开槽处岩石裂开缝,用KBD5电磁辐射监测仪在高压泵注水前后与注水孔及孔周围每隔10 m测试一点,先后共20组数据,收集数据分析可以明显看到应力在减弱。     

煤储层水力压裂技术新进展

概述了煤储层的物性特点,增透改造的发展历程,裂缝起裂、扩展、延伸等研究进展;介绍了国内外压裂装备现状,列举了国内主要产品;分析了重复、多层、薄层、通道、水力喷射逐层、体积压裂等新技术的特点;阐述了压裂液污染环境的形式。建议发展环保、区域化水力压裂技术,装备朝着国产化、自主创新型发展,争取使用清洁、环保型压裂液。     

水力压裂弱化技术在坚硬顶板采煤工作面的应用

为有效避免因采空区大面积的坚硬顶板悬顶造成工作面初次来压过大的现象,以同煤集团煤峪口煤矿8703工作面为研究对象,提出通过水力压裂技术弱化顶板的技术方案。实践表明,水力压裂技术能够有效降低坚硬顶板的强度,提高顶板的冒放效果,实现工作面的安全初采。     

坚硬顶板回采工作面水力压裂控顶技术研究

为了解决坚硬顶板回采工作面开采时面临的顶板垮落困难、垮落步距大、矿压显现明显等问题,根据6508回采工作面地质、开采条件采用水力压裂技术对顶板进行压裂,并对压裂后的顶板垮落、来压情况以及初次来压步距等进行分析。结果表明:水力压裂后的采面初次来压步距平均在44.5m,较采用预裂爆破技术来压步距缩短8m,同时避免预裂爆破带来的安全隐患大、爆破动压明显等问题,具有施工安全、工作量小、施工速度快、顶板控制效果显著等优点,可以有效解决坚硬顶板工作面顶板难垮落问题,为矿井实现高效开采创造良好条件。     

王峰煤矿3#煤顶板水力压裂裂缝扩展模拟研究

针对王峰煤矿3^#煤层瓦斯含量高、煤层碎软的特点,开展了王峰煤矿顶板定向长钻孔水力压裂裂缝发育规律研究,利用FLAC^3D数值模拟分析了顶板水力压裂裂缝扩展演化特征,讨论了压裂孔直径和压裂压力对裂缝发育的影响规律。研究得出:当压裂压力为5~8 MPa时,裂缝首先在水平方向产生,垂直方向上均未产生裂隙;当压裂压力大于10 MPa时,随着压裂压力的增大,裂缝在竖直方向逐渐延伸,且裂缝宽度沿水平方向逐渐扩展;裂缝延伸方向主要沿最大主应力方向,在最大主应力方向上裂缝扩展的增长速度与压裂压力基本呈正相关。相同压裂压力条件下,压裂孔孔径越大,塑性区扩展长度越大,裂缝扩展越大;当压裂压力大于10 MPa后,垂直方向上的裂缝扩展速率大于水平方向,裂缝沿最大主应力方向扩展速度最快。综合得出,王峰煤矿3^#煤的顶板水力压裂的钻孔直径为φ120 mm,压裂压力为10 MPa,可有效地指导工程实践。