CN104018830A - 一种煤层水力压裂效果时空评价方法 - Google Patents

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Abstract

一种煤层水力压裂效果时空评价方法，在选定的采掘巷道巷帮施工压裂钻孔，封孔并连接水力压裂系统。其特征在于：以压裂孔为轴对称中心，在压裂孔所在水平线上沿巷道走向均匀布置铜质电极，电极一端与巷帮煤体良好耦合，另一端利用漆包线与高密度电法仪相连接；启动电法仪，测试压裂前的煤层电阻率；启动水力压裂系统对煤体进行压裂，同时利用电法仪连续采集电阻率数据，直至正常压裂结束后关闭仪器；最后进行数据的分析与处理。这种基于电阻率变化监测及评价煤层水力压裂有效作用范围的方法可通过反演煤体内部压力水的运移实现对水力压裂过程煤层内部裂缝分布及扩展情况的连续监测，适用于煤层水力压裂有效作用范围的监测与评价。该方法操作简单，不留“盲区”，测试费用低，准确度高。

Description

一种煤层水力压裂效果时空评价方法
技术领域
本发明涉及一种煤层水力压裂效果时空评价方法，属煤矿安全及瓦斯灾害防治领域，尤其适用于在含瓦斯煤中实施煤层水力压裂有效作用范围的测定与评价。
背景技术
瓦斯灾害是制约我国煤矿安全、高效生产的最重要因素。近年来的实践证明，水力压裂能够对煤体起到良好的卸压增透作用，大大提高瓦斯抽采效率，达到良好的抽采及防突效果。
然而，目前水力压裂的效果评价仅停留在非常传统的手段，在压裂孔附近布置瓦斯抽采钻孔，考察钻屑量、含水量等传统指标及考察瓦斯抽采效果，这些参数均是对水力压裂潜在影响区域的“点评价”，无法实现区内煤岩体结构演化的时空连续评价，从而必然造成效果考察及后期瓦斯抽采施工的盲目性，不仅影响煤矿安全生产，也会导致施工成本的大幅提高。《煤炭学报》2012年37卷第12期的论文“定向水力压裂工作面煤体应力监测及其演化规律”监测了水力压裂工作面煤体的应力状态，通过应力变化反映水力压裂效果的方法虽然能连续观测，但是工作面应力受采动过程以及周期来压有关，因此并不能有效、全面反映水力压裂的影响。《钻采工艺》2010年3月的论文“射孔参数对水力压裂效果的影响实例分析”利用闭合应力监测对水力压裂效果进行评价，监测方法复杂，而且反演过于繁琐，实用性不强。因此，发明一种可靠的、能够对水力压裂过程实现时间、空间两方面连续评价的技术方法是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的是针对已有技术中的问题，提供一种方法简单、操作方便、准确性高的煤层水力压裂效果时空评价方法。
为实现上述目的，本发明的煤层水力压裂效果时空评价方法，包括在选定的采掘巷道巷帮施工压裂钻孔，封孔并连接水力压裂系统；其特征在于：
(1)以压裂孔为轴对称中心，在压裂孔所在水平面上，距离底板(2)1.1～1.3m处间隔距离向煤帮内插入多个铜质电极，多个铜质电极沿巷道走向均匀布置；
(2)利用漆包线将每个电极直接与电法仪相连接，多根漆包线捋成导线束沿巷帮与巷道底板夹角处整齐伸直固定；
(3)水力压裂前20min，启动电法仪，测试水压为时的煤层电阻率并反演出视电阻率云图；
(4)启动水力压裂系统对煤体进行水力压裂，同时通过电法仪连续采集电阻率数据，直至水力压裂结束30min后关闭电法仪；
(5)分析电阻率信号，基于电阻率信号的时空变化反演煤层内压力水的分布情况，实现对水力压裂效果的时空评价：
电阻率减小20％以上的区域，即认为是水力压裂有效作用区域，水力压裂有效区域为电阻率减小20％的区域面积之和。
所述的铜质电极为圆柱或圆锥形，其直径为0.8～1.2cm，长度10～15cm。
所述的多个铜质电极垂直于煤壁插入煤体，插入深度为30～50cm。
所述的多个铜质电极间隔的距离为4～6m。
有益效果：本发明利用电法勘探技术以介质导电性差异为物性基础，通过人工激发形成地下直流电流场，观测探测区周围不同方向由直流点电源激发电场所产生的电位差，通过数据反演，重建地质体内部结构图像。基于电阻率信号对水的敏感响应，在煤层水力压裂之后，裂缝充满导电液体，电阻率发生变化，通过电法测试与数据反演，可以连续观测裂缝的变化情况，从而实现了对煤层水力压裂效果的时空评价。其主要优点在于：
(1)本方法是通过水力压裂过程煤层电阻率的变化对压裂效果进行评价的，电阻率对水非常敏感，水力压裂时水流动到何处就会引起该处煤体电阻率的变化；同时，只要压裂过程不结束，电阻率信号就会持续采集。因此，该方法在时间上和空间上实现了对水力压裂过程的连续监测与评价。避免了以往传统水力压裂效果考察(主要以打钻为主)的“点评价”形式，降低了施工盲目性；
(2)本方法操作简单，避免了在煤层中施工效检钻孔，大大降低了施工成本，最大限度的降低了对井下正常生产的影响。
附图说明
图1是本发明原理框图。
图2是本发明的结构示意图。
图中：1-顶板，2-底板，3-煤层，4-电极，5-导线束，6-电法仪，7-压裂孔，8-无缝钢管，9-高压胶管，10-阀门，11-高压水泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
本发明的煤层水力压裂效果时空评价方法，具体步骤如下：
(1)在选定的煤层3下巷巷帮施工压裂钻孔7，压裂孔孔口距离顶板1为2.7～2.9m，距离底板2为1.1～1.3m，按现场要求封孔并连接水力压裂系统，水力压裂系统由无缝钢管8、高压胶管9、阀门10及高压水泵11构成；
(2)以压裂孔7为轴对称中心，在其所在水平线上，距离底板2为1.1～1.3m处每隔一段距2为离向煤帮内插入一个铜质电极4，沿巷道走向均匀布置32根电极，电极间距为4～6m；所述的多个铜质电极4为圆柱或圆锥形，其直径为0.8～1.2cm，长度为10～15cm；所述的多个铜质电极4垂直于煤壁插入煤体，插入深度为30～50cm；
(3)利用漆包线将每个电极直接与高密度电法仪6相连接，多根漆包线捋成导线束5沿巷帮与巷道底板2夹角处整齐伸直固定；
(4)水力压裂前20min，启动电法仪6，测试水压为0时的煤层电阻率数据，并反演出视电阻率云图；
(5)启动水力压裂系统对煤体进行水力压裂，同时利用电法仪6连续采集电阻率数据，直至水力压裂结束30min后关闭电法仪6；
(6)分析电阻率信号，基于电阻率信号的时空变化反演煤层内压力水的分布情况，实现对水力压裂效果的时空评价；
基于电阻率信号变化反演煤层内水的分布时，判断准则为：电阻率减小20％以上的区域，即认为是水力压裂有效作用区域，水力压裂有效区域为电阻率减小20％的区域面积之和。

Claims (4)

1.一种煤层水力压裂效果时空评价方法，包括在选定采掘巷道巷帮施工压裂钻孔(7)，封孔并连接水力压裂系统；其特征在于：
(1)以压裂孔(7)为轴对称中心，在压裂孔(7)所在水平面上，距离底板(2)1.1～1.3m处间隔距离向煤帮内插入多个铜质电极(4)，多个铜质电极(4)沿巷道走向均匀布置；
(2)利用漆包线将每个铜质电极(4)直接与电法仪(6)相连接，将多根漆包线捋成导线束(5)沿巷帮与巷道底板(2)夹角处整齐伸直固定；
(3)水力压裂前20min，启动电法仪(6)，测试水压为0时的煤层电阻率数据，并反演出视电阻率云图；
(4)启动水力压裂系统对煤体进行水力压裂，同时通过电法仪(6)连续采集电阻率数据，直至水力压裂结束30min后关闭电法仪(6)；
(5)分析电阻率信号，基于电阻率信号的时空变化反演煤层内压力水的分布情况，对水力压裂效果的时空评价：
电阻率减小20％以上的区域，即认为是水力压裂有效作用区域，水力压裂有效区域为电阻率减小20％的区域面积之和。
2.根据权利要求1所述的一种煤层水力压裂效果时空评价方法，其特征在于：所述的铜质电极(4)为圆柱或圆锥形，其直径为0.8～1.2cm，长度10～15cm。
3.根据权利要求1或2所述的一种煤层水力压裂效果时空评价方法，其特征在于：所述的多个铜质电极(4)垂直于煤壁插入煤体，插入深度为30～50cm。
4.根据权利要求1或2所述的一种煤层水力压裂效果时空评价方法，其特征在于：所述的多个铜质电极(4)间隔的距离为4～6m。
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