CN107191171A - 基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法，其包括以下步骤：在回采工作面向煤层顶板钻一个顶板岩石孔，水力封隔器对顶板岩石孔进行封孔，将高压脉动水注入顶板岩石孔内，使顶板岩石孔周围的裂隙连通，最后均匀压入煤层裂隙中；打开高压脉动注水泵开始脉动压裂，当出现压力骤减或压力稳定时停止脉动压裂，开始乳化液泵注水，如此反复，直至达到需要的压裂压力及脉动压裂时间停止压裂。本发明增加煤层透气性，脉动水压可控。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿安全技术领域，特别是涉及一种基于顶板岩石钻孔裂隙缝网脉动水力压裂煤层增透方法。
背景技术
常规的煤层水力压裂技术及煤层脉动水力压裂技术主要是在煤层内施工顺层钻孔然后采用压裂泵进行注水压裂。实验研究和工程实践表明，水力压裂作用下煤层裂纹扩展具有显著的地应力敏感性，往往只生成平行于最大主应力方向的两条对称裂纹，有的煤层还具有显著的水敏感性，煤体吸水引起基质膨胀，使得注入煤层内的高压水不易从煤体内排出，影响水力压裂增透的效果。同时在煤层内进行水力压裂还存在封孔困难、制约生产等问题,虽然采用了分段水力压裂等技术但一直存在问题；因此，要使水力压裂技术在煤层增透上获得理想效果及大面积推广，在理论上和工艺上还存在一些重要问题值得进一步研究。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种操作简单、压裂效果好的基于顶板岩石钻孔裂隙缝网脉动水力压裂煤层增透方法。
本发明基于顶板岩石钻孔裂隙缝网脉动水力压裂煤层增透方法，包括以下步骤：
1)在回采工作面的进风顺槽内采用定向钻机向煤层顶板钻一个顶板岩石孔，钻孔经一段煤层孔后进入顶板岩石，顶板岩石孔距煤层顶部1-２m；
2)将与高压脉动注水系统相连的高压胶管与水力封隔器相连，水力封隔器对顶板岩石孔进行封孔，封孔长度20m；
3)启动高压脉动注水泵，将高压脉动水通过启动阀门注入顶板岩石孔内，高压脉动注水泵脉冲强度：0~25MPa；脉冲频率：0~1460 次/min；输出流量：0~120L/min；使顶板岩石孔周围的裂隙连通，最后均匀压入煤层裂隙中；
4) 打开高压脉动注水泵开始脉动压裂，当出现压力骤减或压力稳定时停止脉动压裂，开始乳化液泵注水，如此反复，直至达到需要的压裂压力及脉动压裂时间停止压裂。
在步骤1)中，顶板岩石孔采用定向钻机以仰角β从煤层巷道开口先施工一段煤层孔后进入煤层顶板岩石内，钻进至煤层顶板1.5米位置时，以于煤层平行的倾角α沿煤层顶板继续钻进。
在步骤1)中，顶板岩石孔平行于回采工作面。
在步骤1)中，顶板岩石孔中心与煤层顶部距离１.5m。
在步骤1)中，顶板岩石孔的直径为Ø89mm。
在步骤2)中，顶板岩石孔端部封孔长度为20m。
在步骤3)中，高压脉动水源选择井下静压水。
在步骤4)中，顶板岩石孔内先用乳化液泵充满水后再采用高压脉动注水泵压裂。
与现有煤层水力压裂技术相比，本发明的有益效果是：1) 通过岩层钻孔注入脉动高压水压裂下方煤体增加煤层透气性是利用了顶板岩石裂隙通道将脉动高压水垂直均匀作用煤体层理弱面形成缝网裂纹达到增透的目的；2) 煤层顶板施工岩石钻孔向煤层进行脉动水力压裂，顶板钻孔距煤层垂直间距1～2m，脉动水压可控，可避免因煤层构造复杂、地应力大，常导致压裂方向不易控制、常常沿主应力平行方向压裂两个大的裂隙不利于煤层瓦斯释放且压裂液浸入煤体后不易排除，可周期性地注入高压液重复冲击驱裂；３）压裂的过程实现的是脉动水应力波或应力波动态冲击震裂效应和煤岩体界面以及在高压水在节理面产生拉伸破坏后在节理裂纹中形成网缝裂隙。
附图说明
图1为本发明基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法中煤层顶板岩石钻孔的水平投影示意图；
图2为本发明基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法中煤层顶板岩石钻孔的水平投影示意图，竖向投影示意图；
图3为本发明基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法中高压脉冲水力系统、压裂管道和钻孔示意图。
图中标记为：1.回风顺槽；2.进风顺槽；3. 顶板岩石孔；20.回采工作面；21.煤层顶板岩石；22.开采煤层；23. 高压脉动注水泵；24.脉冲加压装置；25.电控阀门；26.高压胶管；27.水力封隔器。
具体实施方式
实施例1
下面结合一个长240m工作面的实施例（附图）对本发明进一步说明。
基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法的实施依次包括以下步骤：
1)在回采工作面进风顺槽向煤层顶板岩石内施工Ø89mm直径的顶板岩石孔3，钻孔采用定向钻机施工，定向钻机先以仰角β钻进经一段煤层孔后进入顶板岩石钻进至距煤层1.5m位置后，以于煤层平行的倾角α的岩石孔继续钻进，，顶板岩石孔长度为280m左右，顶板岩石孔中心距煤层顶板1.5m；顶板岩石孔平行于回采工作面。
2)将通过高压胶管26与密封顶板岩石孔的水力封隔器28相连，水力封隔器封孔长度为20m；
3)启动高压脉动注水泵23，当高压脉动注水泵23压力达到设定值后，电控阀门25自动打开，高压水经高压胶管26通过水力封隔器28进入顶板岩石孔3内对煤层进行压裂，使顶板岩石孔周围的裂隙连通，最后均匀压入煤层裂隙中，当压力值迅速下降后停止压裂；高压脉动注水泵脉冲强度：0~25MPa；脉冲频率：0~1460 次/min；输出流量：0~120L/min；高压脉动水源选择井下静压水；
4)关闭阀门20后关闭高压脉动注水泵23，将高压胶管26撤掉，完成煤层顶板的超前预裂。
实施例2
所述的步骤4为， 打开高压脉动注水泵开始脉动压裂，当出现压力骤减或压力稳定时停止脉动压裂，开始乳化液泵注水，如此反复，直至达到需要的压裂压力及脉动压裂时间停止压裂；顶板岩石孔内先用乳化液泵充满水后再采用高压脉动注水泵压裂。其它步骤同实施例1。
Claims (8)
1.一种基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法，其特征在于包括以下步骤：
1)在回采工作面的进风顺槽内采用定向钻机向煤层顶板钻一个顶板岩石孔，钻孔经一段煤层孔后进入顶板岩石，顶板岩石孔距煤层顶部1-２m；
2)将与高压脉动注水系统相连的高压胶管与水力封隔器相连，水力封隔器对顶板岩石孔进行封孔，封孔长度20m；
3)启动高压脉动注水泵，将高压脉动水通过启动阀门注入顶板岩石孔内，高压脉动注水泵脉冲强度：0~25MPa；脉冲频率：0~1460 次/min；输出流量：0~120L/min；使顶板岩石孔周围的裂隙连通，最后均匀压入煤层裂隙中；
4) 打开高压脉动注水泵开始脉动压裂，当出现压力骤减或压力稳定时停止脉动压裂，开始乳化液泵注水，如此反复，直至达到需要的压裂压力及脉动压裂时间停止压裂。
2.根据权利要求1所述的一种基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法，其特征在于在步骤1)中，顶板岩石孔采用定向钻机以仰角β从煤层巷道开口先施工一段煤层孔后进入煤层顶板岩石内，钻进至煤层顶板1.5米位置时，以于煤层平行的倾角α沿煤层顶板继续钻进。
3.根据权利要求1所述的一种基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法，其特征在于在步骤1)中，顶板岩石孔平行于回采工作面。
4.根据权利要求1所述的一种基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法，其特征在于在步骤1)中，顶板岩石孔中心与煤层顶部距离１.5m。
5.根据权利要求1所述的一种基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法，其特征在于在步骤1)中，顶板岩石孔的直径为Ø89mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法，其特征在于在步骤2)中，顶板岩石孔端部封孔长度为20m。
7.根据权利要求1所述的一种基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法，其特征在于在步骤3)中，高压脉动水源选择井下静压水。
8.根据权利要求1所述的一种基于顶板裂隙缝网水力压裂煤层增透方法，其特征在于在步骤4)中，顶板岩石孔内先用乳化液泵充满水后再采用高压脉动注水泵压裂。
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