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中马矿27021回风巷虚拟储层长钻孔水力压裂技术实践.doc
中马矿27021回风巷虚拟储层长钻孔水力压裂技术实践
赵新杰ZHAO Xin-jie曰敬复兴JING Fu-xing
(焦煤能源公司中马村矿,焦作454171)
摘要院为了消除中马村矿二1 煤的突出危险性,实现大循环进尺,国内首次利用原有的“千米钻孔”进行水力压裂增透试验,试验结果表明,通过实施水力压裂增透,可以显著提高瓦斯流量和抽采浓度,对煤巷的安全掘进起到了积极的作用。
.jyqk,变化较大,局部有煤层分叉现象;煤层倾角12毅耀14毅;煤层硬度f 值大多在0.3以下,透气性较差,富含构造煤。
千米钻机施工钻场位于17 采区下部27 采区上部,17 采区大部处于一大背斜及其转折处,瓦斯运移出口相对较小,阻力较大,富含高压瓦斯,瓦斯含量20m3/t耀25m3/t,瓦斯压力1.3MPa;设计钻孔位于两个薄煤带间,地层多受牵引、拉伸、挤压,地应力集中区较多。设计钻孔位于主煤层和薄煤层之间,顶底板岩性大多为泥岩、粉砂岩、页岩,围岩致密,不利于煤层瓦斯逸散。
2 水力压裂消突技术
2.1 水力压裂消突机理
水力压裂防突技术是穿层钻孔在岩柱的掩护下,使用高压水射流冲击钻孔周围的煤体,形成裂隙通道,大幅度增加孔洞周围煤体的透气性,另一方面可以湿润煤体,减小煤体的脆性,增加其可塑性,降低煤体内部的应力集中,增加防止煤和瓦斯突出的能力,有效地提高了抽放效果,起到综合防突的作用[1-4]。
2.2 千米钻机长钻孔水力压裂思路
2.2.1 千米钻机长钻孔概况中马村矿在27021 回风巷已采用威利朗沃工程有限公司生产的VLD 系列EXP-23型钻机在27021 回风巷设计巷道中线,施工分支孔进行抽采,分支孔主孔方位230毅,主孔深411m,分支孔累计施工783m。共施工分支孔11 个,钻孔见煤长度累计110m。
该孔抽采3 个月后,分支孔抽采流量、浓度降低,因此,决定采用水力压裂技术进行增透,以期提高煤层卸压效果及抽采效率。
2.2.2 压裂思路
由于千米钻机施工的钻孔主孔与分支孔长度之和1000m 有余,并且煤、岩合层,存在压裂易破点多、水滤失量大等问题,但考虑到现行压裂设备流量较小等因素,难以在短时间内完成该孔压裂。因此,需要再重复压裂。
在长钻孔主孔口进行封孔,然后实施压裂,一次压裂整个钻孔(主孔和分支孔),之后考察压裂效果,如果效果不好可再次实施压裂,在允许时间内取得较好效果为止。
3 压裂方案实施
3.1 压裂钻孔封孔
由于在千米钻机主孔施工过程中,孔口以里38m,为稳定的粉砂岩,38m~42m 之间为岩石破碎带,42m~50m 之间为穿煤段,50m 以里为稳定的砂岩,因此,本次封孔长度最小为55m,最佳封孔长度为60m。由于目前钻孔孔径为90mm,并且为方便抽采,用椎100mm 钻头从孔口扩孔至孔内3m 长度,之后用钢管固孔并连管抽采。此次封孔,封孔管内径为50mm,封孔长度为55m,单根封孔管长度为2m。需抗压强度不小于30MPa。封孔示意图如图1-2。
3.2 压裂施工过程
3.2.1 首次压裂冲孔过程
10:30 所有人员撤离到指定位置,开始压裂冲孔。
10:40 主泵启动,开始冲孔。
10:50 主泵挂4 档冲孔。
12:19 停泵结束。
冲孔时长共99 分钟,压裂过程中,主泵最大压力14.21875MPa, 最大排量70.678123m3/h, 共注入水量82.80m3。
停泵作业后,到钻场进行观察,ZM27021M01 孔压裂前孔口瓦斯浓度几乎为0,压裂后浓度22%。
3.2.2 ZM27021M02 孔压裂第二阶段第一次过程
13:50 主泵启动,开始压裂。
13:54 主泵挂4 档压裂。
16:15 由于供水不足(只有22m3/h),停泵结束。
此阶段压裂时长共145 分钟,压裂过程中,主泵最大压力14.713867MPa,最大排量80.5625m3/h,共注入水量149.41m3。
3.2.3 ZM27021M02 孔压裂第二阶段第二次过程对管路进行检修后,进行第二次压裂,但由于供水泵被关,排量仍旧较低。
16:55 主泵启动,开始压裂。
16:57 主泵挂4 档压裂。
17:41 停泵结束。
此阶段压裂时长共46 分钟,压裂过程中,主泵最大压力14.523438MPa,最大排量22.46875m3/h,共注入水量18.40m3。总注水量250.61m3,压裂结束后,对巷道进行观测,有几处渗水量变大,但对巷道影响不大,巷道内瓦斯浓度没明显
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