水力压裂技术方案

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1、国投新集能源股份右限公司新集二矿GUOTOUXINJINENGYUANGUFENYOUXIANGONGSIXINJIERKUANG新集二矿煤层增透技术试验方案设计：审核：安徽理工大学国投新集能源股份有限公司新集二矿编制日期：2014年2月17日1概况为提高预抽钻孔抽采效果，缩短预抽时间，保证矿井安全生产及采掘接替。将在-650ml煤丙翼截水巷进行预抽钻孔高压水力压裂项0的研究。以解决矿并煤层透气性差、瓦斯预抽困难的难题。为保证压裂有序、顺利实施，特编制此安全技术措施。2试验区域概况-650ml煤丙翼截水巷

2、与地血相对位置处于矸石山丙妞。该区域范围的地曲水体及其它对本工程施工不构成影响。-650ml煤西翼截水巷主要在1灰及其顶、底板岩石、煤线，1煤组底板岩石层位中向前掘进。巷道施工过程中将会揭露2灰。巷道依次揭露岩性如下：2灰：厚度1.1〜3.8m,平均2.4m。粉砂岩：厚度0.5〜1.9m，平均1.2m。细砂岩：厚度2.1〜4.3m，平均3.2m。铅质泥岩：停度0.3〜1.1m，平均0.6m。1灰：厚度1.1〜3.8m，平均2.4m。砂质泥岩:停度1.8〜3.4m，平均2.5m。泥质砂岩：厚度14.0〜18

3、.2m，平均15.0m。-650ml煤丙翼截水巷掘进过程中揭露岩层走向一般为85°〜100°，倾向一•般为355Q〜10°,岩层倾角一般为5°〜20°,平均倾角9"左右。岩层以单斜构造为主，根据上覆6、8煤层回采情况分析：预计巷道施工过程中，中、小断层、褶曲可能较为发育，局部煤（岩）层反倾（南倾）、裂隙较发育。3水力压裂增透防突技术原理3.1水力压裂机理及过程分析1.水力压裂机理分析水力压裂的基本原理是将高压水（压裂液）注入煤体屮的裂缝PK原有裂隙和压裂后出现的裂隙），克服最小主应力和煤体的抗裂压力，扩宽

4、伸展并沟通这些裂缝，增加煤层相互贯通裂隙的数量和增大单一裂隙面的张开程度，进而在煤体中产生更多的人造裂缝与裂隙，从而增加煤层的透气性。2.水力压裂过程分析煤层水力压裂是一个逐渐湿润煤体、压裂破碎煤体和挤排煤体中瓦斯的注水过程。在注水的前期，注水压力和注水流量随注水吋间呈线性升高；随后，注水压力与流量反向变化，并呈波浪状。这直观反映山了在注水初期，具有一定压力和流速的压力水通过钻孔进入煤体裂隙，克服裂隙阻力运动。当注入的水充满现有裂隙后，水流动受到阻碍，由于煤体渗透性较低，导致水流量降低，压力增高而积蓄势能

5、；当积蓄的势能足以破裂煤体形成新的裂隙吋，压力水进入煤体新的裂隙，势能转化为动能，导致压力降低，水流速增加；当注入的水（压裂液）携带煤泥堵塞裂隙时，煤体渗透性降低，水难以流动使流量下降，压力上升。3.2水力压裂合理注水参数分析煤层水力压裂包括煤体裂缝起裂和煤体裂缝延伸2个方妞，煤体的裂缝起裂受许多因素的控制，一般通过试验加以确定。根据以往研究表明：煤体的裂缝起裂和延伸取决于注水速度(吋间效应)、注水压力、煤体的非均质性(规模效应)和煤层的应力状态等，影响煤层水力压裂效果的压裂参数很多，主要可分力外部工艺因

6、素和煤体A在本质因素2类。1.外部工艺因素外部工艺因素主要包括注水压力、注水孔间距、注水流、注水速度、钻孔忪度、封孔方法与封孔讼度、注水吋间等参数，它们互有联系和影响；同吋还与地质和采矿技术因素以及压裂设备的性能有关。(1)注水压力在一般开采条件下，煤体难以形成孔隙裂隙网，以致煤层难以得到充分的卸压增透，故在压裂吋应施加一定的压力，才能将水有效地压裂到煤体中并使煤体产生裂隙起裂和延伸，形成孔隙裂隙网。以往试验结果表明，在围压不变的条件下，随着注水压力的增加，导水系数呈非线性增大，当注水压力达到某一极限值吋

7、，导水系数骤然增大，此吋煤体完全被压裂，闪部形成大的贯通裂缝网，通常煤体裂隙起裂和延伸随注水压力的增加而增大。因此，注水压力是衡量压裂效果的一个重要参数，如果注水压力过大且封孔深度与注水压力不匹配吋，容易造成封孔段泄漏，影响压裂效果；如果注水压力过小，将起不到压裂效果，这就相当于屮高压煤层注水润湿。(2)注水压裂孔间距回采工作囬注水孔间距根据压裂钻孔的压裂半径而定。如果孔间距过小，则增加/钻孔和注水工作的施工量，同时在瓦斯抽放时容易抽出大量的水；如果孔间距过大，则可能存在注水空白带，即压裂孔的高压水不能有

8、效地把瓦斯挤排到抽放孔，影响压裂效果和瓦斯抽放效果。(3)封孔深度与封孔方法封孔是实现孔n密封、保证压力水不从孔n及附近煤壁泄漏的重要环节，是决定煤层水力压裂效果好坏的关键。封孔深度也是水力压裂工艺的一个重要参数，决定封孔深度的因素是注水压力、煤层裂隙、沿巷道边缘煤体的破碎带深度、煤的透水性及钻孔方向等，-•般封孔深度与注水压力成正比。封孔深度应保证煤层在未达到要求的注水压力和注水量前，水不能由岩煤壁或钻孔向巷道渗漏。(4)注