CN105971663B - 一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构及增透方法 - Google Patents

一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构及增透方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105971663B
CN105971663B CN201610571405.XA CN201610571405A CN105971663B CN 105971663 B CN105971663 B CN 105971663B CN 201610571405 A CN201610571405 A CN 201610571405A CN 105971663 B CN105971663 B CN 105971663B
Authority
CN
China
Prior art keywords
drilling
slot
pressure
coal seam
reflection
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610571405.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN105971663A (zh
Inventor
贺昌雨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HUINAN TECHNOLOGY VENTURE CO LTD
Original Assignee
HUINAN TECHNOLOGY VENTURE CO LTD
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HUINAN TECHNOLOGY VENTURE CO LTD filed Critical HUINAN TECHNOLOGY VENTURE CO LTD
Priority to CN201610571405.XA priority Critical patent/CN105971663B/zh
Publication of CN105971663A publication Critical patent/CN105971663A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105971663B publication Critical patent/CN105971663B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21FSAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F7/00Methods or devices for drawing- off gases with or without subsequent use of the gas for any purpose
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25Methods for stimulating production
    • E21B43/26Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E21B43/261Separate steps of (1) cementing, plugging or consolidating and (2) fracturing or attacking the formation
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH DRILLING; MINING
    • E21BEARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B7/00Special methods or apparatus for drilling
    • E21B7/18Drilling by liquid or gas jets, with or without entrained pellets

Abstract

本发明提供了一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构,在底抽巷内沿其长度方向向煤层方向开设有三排钻孔,每排钻孔均包括多个割缝钻孔和多个压裂钻孔,其中一排钻孔的开孔点位于巷道顶板;另外两排钻孔的开孔点均位于巷帮;每排钻孔的相邻两个所述压裂钻孔之间等间隔设有两个所述割缝钻孔。本发明所述的钻孔布置结构,过合理设计割缝钻孔和压裂钻孔的布置方式和数量,在提高抽采效率的同时,减少了压裂钻孔的数量,降低了成本。本发明还提供了一种煤层高压水力割缝压裂的增透方法。

Description

一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构及増透方法
技术领域
[0001] 本发明属于煤矿开采技术领域,尤其是涉及一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布 置结构及增透方法。
背景技术
[0002] 我国煤矿多为高瓦斯低透气性矿井,瓦斯事故占矿井各类重、特大事故的比重最 大,对矿井造成的损失最严重。随着社会对煤炭需求量的日益增加,开采能力的不断提高, 开采深度增加的趋势日趋明显。随着煤层开采深度增加,煤层瓦斯压力增加,瓦斯含量增 大,煤层渗透率降低,突出煤层的数量也呈增加趋势,煤与瓦斯突出矿井也随之增多。因此, 有必要对低透煤层瓦斯强化抽采和石门揭煤措施进行进一步研究。
[0003] 水力割缝增透技术是利用高压射流割缝工艺在钻孔内割缝并排出部分煤体,消除 应力集中,破解钻孔周围产生的瓶颈效应,形成钻孔内较大范围的卸压增透区域,实现了水 力压裂过程中裂隙扩展方向的可控性,同时因为导向槽附近煤体抗拉强度降低,从而降低 了压开压力,扩大了压裂半径,增大了卸压范围;但水力割缝存在有效影响范围小的缺点。 水力压裂技术是通过向煤体内注入高压水,使煤体内原生裂隙张开,同时形成新的裂隙,提 高了煤体的透气性,其优点是影响范围比较大,但是,水力压裂存在着压裂方向不易控制, 且容易形成局部应力集中的问题井,不利于瓦斯的抽采。现有技术中,公开号为CN 104389631A的专利公开了一种低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法,通过将割缝 钻孔与压裂钻孔交叉协同布置,并对压裂钻孔进行分段压裂,扩大了单个钻孔有效影响范 围,实现了瓦斯高效抽采,但该技术存在以下缺点:该工艺复杂,实际井下施工,不易操作。
发明内容
[0004] 针对上述技术问题,本发明的目的在于提供一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布 置结构,以解决割缝钻孔影响范围小、压裂裂缝扩展方向不易控制的问题,实现瓦斯高效抽 采,同时,减少压裂钻孔的数量,从而降低成本,本发明还提供了一种煤层高压水力割缝压 裂的增透方法。
[0005] 本发明采用的技术方案是:
[0006] —种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构,在底抽巷内沿其长度方向向煤层方 向开设有三排钻孔,每排钻孔均包括多个割缝钻孔和多个压裂钻孔,其中一排钻孔的开孔 点位于巷道顶板;另外两排钻孔的开孔点均位于巷帮;每排钻孔的相邻两个所述压裂钻孔 之间等间隔设有两个所述割缝钻孔。
[0007] 本发明所述的煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构,其中,相邻两个所述割缝 钻孔或相邻所述割缝钻孔和所述压裂钻孔之间等间隔设置。
[0008] 本发明所述的煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构,其中,相邻钻孔之间的距 离为 10-12m。
[0009] 本发明还提供了一种煤层高压水力割缝压裂增透方法,包括以下步骤:
[0010] (a)按上述钻孔布置结构,逐一施工各所述割缝钻孔并采用高压水射流对各割缝 钻孔进行高压水力割缝,采用封孔材料对各所述割缝钻孔进行常规封孔作业后,连入瓦斯 抽采管路进行瓦斯抽采;
[0011] (b)按上述钻孔布置结构,逐一施工各所述压裂钻孔并采用封孔材料对所述压裂 钻孔进行封孔;
[0012] (C)对各所述压裂钻孔进行高压水力压裂。
[0013] 本发明所述的煤层高压水力割缝压裂增透方法,其中,步骤(a)中所述高压水力割 缝的过程为:将高压水栗的高压排出端依次通过高压胶管和旋转接头与水射流钻杆的一端 连接,装有喷嘴的水射流喷头固定设置在所述水射流钻杆的另一端;用钻机带动所述水射 流钻杆将所述水射流喷头送至所述割缝钻孔底,然后开启所述钻机,使所述水射流钻杆以 最低转速旋转;通过调节截止阀,控制射流系统压力,打开所述喷嘴,对所述割缝钻孔的孔 壁的煤体进行旋转切割,同时所述水射流钻杆在所述割缝钻孔内缓慢往复运动,通过改变 所述割缝钻孔内所述水射流钻杆的长度来控制所述割缝钻孔割缝段的范围,形成扩孔钻 孔,直到完成割缝作业。
[0014] 本发明所述的煤层高压水力割缝压裂增透方法,其中,步骤(C)中所述高压水力压 裂的过程为:将高压水栗的高压排出端通过高压胶管与所述水射流钻杆的一端连接,将所 述水射流钻杆的另一端送至所述压裂钻孔底,开启所述高压水栗,开始进行水力压裂,将栗 压缓慢上调直至所述压裂钻孔有水流出。
[0015] 本发明所述的煤层高压水力割缝压裂增透方法,其中,步骤(a)中所述扩孔钻孔的 直径为 300-500mm。
[0016] 本发明所述的煤层高压水力割缝压裂增透方法,其中,步骤(a)中所述封孔材料为 水泥砂浆,封孔后所述水泥砂浆需凝固72h以上。
[0017] 本发明有益效果:
[0018] 本发明所述的高压水力割缝压裂的钻孔布置结构,通过合理设计割缝钻孔和压裂 钻孔的布置方式和数量,在提高抽采效率的同时,减少了压裂钻孔的数量,降低了生产成 本。
[0019] 本发明所述的高压水力割缝压裂煤层增透方法,能显著提高钻孔的瓦斯抽采量, 另外在经济、时间等方面都具有很大的优越性。为揭煤及煤层增透提供指导,为瓦斯冶理提 供了技术保障。对于无保护层开采条件的突出煤层,以高压水力割缝实现煤体局部卸压为 基础,再通过定向高压水力压裂扩大卸压范围的水力割缝压裂综合增透技术,可以实现穿 层钻孔强化抽采瓦斯和安全高效揭穿煤层。采用该方法后,煤层透气性明显增加,又使煤体 的塑性提高和湿度增加,从而降低了煤层的突出危险性,并降低了煤尘。此外,还大幅度减 少了抽采钻孔工程量,有效缩短了抽采达标时间,还能减少封孔材料、抽采管路等抽放附属 设施的费用,降低测气员的工作量,从而也降低了预抽成本。
附图说明
[0020] 图1为本发明所述高压水力割缝压裂煤层增透方法的钻孔平面布置示意图;
[0021] 图2为本发明所述高压水力割缝压裂煤层增透方法的钻孔立面布置示意图;
[0022] 图3为本发明所述高压水力割缝压裂煤层增透方法的高压水力割缝工艺系统的结 构示意图;
[0023] 图4为本发明的高压水力割缝压裂煤层增透方法的高压水力割缝压裂工艺系统的 结构示意图。
[0024] 下面将结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
[0025] 如图1、图2、图3和图4所示,本实施例一种用于煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置 结构,施工地点选取某煤矿12408工作面低位瓦斯抽采巷道,在底抽巷3内沿其长度方向向 煤层4方向开设有三排钻孔,每排钻孔均包括多个割缝钻孔1和多个压裂钻孔2,其中一排钻 孔的开孔点位于巷道顶板,距离巷帮Im;另外两排钻孔的开孔点均位于巷帮,距巷道底板5 的距离为2m;每排钻孔的相邻两个压裂钻孔2之间等间隔设有两个割缝钻孔1,相邻两个割 缝钻孔1或相邻割缝钻孔1和压裂钻孔2之间等间隔设置,三排钻孔中相邻两排钻孔的压裂 钻孔2不相邻,以使多个压裂钻孔2分散布置,相邻钻孔之间的距离为10-12m。
[0026] 本实施例一种煤层高压水力割缝压裂增透方法,包括以下步骤:
[0027] (a)按上述钻孔布置结构,逐一施工各割缝钻孔1并采用高压水射流对各割缝钻孔 1进行高压水力割缝,将高压水栗6的高压排出端依次通过高压胶管8和旋转接头14与水射 流钻杆10的一端连接,装有喷嘴12的水射流喷头11固定设置在水射流钻杆10的另一端;用 钻机15带动水射流钻杆10将水射流喷头11送至割缝钻孔1底,然后开启钻机15,使水射流钻 杆10以最低转速旋转;通过调节截止阀7,控制射流系统压力,压力为25MPa,打开喷嘴12,对 割缝钻孔1的孔壁的煤体进行旋转切割,同时水射流钻杆10在割缝钻孔1内缓慢往复运动, 通过改变割缝钻孔1内水射流钻杆10的长度来控制割缝钻孔1割缝段的范围,形成扩孔钻孔 13,扩孔钻孔13的直径为500mm,直到完成割缝作业,采用封孔材料9对各割缝钻孔1进行常 规封孔作业后,连入瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采;
[0028] (b)按上述钻孔布置结构,逐一施工各压裂钻孔2并采用封孔材料9对压裂钻孔2进 行封孔,封孔材料9为水泥砂浆,封孔后所述水泥砂浆需凝固72h以上;
[0029] (c)对各压裂钻孔2进行高压水力压裂,将高压水栗6的高压排出端通过高压胶管8 与水射流钻杆10的一端连接,将水射流钻杆10的另一端送至压裂钻孔1底,开启高压水栗6, 开始进行水力压裂,将栗压缓慢上调直至压裂钻孔2有水流出,使压裂钻孔2与周围邻近钻 孔之间煤体被压开形成贯穿裂隙通道,并通过高压水携带出煤肩,达到增加煤层透气性的 目的。
[0030] 本实施例中,选取不同钻孔对12408底抽巷水力压裂瓦斯监测:采取割缝压裂作业 后,126〜137#钻孔的平均瓦斯抽采浓度介于15 %〜92 %之间,平均瓦斯抽采浓度为 48.04%; 158〜163#钻孔的平均瓦斯抽采浓度介于12%〜61 %之间,平均瓦斯抽采浓度为 32.52%; 181〜186#钻孔的平均瓦斯抽采浓度介于11 %〜69%之间,平均瓦斯抽采浓度为 45.81 %; 198〜203#钻孔的平均瓦斯抽采浓度介于10 %〜61 %之间,平均瓦斯抽采浓度为 36.15 %; 227〜232#钻孔的平均瓦斯抽采浓度介于10 %〜75 %之间,平均瓦斯抽采浓度为 40.35%;而对比常规116#〜125#钻孔的平均瓦斯抽采浓度介于5%〜35%之间,平均瓦斯 抽采浓度为13.18%,如表1所示。
[0031] 对比结果可以看出,采取本实施例割缝压裂增透作业后,其瓦斯抽采的平均浓度 是常规钻孔的3.08倍;显然,采取割缝压裂综合增透作业取得了明显的增透效果。
[0032] 表1采取割缝压裂综合增透的钻孔和常规钻孔的瓦斯浓度的对比
[0033]
Figure CN105971663BD00061
[0034] 以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范 围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1. 一种煤层高压水力割缝压裂增透方法,其特征在于:钻孔布置结构为在底抽巷(3)内 沿其长度方向向煤层⑷方向开设有三排钻孔,每排钻孔均包括多个割缝钻孔(1)和多个压 裂钻孔(2),其中一排钻孔的开孔点位于巷道顶板;另外两排钻孔的开孔点均位于巷帮;每 排钻孔的相邻两个所述压裂钻孔(2)之间等间隔设有两个所述割缝钻孔(1);所述增透方 法,包括以下步骤: (a) 按所述钻孔布置结构,逐一施工各所述割缝钻孔⑴并采用高压水射流对各割缝钻 孔⑴进行高压水力割缝,采用封孔材料⑼对各所述割缝钻孔(1)进行常规封孔作业后,连 入瓦斯抽采管路进行瓦斯抽采; (b) 按上述钻孔布置结构,逐一施工各所述压裂钻孔(2)并采用封孔材料(9)对所述压 裂钻孔⑵进行封孔; (c) 对各所述压裂钻孔⑵进行高压水力压裂; 步骤(a)中所述高压水力割缝的过程为:将高压水栗⑹的高压排出端依次通过高压胶 管(8)和旋转接头(14)与水射流钻杆(10)的一端连接,装有喷嘴(12)的水射流喷头(11)固 定设置在所述水射流钻杆(10)的另一端;用钻机(15)带动所述水射流钻杆(10)将所述水射 流喷头(11)送至所述割缝钻孔⑴底,然后开启所述钻机(15),使所述水射流钻杆(10)以最 低转速旋转;通过调节截止阀(7),控制射流系统压力,打开所述喷嘴(12),对所述割缝钻孔 (1)的孔壁的煤体进行旋转切割,同时所述水射流钻杆(10)在所述割缝钻孔⑴内缓慢往复 运动,通过改变所述割缝钻孔⑴内所述水射流钻杆(10)的长度来控制所述割缝钻孔⑴割 缝段的范围,形成扩孔钻孔(13),直到完成割缝作业。
2. 根据权利要求1所述的煤层高压水力割缝压裂增透方法,其特征在于:相邻两个所述 割缝钻孔(1)或相邻所述割缝钻孔(1)和所述压裂钻孔(2)之间等间隔设置。
3. 根据权利要求2所述的煤层高压水力割缝压裂增透方法,其特征在于:相邻钻孔之间 的距离为l〇-12m。
4. 根据权利要求1所述的煤层高压水力割缝压裂增透方法,其特征在于:步骤(c)中所 述高压水力压裂的过程为:将高压水栗⑹的高压排出端通过高压胶管(8)与所述水射流钻 杆(10)的一端连接,将所述水射流钻杆(10)的另一端送至所述压裂钻孔(1)底,开启所述高 压水栗(6),开始进行水力压裂,将栗压缓慢上调直至所述压裂钻孔(2)有水流出。
5. 根据权利要求1所述的煤层高压水力割缝压裂增透方法,其特征在于:步骤(a)中所 述扩孔钻孔(13)的直径为300-500mm。
6. 根据权利要求1-5任意一项所述的煤层高压水力割缝压裂增透方法,其特征在于:步 骤(a)中所述封孔材料(9)为水泥砂浆,封孔后所述水泥砂浆需凝固72h以上。
CN201610571405.XA 2016-07-19 2016-07-19 一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构及增透方法 Active CN105971663B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610571405.XA CN105971663B (zh) 2016-07-19 2016-07-19 一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构及增透方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610571405.XA CN105971663B (zh) 2016-07-19 2016-07-19 一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构及增透方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105971663A CN105971663A (zh) 2016-09-28
CN105971663B true CN105971663B (zh) 2018-01-16

Family

ID=56952593

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610571405.XA Active CN105971663B (zh) 2016-07-19 2016-07-19 一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构及增透方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105971663B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106321049B (zh) * 2016-09-27 2019-04-23 天地科技股份有限公司 利用水力压裂卸压优化停采线位置的方法及装置
CN106368730A (zh) * 2016-11-08 2017-02-01 淮南矿业(集团)有限责任公司 一种煤层水力压冲增透系统及其施工方法
CN107218081A (zh) * 2017-05-25 2017-09-29 陕西正通煤业有限责任公司 一种可满足高压水力切、压、注多灾害综合防治方法
CN107219127B (zh) * 2017-06-28 2019-08-06 中国地质调查局油气资源调查中心 实验室用可视化水力压裂物理模拟装置及方法
CN107152302B (zh) * 2017-06-29 2019-11-01 重庆大学 一种复杂地质构造煤层割压均匀增透瓦斯抽采方法
CN110145233A (zh) * 2019-04-03 2019-08-20 山东唐口煤业有限公司 一种冲击地压煤层“钻-割-压-抽-注”多灾害协同防治方法
CN111042792B (zh) * 2020-01-13 2021-01-15 煤科集团沈阳研究院有限公司 一种钻孔深部纵向切缝装置及方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102635388A (zh) * 2012-02-24 2012-08-15 煤炭科学研究总院沈阳研究院 煤层预裂爆破与水力压裂联作增透方法
CN103133028B (zh) * 2013-03-12 2015-04-15 河南理工大学 井下煤层水力压裂裂缝导向扩展的方法
CN103362538B (zh) * 2013-07-15 2015-04-22 中国矿业大学 煤层割缝致裂压抽交变抽采瓦斯方法
CN203655176U (zh) * 2014-01-06 2014-06-18 淮南宏昌科技有限责任公司 高压水射流割缝钻杆
CN104389631B (zh) * 2014-09-17 2016-09-21 中国矿业大学 一种低透气性煤层割缝与压裂协同网络化增透方法
CN204266928U (zh) * 2014-11-28 2015-04-15 淮南宏昌科技有限责任公司 一种用于穿煤层钻孔预抽煤层瓦斯的扩孔钻头
CN105422069B (zh) * 2015-11-30 2017-08-25 中国矿业大学 一种高瓦斯突出煤层“钻‑冲‑割”耦合卸压增透方法
CN205823322U (zh) * 2016-07-19 2016-12-21 淮南宏昌科技有限责任公司 一种煤层高压水力割缝压裂的钻孔布置结构

Also Published As

Publication number Publication date
CN105971663A (zh) 2016-09-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105134284B (zh) 一种基于水平定向钻孔液氮循环冻融增透抽采瓦斯方法
CN102852506B (zh) 一种高压气动爆破卸压增透方法
CN103362538B (zh) 煤层割缝致裂压抽交变抽采瓦斯方法
CN103953323B (zh) 一种水平井产生缝网的水力压裂工艺
CN102678120B (zh) 冲击地压卸压解危方法
WO2016206618A1 (zh) 长壁开采n00工法
CN102900460B (zh) 松软高突煤层穿层割缝卸压增透及快速掘进方法
CN102080526B (zh) 地面煤层顶板顺层水平压裂井抽采瓦斯方法
CN104131832B (zh) 一种高瓦斯煤层冲割压抽一体化的卸压增透瓦斯抽采方法
CN102155254B (zh) 一种低透气性煤层脉冲压裂增透抽采瓦斯方法
CN105422069B (zh) 一种高瓦斯突出煤层“钻‑冲‑割”耦合卸压增透方法
CN101581231B (zh) 穿层钻孔水力压裂疏松煤体瓦斯抽放方法
CN106368701B (zh) 利用水力压裂卸压控制回采巷道留巷的方法及装置
CN102705001B (zh) 采动覆岩分区隔离双孔错层注浆充填钻孔布置方法
CN101649740B (zh) 一种用于瓦斯抽采的地面钻井井身结构
CN103615250B (zh) 分条间柱全空场开采嗣后充填协同采矿法
CN102182499B (zh) 一种基于水力致裂煤层减尘消突的方法及设备
CN104314573B (zh) 一种基于水力切割的硬岩隧道施工方法
CN108894787B (zh) 上覆采空区遗留矿柱应力集中的压裂解除方法
AU2014336858A1 (en) Method for enhanced fuel gas extraction by coal mine underground gas-liquid dual-phase alternating phase-driven fracturing of coal body
CN102116167B (zh) 一种煤层气地面、井下立体化抽采系统
CN104100292A (zh) 单一低透气性突出厚煤层区域性瓦斯强化抽采方法
CN103821538B (zh) J型水平羽翼分支孔地面预注浆方法
AU2015299588B2 (en) Freezing cross-cut coal cutting method based on hydraulic seam-cutting
CN103967472B (zh) 一种煤层气分段压裂水平井强化抽采方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C10 Entry into substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant