CN111322049A - 一种基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法，包括压裂钻孔和定向压裂裂隙轨迹；还包括如下步骤：步骤一，模拟出辅助圆弧；步骤二，模拟出辅助直线；步骤三，压裂钻孔中心线以一定角度间隔的旋转，与辅助圆弧形成辅助圆交点；步骤四，压裂钻孔孔口与辅助圆交点相连，构成窥视钻孔的钻孔路径，且钻孔路径分别与辅助直线相交；步骤五，形成窥视孔；步骤六，对裂隙发育效果进行标准评价。优势在于，通过本发明中记载的方法，可以有效的解决目前水力压裂轨迹评价中存在的问题，同时本方法成本低廉，检测效率高；同时，相比较传统的检测手段具有直接观测轨迹的优点。

Description

一种基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法
技术领域
本发明涉及水力压裂领域，具体涉及一种基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法。
背景技术
定向水力压裂技术是指在钻孔内预先开槽，利用高压水致裂岩层、产生定向裂缝的方法。近年来，我国煤矿生产大力发展定向水力压裂技术，在坚硬岩层切顶卸压、冲击地压预防、瓦斯增透等方向应用广泛。
煤矿井下定向水力压裂技术主要用于工作面的回采巷道、开切眼、回撤通道的顶板定向预裂。施工流程包含打孔、切槽、压裂等，施工技术已经较为成熟。用于评价压裂效果的方法包括应力测量法、微震监测法等，可以反映压裂范围和压裂后应力变化规律。但这些监测系统设备组成复杂，监测设备易被扰动，无法识别信号源是否来自水力压裂，造成监测精度不高、无法直接观测水力压裂轨迹等难题。基于此，本发明提供一种基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹评价方法，成本低廉、易于操作，且能直观的观测水力压裂轨迹扩展范围。
发明内容
为了解决目前水力压裂轨迹检测困难等问题，本发明提供一种基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法，包括：
预先根据设计方案在煤层的巷道施工压裂钻孔，以及通过对压裂钻孔的切槽、封孔、压裂等定向水力压裂步骤，形成定向压裂裂隙轨迹，压裂钻孔的压裂钻孔中心线与水平面的夹角ɑ，压裂钻孔内的定向切槽点距离压裂钻孔孔口的长度L；
还包括如下步骤：
步骤一，以压裂钻孔孔口为中心，模拟出半径为1.2L的辅助圆弧；
步骤二，在压裂钻孔内的定向切槽点上模拟出与压裂钻孔中心线垂直的辅助直线；
步骤三，在辅助直线上方的压裂岩层内，压裂钻孔中心线以角度θ间隔的旋转，且与辅助圆弧相交构成第一辅助圆交点、第二辅助圆交点、第三辅助圆交点和第四辅助圆交点；
步骤四，压裂钻孔孔口分别与第一辅助圆交点、第二辅助圆交点、第三辅助圆交点和第四辅助圆交点相连，构成第一窥视钻孔、第二窥视钻孔、第三窥视钻孔和第四窥视钻孔的钻孔路径，且钻孔路径分别与辅助直线相交于第一辅助线交点、第二辅助线交点、第三辅助线交点和第四辅助线交点；
步骤五，对第一窥视钻孔、第二窥视钻孔、第三窥视钻孔和第四窥视钻孔分别进行钻孔施工，形成窥视孔；
步骤六，利用钻孔窥视仪依次对第一窥视钻孔和第二窥视钻孔的裂隙发育进行观测，并根据标准评价；
再对第三窥视钻孔和第四窥视钻孔的裂隙发育进行观测，并根据标准评价。
进一步地，所述角度θ等于或小于压裂钻孔倾斜角度α的1/3。
进一步地，所述窥视钻孔之间的施工间隔是0.3~0.5m。
进一步地，步骤六所述评价标准包括：
分析第一辅助线交点、第二辅助线交点沿着相应窥视孔轴向前后0.3m处是否有水力裂隙；
若孔内无裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂无效果，轨迹扩展范围很小；
若仅有一个孔内有裂隙发育或是裂隙呈非对称分布，评价结果是：定向水力压裂效果差，轨迹扩展范围较小；
若裂隙呈对称分布，则定向水力压裂有效果，需要进一步分析距离压裂钻孔孔口较远的第三辅助线交点（N3）和第四辅助线交点（N4）沿着相应窥视孔轴向前后前后0.5m处是否有水力裂隙发育。
若两孔内相应位置均无裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂效果一般，轨迹扩展范围适中；
若仅有一个孔内相应位置存在裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂效果较好，轨迹扩展范围较大；
若两个孔内相应位置均存在裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂效果很好，轨迹贯穿压裂岩层，能够有效实现定向压裂。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过本发明中记载的方法，可以有效的解决目前观测水力压裂轨迹评价中存在的问题，同时本方法成本低，检测效率高；相比较传统的检测方法，本发明具有直接观测裂隙轨迹的优点。
附图说明
图1 定向水力压裂窥视钻孔设计剖面图；
图2 开切眼定向水力压裂（30°）窥视钻孔设计剖面图；
图3 开切眼定向水力压裂（30°）窥视钻孔设计平面图。
图中，1-压裂钻孔，2-压裂钻孔中心线，3-定向切槽点，4-定向压裂裂隙轨迹，5-压裂钻孔孔口，6-辅助圆弧，7-辅助直线，K1第一窥视钻孔，K2第二窥视钻孔，K3第三窥视钻孔，K4第四窥视钻孔，C1第一辅助圆交点，C2第二辅助圆交点，C3第三辅助圆交点，C4第四辅助圆交点，N1第一辅助线交点，N2第二辅助线交点，N3第三辅助线交点，N4第四辅助线交点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2和图3所示，一种基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法，包括，预先根据设计方案在煤层的巷道施工压裂钻孔1，每个窥视钻孔；通过对压裂钻孔1的切槽、封孔、压裂等定向水力压裂步骤，形成定向压裂裂隙轨迹4，压裂钻孔1的压裂钻孔中心线2与水平面的夹角ɑ，压裂钻孔1内的定向切槽点3距离压裂钻孔孔口5的长度L；为保证定向压裂施工质量，夹角α一般可以30度或45度。
为了实施观测，本发明还包括如下步骤：
步骤一，以压裂钻孔孔口5为中心，模拟出半径为1.2L的辅助圆弧6；该模拟辅助圆弧6为假想线，便于观测钻孔定位使用。
步骤二，在压裂钻孔1内的定向切槽点3上模拟出与压裂钻孔中心线2垂直的辅助直线7。
步骤三，在辅助直线7上方的压裂岩层内，压裂钻孔中心线2以角度θ间隔的旋转，且与辅助圆弧（6）相交构成第一辅助圆交点C1、第二辅助圆交点（C2）、第三辅助圆交点（C3）和第四辅助圆交点（C4）；一般，所述角度θ等于或小于压裂钻孔倾斜角度α的1/3；如夹角ɑ为30度或45度时，角度θ的范围是10度或15度，甚至更小。
步骤四，压裂钻孔孔口（5）分别与第一辅助圆交点（C1）、第二辅助圆交点（C2）、第三辅助圆交点（C3）和第四辅助圆交点（C4）相连，构成第一窥视钻孔（K1）、第二窥视钻孔（K2）、第三窥视钻孔（K3）和第四窥视钻孔（K4）的钻孔路径，且钻孔路径分别与辅助直线（7）相交于第一辅助线交点（N1）、第二辅助线交点（N2）、第三辅助线交点（N3）和第四辅助线交点（N4）。
步骤五，对第一窥视钻孔K1、第二窥视钻孔K2、第三窥视钻孔K3和第四窥视钻孔K4分别进行窥视孔施工，形成窥视孔，其中，所述窥视钻孔之间的施工间隔是0.3~0.5m。
步骤六，利用钻孔窥视仪依次对第一窥视钻孔K1和第二窥视钻孔K2的裂隙发育进行观测，并根据标准评价；
再对第三窥视钻孔K3和第四窥视钻孔K4的裂隙发育进行观测，并根据标准评价。
在评价中，所采用的标准包括如下情况：
分析第一辅助线交点（N1）、第二辅助线交点（N2）沿着相应窥视孔轴向前后0.3m处是否有水力裂隙。
若孔内无裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂无效果，轨迹扩展范围很小。
若仅有一个孔内有裂隙发育或是裂隙呈非对称分布，评价结果是：定向水力压裂效果差，轨迹扩展范围较小。
若裂隙呈对称分布，则定向水力压裂有效果，需要进一步分析距离压裂钻孔孔口较远的第三辅助线交点（N3）和第四辅助线交点（N4）沿着相应窥视孔轴向前后前后0.5m处是否有水力裂隙发育。
若两孔内相应位置均无裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂效果一般，轨迹扩展范围适中。
若仅有一个孔内相应位置存在裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂效果较好，轨迹扩展范围较大；
若两个孔内相应位置均存在裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂效果很好，轨迹贯穿压裂岩层，能够有效实现定向压裂。

Claims (4)

1.一种基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法，其特征在于：包括，
预先根据设计方案在煤层的巷道施工压裂钻孔（1），以及通过对压裂钻孔（1）的切槽、封孔和定向水力压裂形成定向压裂裂隙轨迹（4）；压裂钻孔（1）的压裂钻孔中心线（2）与水平面的夹角ɑ；压裂钻孔（1）内的定向切槽点（3）距离压裂钻孔孔口（5）的长度L；
还包括如下步骤：
步骤一，以压裂钻孔孔口（5）为中心，模拟出半径为1.2L的辅助圆弧（6）；
步骤二，在压裂钻孔（1）内的定向切槽点（3）上模拟出与压裂钻孔中心线（2）垂直的辅助直线（7）；
步骤三，在辅助直线（7）上方的压裂岩层内，压裂钻孔中心线（2）以角度θ间隔旋转，且与辅助圆弧（6）相交构成第一辅助圆交点（C1）、第二辅助圆交点（C2）、第三辅助圆交点（C3）和第四辅助圆交点（C4）；
步骤四，压裂钻孔孔口（5）分别与第一辅助圆交点（C1）、第二辅助圆交点（C2）、第三辅助圆交点（C3）和第四辅助圆交点（C4）相连，构成第一窥视钻孔（K1）、第二窥视钻孔（K2）、第三窥视钻孔（K3）和第四窥视钻孔（K4）的钻孔路径，且钻孔路径分别与辅助直线（7）相交于第一辅助线交点（N1）、第二辅助线交点（N2）、第三辅助线交点（N3）和第四辅助线交点（N4）；
步骤五，对第一窥视钻孔（K1）、第二窥视钻孔（K2）、第三窥视钻孔（K3）和第四窥视钻孔（K4）分别进行钻孔施工，形成窥视孔；
步骤六，利用钻孔窥视仪依次对第一窥视钻孔（K1）和第二窥视钻孔（K2）的裂隙发育进行观测，并根据标准评价；
再对第三窥视钻孔（K3）和第四窥视钻孔（K4）的裂隙发育进行观测，并根据标准评价。
2.根据权利要求1所述的基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法，其特征在于：所述角度θ等于或小于压裂钻孔倾斜角度α的1/3。
3.根据权利要求1所述的基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法，其特征在于：所述窥视钻孔之间的施工间隔是0.3~0.5m。
4.根据权利要求1所述的基于钻孔窥视仪的水力压裂轨迹确定方法，其特征在于：步骤六所述评价的标准包括：
分析第一辅助线交点（N1）、第二辅助线交点（N2）沿着相应窥视孔轴向前后0.3m处是否有水力裂隙；
若孔内无裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂无效果，轨迹扩展范围很小；
若仅有一个孔内有裂隙发育或是裂隙呈非对称分布，评价结果是：定向水力压裂效果差，轨迹扩展范围较小；
若裂隙呈对称分布，则定向水力压裂有效果，需要进一步分析距离压裂钻孔孔口较远的第三辅助线交点（N3）和第四辅助线交点（N4）沿着相应窥视孔轴向前后前后0.5m处是否有水力裂隙发育；
若两孔内相应位置均无裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂效果一般，轨迹扩展范围适中；
若仅有一个孔内相应位置存在裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂效果较好，轨迹扩展范围较大；
若两个孔内相应位置均存在裂隙发育，评价结果是：定向水力压裂效果很好，轨迹贯穿压裂岩层，能够有效实现定向压裂。
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