CN109736779A - 一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，通过在本煤层水压致裂孔左、右两侧分别布置多个左、右观测孔，并对各左、右观测孔分别进行封孔，且在各封孔管上均安装一个关闭状态的单孔控制阀，然后采用压裂泵组向水力致裂钻孔内注入高压水并开始压裂，操作完成后使压裂泵组停泵但暂不卸压，以水力致裂钻孔为基点，由近及远依次打开各相应单孔控制阀，当某观测孔内有高压水流出，而与该观测孔相邻且处于该观测孔外侧的相应观测孔内没有高压水流出，该观测孔中心线与水力致裂钻孔中心线之间的水平间距记为压裂半径。本发明测量出的压裂半径的准确性更高，且本发明对井下煤层的赋存条件具有较强的适应性和可操作性，并且钻孔的利用率高。
Description
技术领域
本发明属于煤层水力致裂技术领域，具体涉及一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法。
背景技术
由于我国大多数煤层的透气性普遍偏低，而水力致裂增透技术能增加煤体裂隙，提高煤体渗透率，从而确保瓦斯抽放工作能够顺利地进行。
水力致裂钻孔间距是水力致裂施工的重要参数之一，合理的水力致裂钻孔间距，不仅能保证本煤层的瓦斯抽采效果，还能有效控制钻孔的数量和钻孔施工工程量，使工人的作业量安排也更趋于合理化，也能够为打钻经济成本的计算提供依据；以往为了保证水力致裂的施工效果，水力致裂钻孔间距过小，增加了钻孔施工的工程量，经济性差。
目前，水力致裂的钻孔间距往往由理论计算和数值模拟结果作为参考，与真实值相差较远。现场采用的钻孔窥视仪仅能观察到致裂钻孔内壁上水压裂缝的开裂等一些简单情况，还无法实现水压致裂半径的现场实测。
发明内容
本发明提供一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，采用该测量方法测量出的本煤层水力致裂的压裂半径的准确性更高，也更接近真实值，且该测量方法对井下煤层的赋存条件具有较强的适应性和可操作性，并且测试结束后各左观测孔、水力致裂钻孔与各右观测孔均可用于本煤层瓦斯抽采，因而钻孔的利用率高。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，包括以下步骤：
(1)、在井下厚度为h煤层的一半厚度h/2位置处的巷道侧壁上施工一个水平且纵向布置的水力致裂钻孔；
(2)、在步骤(1)中的水力致裂钻孔左侧的巷道侧壁上布置n+1个左观测孔，各左观测孔的中心线与水力致裂钻孔的中心线相平行，且各左观测孔的中心线所处的水平高度均与水力致裂钻孔中心线所处的水平高度相同，按距水力致裂钻孔由近及远标记各左观测孔，各左观测孔分别标记为L-1#、L-2#、L-3#、......、L-n#、L-(n+1)#；
(3)、在步骤(1)中的水力致裂钻孔右侧的巷道侧壁上布置n+1个右观测孔，各右观测孔的中心线与水力致裂钻孔的中心线相平行，且各右观测孔的中心线所处的水平高度均与水力致裂钻孔中心线所处的水平高度相同，按距水力致裂钻孔由近及远标记各右观测孔，各右观测孔分别标记为R-1#、R-2#、R-3#、......、R-n#、R-(n+1)#；
(4)、在步骤(2)中的各左观测孔内分别插入左封孔管，然后采用水泥砂浆材料分别将各左封孔管固定于相应左观测孔的内壁上，进而对各左观测孔实现封孔，然后在各左封孔管上均安装一个左单孔控制阀，且各左单孔控制阀均处于关闭状态，在步骤(3)中的各右观测孔内分别插入右封孔管，然后采用水泥砂浆材料分别将各右封孔管固定于相应右观测孔的内壁上，进而对各右观测孔实现封孔，然后在各右封孔管上均安装一个右单孔控制阀，且各右单孔控制阀均处于关闭状态；
(5)、在步骤(1)中的水力致裂钻孔内安装致裂用封隔器，并通过致裂管路实现巷道内压裂泵组与封隔器的连接，然后采用压裂泵组通过封隔器向水力致裂钻孔内注入高压水并开始压裂，以进行水力致裂操作；
(6)、待步骤(5)中的水力致裂操作完成后，使压裂泵组停泵但暂不卸压，一段时间后，以水力致裂钻孔为基点，由近及远按R-1#、L-1#、R-2#、L-2#、……、R-(n+1)#、L-(n+1)#次序依次打开各相应右单孔控制阀与各相应左单孔控制阀，高压水分别从距离水力致裂钻孔较近的各相应右观测孔以及距离水力致裂钻孔较近的各相应左观测孔内流出；
当某右观测孔内有高压水流出，而与该右观测孔相邻且处于该右观测孔右侧的相应右观测孔内没有高压水流出，说明水压裂缝扩展到该右观测孔，该右观测孔中心线与水力致裂钻孔中心线之间的水平间距记为右压裂半径；
或当某左观测孔内有高压水流出，而与该左观测孔相邻且处于该左观测孔左侧的相应左观测孔内没有高压水流出，说明水压裂缝扩展到该左观测孔，该左观测孔中心线与水力致裂钻孔中心线之间的水平间距记为左压裂半径；
比较右压裂半径与左压裂半径的大小，并取压裂半径数值较大的记为本煤层水力致裂的压裂半径。
进一步地，步骤(1)中，巷道走向沿左右方向，水力致裂钻孔的中心线与巷道侧壁相垂直。
进一步地，步骤(2)中，各左观测孔之间的水平间距以及L-1#左观测孔与水力致裂钻孔之间的水平间距均相等，且各左观测孔之间的水平间距为2m，进而各左观测孔即L-1#、L-2#、L-3#、......、L-n#、L-(n+1)#距离水力致裂钻孔的水平间距分别为2m、4m、6m、......。
进一步地，步骤(3)中，各右观测孔之间的水平间距均相等且各右观测孔之间的水平间距为2m，R-1#右观测孔与水力致裂钻孔之间的水平间距为1m，进而各右观测孔即R-1#、R-2#、R-3#、......、R-n#、R-(n+1)#距离水力致裂钻孔的水平间距分别为1m、3m、5m、......。
进一步地，步骤(4)中，各左封孔管的水平长度为18m，即各左观测孔的封孔深度为18m，各左封孔管外侧壁与相应左观测孔内侧壁之间注入有6m长度的水泥砂浆材料，水泥砂浆材料凝固后各左封孔管固定于相应左观测孔的内壁上，即各左观测孔的封孔段的长度为6m，各左观测孔内6m长度的封孔段是连续的，且各左观测孔的封孔段的起始位置距离相应左观测孔孔口的距离为12m。
进一步地，步骤(4)中，各右封孔管的水平长度为18m，即各右观测孔的封孔深度为18m，各右封孔管外侧壁与相应右观测孔内侧壁之间注入有6m长度的水泥砂浆材料，水泥砂浆材料凝固后各右封孔管固定于相应右观测孔的内壁上，即各右观测孔的封孔段的长度为6m，各右观测孔内6m长度的封孔段是连续的，且各右观测孔的封孔段的起始位置距离相应右观测孔孔口的距离为12m。
进一步地，步骤(5)中，封隔器处于水力致裂钻孔内不低于20m的深度处。
进一步地，步骤(6)中，待步骤(5)中的水力致裂操作完成后，使压裂泵组停泵但暂不卸压，一小时后，以水力致裂钻孔为基点，由近及远按R-1#、L-1#、R-2#、L-2#、……、R-(n+1)#、L-(n+1)#次序依次打开各相应右单孔控制阀与各相应左单孔控制阀，高压水分别从距离水力致裂钻孔较近的各相应右观测孔以及距离水力致裂钻孔较近的各相应左观测孔内流出。
进一步地，步骤(2)中，n+1个左观测孔中的n是根据理论计算的水力压裂半径值推算出的，
水力压裂半径记为R，水力压裂半径R的理论计算公式为：式中，Q为注入的流量，m3/s；t为注入时间，s；E为煤岩体弹性模量，Pa；σ为缝内流体压力，Pa；H为竖直方向上的缝高，m；
若每隔2m布置1个左观测孔，根据理论计算的水力压裂半径值推算出的n＝R/2，进而在步骤(1)中的水力致裂钻孔左侧的巷道侧壁上布置n+1个左观测孔。
进一步地，步骤(3)中，n+1个右观测孔中的n是根据理论计算的水力压裂半径值推算出的，
水力压裂半径记为R，水力压裂半径R的理论计算公式为：式中，Q为注入的流量，m3/s；t为注入时间，s；E为煤岩体弹性模量，Pa；σ为缝内流体压力，Pa；H为竖直方向上的缝高，m；
若每隔2m布置1个右观测孔，根据理论计算的水力压裂半径值推算出的n＝R/2，进而在步骤(1)中的水力致裂钻孔右侧的巷道侧壁上布置n+1个右观测孔。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明得到的本煤层水力致裂的压裂半径是经由现场测试出来的，与以往的本煤层水力致裂压裂半径的理论计算结果相比，本发明测量出的本煤层水力致裂的压裂半径的准确性更高，也更接近真实值；且本发明的本煤层水力致裂的压裂半径测量方法能够适用于各种赋存条件下的煤层，因而具有较强的适应性和可操作性；并且各左观测孔、水力致裂钻孔与各右观测孔在完成压裂半径测试以后，各左观测孔、水力致裂钻孔与各右观测孔能够直接连入煤层气抽采管网，以进行本煤层瓦斯抽采，因而钻孔的利用率高；采用本发明对本煤层水力致裂的压裂半径进行现场实测后，能够指导现场水力致裂钻孔间距的确定，进而避免水力致裂钻孔间距这一参数确定的盲目性，从而能节约水力致裂钻孔工程量，降低水力致裂施工成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
附图说明：1、煤层顶板，2、煤层底板，3、煤层，4、水力致裂钻孔，5、左观测孔，6、右观测孔。
具体实施方式
如图1所示，一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，包括以下步骤：
(1)、在井下厚度为h煤层3的一半厚度h/2位置处的巷道侧壁上施工一个水平且纵向布置的水力致裂钻孔4，其中巷道走向沿左右方向，水力致裂钻孔4的中心线与巷道侧壁相垂直；
(2)、在步骤(1)中的水力致裂钻孔4左侧的巷道侧壁上布置n+1个左观测孔5，各左观测孔5的中心线与水力致裂钻孔4的中心线相平行，且各左观测孔5的中心线所处的水平高度均与水力致裂钻孔4中心线所处的水平高度相同，按距水力致裂钻孔4由近及远标记各左观测孔5，各左观测孔5分别标记为L-1#、L-2#、L-3#、......、L-n#、L-(n+1)#，各左观测孔5之间的水平间距以及L-1#左观测孔5与水力致裂钻孔4之间的水平间距均相等，且各左观测孔5之间的水平间距为2m，进而各左观测孔5即L-1#、L-2#、L-3#、......、L-n#、L-(n+1)#距离水力致裂钻孔4的水平间距分别为2m、4m、6m、......；
(3)、在步骤(1)中的水力致裂钻孔4右侧的巷道侧壁上布置n+1个右观测孔6，各右观测孔6的中心线与水力致裂钻孔4的中心线相平行，且各右观测孔6的中心线所处的水平高度均与水力致裂钻孔4中心线所处的水平高度相同，按距水力致裂钻孔4由近及远标记各右观测孔6，各右观测孔6分别标记为R-1#、R-2#、R-3#、......、R-n#、R-(n+1)#，各右观测孔6之间的水平间距均相等且各右观测孔6之间的水平间距为2m，R-1#右观测孔6与水力致裂钻孔4之间的水平间距为1m，进而各右观测孔6即R-1#、R-2#、R-3#、......、R-n#、R-(n+1)#距离水力致裂钻孔4的水平间距分别为1m、3m、5m、......；
(4)、在步骤(2)中的各左观测孔5内分别插入左封孔管，然后采用水泥砂浆材料分别将各左封孔管固定于相应左观测孔5的内壁上，进而对各左观测孔5实现封孔，然后在各左封孔管上均安装一个左单孔控制阀，且各左单孔控制阀均处于关闭状态，在步骤(3)中的各右观测孔6内分别插入右封孔管，然后采用水泥砂浆材料分别将各右封孔管固定于相应右观测孔6的内壁上，进而对各右观测孔6实现封孔，然后在各右封孔管上均安装一个右单孔控制阀，且各右单孔控制阀均处于关闭状态；
(5)、在步骤(1)中的水力致裂钻孔4内安装致裂用封隔器，封隔器处于水力致裂钻孔4内不低于20m的深度处，并通过致裂管路实现巷道内压裂泵组与封隔器的连接，然后采用压裂泵组通过封隔器向水力致裂钻孔4内注入高压水并开始压裂，以进行水力致裂操作；
(6)、待步骤(5)中的水力致裂操作完成后，使压裂泵组停泵但暂不卸压，一小时后，以水力致裂钻孔4为基点，由近及远按R-1#、L-1#、R-2#、L-2#、……、R-(n+1)#、L-(n+1)#次序依次打开各相应右单孔控制阀与各相应左单孔控制阀，高压水分别从距离水力致裂钻孔4较近的各相应右观测孔6以及距离水力致裂钻孔4较近的各相应左观测孔5内流出；
当某右观测孔6内有高压水流出，而与该右观测孔6相邻且处于该右观测孔6右侧的相应右观测孔6内没有高压水流出，说明水压裂缝扩展到该右观测孔6，该右观测孔6中心线与水力致裂钻孔4中心线之间的水平间距记为右压裂半径；
或当某左观测孔5内有高压水流出，而与该左观测孔5相邻且处于该左观测孔5左侧的相应左观测孔5内没有高压水流出，说明水压裂缝扩展到该左观测孔5，该左观测孔5中心线与水力致裂钻孔4中心线之间的水平间距记为左压裂半径；
比较右压裂半径与左压裂半径的大小，并取压裂半径数值较大的记为本煤层水力致裂的压裂半径。
其中，步骤(4)中，各左封孔管的水平长度为18m，即各左观测孔的封孔深度为18m，各左封孔管外侧壁与相应左观测孔内侧壁之间注入有6m长度的水泥砂浆材料，水泥砂浆材料凝固后各左封孔管固定于相应左观测孔的内壁上，即各左观测孔的封孔段的长度为6m，各左观测孔内6m长度的封孔段是连续的，且各左观测孔的封孔段的起始位置距离相应左观测孔孔口的距离为12m；各右封孔管的水平长度为18m，即各右观测孔的封孔深度为18m，各右封孔管外侧壁与相应右观测孔内侧壁之间注入有6m长度的水泥砂浆材料，水泥砂浆材料凝固后各右封孔管固定于相应右观测孔的内壁上，即各右观测孔的封孔段的长度为6m，各右观测孔内6m长度的封孔段是连续的，且各右观测孔的封孔段的起始位置距离相应右观测孔孔口的距离为12m。
其中，步骤(2)中，n+1个左观测孔中的n是根据理论计算的水力压裂半径值推算出的，
水力压裂半径记为R，水力压裂半径R的理论计算公式为：式中，Q为注入的流量，m3/s；t为注入时间，s；E为煤岩体弹性模量，Pa；σ为缝内流体压力，Pa；H为竖直方向上的缝高，m；
若每隔2m布置1个左观测孔，根据理论计算的水力压裂半径值推算出的n＝R/2，进而在步骤(1)中的水力致裂钻孔左侧的巷道侧壁上布置n+1个左观测孔。
其中，步骤(3)中，n+1个右观测孔中的n是根据理论计算的水力压裂半径值推算出的，
水力压裂半径记为R，水力压裂半径R的理论计算公式为：式中，Q为注入的流量，m3/s；t为注入时间，s；E为煤岩体弹性模量，Pa；σ为缝内流体压力，Pa；H为竖直方向上的缝高，m；
若每隔2m布置1个右观测孔，根据理论计算的水力压裂半径值推算出的n＝R/2，进而在步骤(1)中的水力致裂钻孔右侧的巷道侧壁上布置n+1个右观测孔。
Claims (10)
1.一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)、在井下厚度为h煤层的一半厚度h/2位置处的巷道侧壁上施工一个水平且纵向布置的水力致裂钻孔；
(2)、在步骤(1)中的水力致裂钻孔左侧的巷道侧壁上布置n+1个左观测孔，各左观测孔的中心线与水力致裂钻孔的中心线相平行，且各左观测孔的中心线所处的水平高度均与水力致裂钻孔中心线所处的水平高度相同，按距水力致裂钻孔由近及远标记各左观测孔，各左观测孔分别标记为L-1#、L-2#、L-3#、......、L-n#、L-(n+1)#；
(3)、在步骤(1)中的水力致裂钻孔右侧的巷道侧壁上布置n+1个右观测孔，各右观测孔的中心线与水力致裂钻孔的中心线相平行，且各右观测孔的中心线所处的水平高度均与水力致裂钻孔中心线所处的水平高度相同，按距水力致裂钻孔由近及远标记各右观测孔，各右观测孔分别标记为R-1#、R-2#、R-3#、......、R-n#、R-(n+1)#；
(4)、在步骤(2)中的各左观测孔内分别插入左封孔管，然后采用水泥砂浆材料分别将各左封孔管固定于相应左观测孔的内壁上，进而对各左观测孔实现封孔，然后在各左封孔管上均安装一个左单孔控制阀，且各左单孔控制阀均处于关闭状态，在步骤(3)中的各右观测孔内分别插入右封孔管，然后采用水泥砂浆材料分别将各右封孔管固定于相应右观测孔的内壁上，进而对各右观测孔实现封孔，然后在各右封孔管上均安装一个右单孔控制阀，且各右单孔控制阀均处于关闭状态；
(5)、在步骤(1)中的水力致裂钻孔内安装致裂用封隔器，并通过致裂管路实现巷道内压裂泵组与封隔器的连接，然后采用压裂泵组通过封隔器向水力致裂钻孔内注入高压水并开始压裂，以进行水力致裂操作；
(6)、待步骤(5)中的水力致裂操作完成后，使压裂泵组停泵但暂不卸压，一段时间后，以水力致裂钻孔为基点，由近及远按R-1#、L-1#、R-2#、L-2#、……、R-(n+1)#、L-(n+1)#次序依次打开各相应右单孔控制阀与各相应左单孔控制阀，高压水分别从距离水力致裂钻孔较近的各相应右观测孔以及距离水力致裂钻孔较近的各相应左观测孔内流出；
当某右观测孔内有高压水流出，而与该右观测孔相邻且处于该右观测孔右侧的相应右观测孔内没有高压水流出，说明水压裂缝扩展到该右观测孔，该右观测孔中心线与水力致裂钻孔中心线之间的水平间距记为右压裂半径；
或当某左观测孔内有高压水流出，而与该左观测孔相邻且处于该左观测孔左侧的相应左观测孔内没有高压水流出，说明水压裂缝扩展到该左观测孔，该左观测孔中心线与水力致裂钻孔中心线之间的水平间距记为左压裂半径；
比较右压裂半径与左压裂半径的大小，并取压裂半径数值较大的记为本煤层水力致裂的压裂半径。
2.根据权利要求1所述的一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，其特征在于步骤(1)中，巷道走向沿左右方向，水力致裂钻孔的中心线与巷道侧壁相垂直。
3.根据权利要求1所述的一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，其特征在于步骤(2)中，各左观测孔之间的水平间距以及L-1#左观测孔与水力致裂钻孔之间的水平间距均相等，且各左观测孔之间的水平间距为2m，进而各左观测孔即L-1#、L-2#、L-3#、......、L-n#、L-(n+1)#距离水力致裂钻孔的水平间距分别为2m、4m、6m、......。
4.根据权利要求3所述的一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，其特征在于步骤(3)中，各右观测孔之间的水平间距均相等且各右观测孔之间的水平间距为2m，R-1#右观测孔与水力致裂钻孔之间的水平间距为1m，进而各右观测孔即R-1#、R-2#、R-3#、......、R-n#、R-(n+1)#距离水力致裂钻孔的水平间距分别为1m、3m、5m、......。
5.根据权利要求1所述的一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，其特征在于步骤(4)中，各左封孔管的水平长度为18m，即各左观测孔的封孔深度为18m，各左封孔管外侧壁与相应左观测孔内侧壁之间注入有6m长度的水泥砂浆材料，水泥砂浆材料凝固后各左封孔管固定于相应左观测孔的内壁上，即各左观测孔的封孔段的长度为6m，各左观测孔内6m长度的封孔段是连续的，且各左观测孔的封孔段的起始位置距离相应左观测孔孔口的距离为12m。
6.根据权利要求1或5所述的一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，其特征在于步骤(4)中，各右封孔管的水平长度为18m，即各右观测孔的封孔深度为18m，各右封孔管外侧壁与相应右观测孔内侧壁之间注入有6m长度的水泥砂浆材料，水泥砂浆材料凝固后各右封孔管固定于相应右观测孔的内壁上，即各右观测孔的封孔段的长度为6m，各右观测孔内6m长度的封孔段是连续的，且各右观测孔的封孔段的起始位置距离相应右观测孔孔口的距离为12m。
7.根据权利要求1所述的一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，其特征在于步骤(5)中，封隔器处于水力致裂钻孔内不低于20m的深度处。
8.根据权利要求1所述的一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，其特征在于步骤(6)中，待步骤(5)中的水力致裂操作完成后，使压裂泵组停泵但暂不卸压，一小时后，以水力致裂钻孔为基点，由近及远按R-1#、L-1#、R-2#、L-2#、……、R-(n+1)#、L-(n+1)#次序依次打开各相应右单孔控制阀与各相应左单孔控制阀，高压水分别从距离水力致裂钻孔较近的各相应右观测孔以及距离水力致裂钻孔较近的各相应左观测孔内流出。
9.根据权利要求1所述的一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，其特征在于步骤(2)中，n+1个左观测孔中的n是根据理论计算的水力压裂半径值推算出的，
水力压裂半径记为R，水力压裂半径R的理论计算公式为：式中，Q为注入的流量，m3/s；t为注入时间，s；E为煤岩体弹性模量，Pa；σ为缝内流体压力，Pa；H为竖直方向上的缝高，m；
若每隔2m布置1个左观测孔，根据理论计算的水力压裂半径值推算出的n＝R/2，进而在步骤(1)中的水力致裂钻孔左侧的巷道侧壁上布置n+1个左观测孔。
10.根据权利要求1所述的一种本煤层水力致裂的压裂半径测量方法，其特征在于步骤(3)中，n+1个右观测孔中的n是根据理论计算的水力压裂半径值推算出的，
水力压裂半径记为R，水力压裂半径R的理论计算公式为：式中，Q为注入的流量，m3/s；t为注入时间，s；E为煤岩体弹性模量，Pa；σ为缝内流体压力，Pa；H为竖直方向上的缝高，m；
若每隔2m布置1个右观测孔，根据理论计算的水力压裂半径值推算出的n＝R/2，进而在步骤(1)中的水力致裂钻孔右侧的巷道侧壁上布置n+1个右观测孔。
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