D大平底抽巷水力压裂报告+验收稿.doc

豫西构造软煤穿层钻孔水力压裂 增透技术研究与应用 郑州煤炭工业（集团）有限责任公司大平煤矿 河 南 理 工 大 学 2013年10月 目 录 1引言 1 1.1选题依据 1 1.2国内外研究现状 2 1.3研究内容及目标 3 1.4技术路线与创新点 3 2研究区瓦斯地质条件分析 5 2.1煤层煤质 5 2.1.1煤层厚度及其变化 5 2.1.2构造煤孔隙特征 6 2.1.3瓦斯的吸附解吸特征 7 2.1.4煤体的透气性系数（渗透率） 10 2.1.5煤体的物理力学性质 11 2.2地质构造及地应力 14 2.2.1地质构造特征 14 2.2.2地应力大小的计算 14 2.2.3最大主应力方向分析 18 2.3煤层瓦斯含量 22 2.4煤层瓦斯流动状态 24 3研究区水力压裂工艺优化 28 3.1水力压裂基本原理 28 3.2压裂钻孔参数优化 29 3.2.1压裂孔方位角 29 3.2.2压裂孔倾角 29 3.2.3压裂孔施工参数 30 3.3水力压裂泵压的优化 32 3.3.1破裂压力的计算 32 3.3.2摩阻的计算 36 3.4压裂液的选取 39 3.4.1清水压裂的优缺点 39 3.4.2清水压裂的适用性 40 3.5压裂孔间距优化 41 3.5.1水力压裂综合滤失系数的计算 42 3.5.2水力压裂裂缝几何尺寸的计算 43 3.5.3压裂孔间距的计算 47 3.6压裂孔封孔深度的计算 47 4水力压裂现场效果考察 48 4.1研究区概况 48 4.2 21121底抽巷水力压裂效果考察 49 4.2.1压裂过程 49 4.2.2压裂效果分析 50 4.3 21141底抽巷水力压裂效果考察 57 4.3.1压裂过程 57 4.3.2压裂效果分析 58 4.3.3水力压裂施工曲线的应用 65 4.4研究区水力冲孔效果分析 66 4.4.1水力冲孔射流压力及摩阻的分析 66 4.4.2水力冲孔现场效果考察 69 4.5水力压裂与水力冲孔效果对比 75 4.5.1 基于AHP模型的效果对比 75 4.5.2经济效益对比 78 5结论及展望 80 5.1结论 80 5.2展望 80 1引言 1.1选题依据按照《防治煤与瓦斯突出规定》（2009），区域防突措施有开采保护层和预抽煤层瓦斯两类。对，主要采取预抽煤层瓦斯的方法豫西矿区主要开采二1煤，大多矿井属单一煤层开采，而且煤层为全层构造煤，煤类达到Ⅳ～Ⅴ类，透气性极低，透气性系数一般在0.000472～0.0467m2/(MPa2.d)之间，属极难抽采煤层常规的预抽瓦斯技术虽然能解决一定的问题，但抽采效果不理想，抽采后突出危险性仍然很高）Prats将裂缝长度影响折算到井半径，提出了简单的解析预测公式。Van Dum提出了油气田压裂开发的基本优化准则。指出对于需要用增产措施(水力压裂)来改造的低渗透油气田，实现油田开发最佳经济效益的途径在于优化水力压裂的裂缝长度和裂缝方等。Dyes等人应用模拟来研究人工压裂井垂直裂缝对油井产能和应力恢复分析的影响。20世纪60年代，前苏联将该技术作为煤层卸压增透的一项措施引入矿井生产中，开始进行煤矿井下水力压裂实验研究。徐幼平、林伯泉等利用RFPA2D - Flow软件模拟了水力压裂的起裂、扩展和延伸过程，并指出了水力压裂存在的一些问题，如增透方向不确定导致应力集中，可能诱发煤与瓦斯突出。王鹏、茅献彪等通过数值模拟方法研究了地应力状态对裂缝扩展的影响，并研究了水平面上不同应力差对裂缝扩展的影响。杜春志、茅献彪等从理论上分析了裂缝壁面的受力状态，根据最大拉应力准则，给出了原级裂隙扩展的力学条件，进而分析了空间壁面裂隙扩展的力学条件。张延新、宋常胜、蔡美峰等对深孔水压致裂地应力测量及应力场反演进行了研究，通过水压致裂过程中的压裂施工曲线，求得裂缝起裂压力、延伸压力、重张压力，进而根据换算公式求得煤岩层所处的水平应力σh、σH及垂直应力σv。景锋、盛谦、张勇慧等通过收集中国大陆地区450 多个钻孔的地应力实测资料，建立了我国垂直应力（σv）、最大和最小水平主应力（σH、σh）随埋深的分布关系等。 1.3研究内容研究内容 （3）研究地应力的分布规律，并求得煤体破裂压力及水力压裂产生的摩擦阻力，从而选取合理的泵压；研究压裂液的综合性能，选择合适的压裂液，进而产生良好的水力压裂效果。 （4）研究大平矿水力压裂的实际增透效果，从抽采浓度、抽采流量、衰减周期、影响半径等方面进行综合评价分析。 （5）研究大平矿水力冲孔卸压增透措施，从抽采浓度、影响半径等方面进行效果评价。 （6）基于层次分析法（AHP） 针对豫西面临的瓦斯抽采效率低的实际问题，围绕（1）影响水力压裂压裂效果和瓦斯抽采效率的瓦斯地质条件；（2）水力压裂合理工艺参数的选取；（3）水力压裂与水力冲孔