CN111456698A - 一种高能冲击定向水力压裂方法 - Google Patents

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刘正和
杨录胜
廉浩杰
张俊文
叶海陇
王少华
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH DRILLING, e.g. DEEP DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
    • E21B43/25—Methods for stimulating production
    • E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
    • E21F7/00—Methods or devices for drawing- off gases with or without subsequent use of the gas for any purpose

Abstract

本发明属于脉冲压裂范围，具体为一种高能冲击定向水力压裂方法。本发明的步骤是：工作面切眼煤柱一侧或运输顺槽或回风顺槽巷道一侧施工钻孔到指定位置，然后在钻孔内指定的位置预制轴向对称裂缝或者环向经向裂缝，孔内注满液体，然后通过电磁阀连接高能装置，通过瞬间打开电磁阀门，高能装置内的高压液体在极短的时间内放出，裂缝在高压水的冲击波和高速水流的共同作用下，使扩展速度加快，裂缝扩展路径更容易摆脱地应力的控制，从而产生较长的定向裂缝。该方法克服了传统注水泵水力压裂时，裂缝扩展为准静态扩展，裂缝扩展路径受地应力控制的缺陷。

Description

一种高能冲击定向水力压裂方法
技术领域
本发明属于脉冲压裂领域，具体为一种高能冲击定向水力压裂方法。
背景技术
在煤矿开采中，煤岩体水力压裂技术是煤矿岩层控制技术之一，尤其是定向压裂技术，要求裂缝必须按照指定的位置和一定的方向扩展，而传统注水泵的水力压裂方式，水力裂缝扩展属于准静态过程，扩展路径受地应力的控制，如果预制裂缝的方位和最大主应力有一定夹角时，裂缝起裂后很快就偏转到最大主应力方向，从而使压裂效果差或压裂失败，而且裂缝的偏转，也给安全生产带来了隐患，因此应用受到一定的限制。本发明提出了一种高能冲击定向水力压裂方法，裂缝在高速冲击载荷作用下，裂缝扩展速度加快，冲击能量在裂缝扩展中的作用显著，扩展路径容易摆脱地应力的控制，从而达到产生较长定向裂缝之目的。
发明内容
本发明为了克服传统水力压裂裂缝扩展路径受地应力控制的不足之处，提供了一种简单、安全有效的高能冲击定向水力压裂方法。
本发明是采用如下的技术方案实现的：一种高能冲击定向水力压裂方法，包括如下步骤：
（1）在需要人工产生裂缝的煤岩体中施工压裂钻孔，在钻孔内指定的位置和方向开设预制裂缝。裂缝预制完成了，采用封孔器把钻孔与高压管路连接起来，并在钻孔内注满压裂液体，然后把高压管路与电磁阀相连接。
（2）采用高压泵给蓄能容器储存到需用的压力，关闭高压泵，然后把多个蓄能容器相互并联起来并与电磁阀相连，在蓄能容器并联的前端高压管路上设有压力监测装置。
（3）快速打开电磁阀，使高能蓄能容器里面的高压液体瞬间释放，对煤岩体进行冲击压裂。
（4）当高能蓄能容器前端压力监测装置的压力下降到设定值时，关闭电磁阀，关闭各个蓄能容器，本次压裂结束。
高能蓄能容器在极短的时间内放出高压液体，裂缝尖端在应力波和高速液体共同作用下，裂缝扩展速度加快，裂缝扩展摆脱应力控制，从而产生更长的定向裂缝。
上述的一种高能冲击定向水力压裂方法，蓄能器的个数为2~10个，通过并联的方式增加蓄能器的容量为10~2000升，蓄能压力为10MPa~200MPa。
上述的一种高能冲击定向水力压裂方法，电磁阀打开和关闭阀门的工作时间10毫秒到2秒。
有益效果：
本发明在回采工作面、运输顺槽或回风顺槽内向预开采的煤岩体施工压裂钻孔至设定位置，然后在钻孔内指定的位置和方向预制裂缝，钻孔内注满液体后，采用蓄能冲击压裂，该种压裂方法可有效控制裂缝的扩展方向，实现煤岩定向切缝，有利于坚硬顶板的定向切顶破断、坚硬顶煤的定向破裂、切顶卸压沿空留巷、切顶成巷、切顶煤柱护巷，防止冲击地压、防止煤与瓦斯突出、提高瓦斯抽采效果。方法简单、安全性好、操作简单，使用方便，效果好，具有广泛的实用性。
附图说明
图1是本发明的高能冲击定向压裂实施例一示意图。
图2是本发明的高能冲击定向压裂实例二示意图。
图中：1-煤岩体，2-压裂钻孔，3-预制裂缝，4-封孔器，5-管路，6-电磁阀，7-压力监测装置，8-高能蓄能容器，9-蓄能高压泵。
具体实施方式
在需要人工产生定向裂缝的煤岩中1施工压裂钻孔2，在钻孔内指定的位置和方向开设径向环状或轴向对称预制裂缝3。裂缝预制完成了，采用封孔器4把压裂钻孔2与高压管路5连接起来，并在钻孔内注满压裂液体，高压管路5的另一端与电磁阀6相连接。采用高压泵9给蓄能器8储存到需用的压力60MPa，关闭高压泵9，然后高压管路5把3个蓄能器8相互并联起来并与电磁阀6相连，在蓄能器并联的前端设有压力监测装置7。通过快速打开电磁阀6（电磁阀在10-15毫秒打开），使蓄能容器8里面的高压液体瞬间释放，对煤岩体进行冲击压裂。当蓄能器前端压力监测装置7的压力下降到设定值50MPa时，关闭电磁阀，关闭各个高能蓄能器，压裂结束。
实施例一：在某矿煤层平均厚度为2.8m，平均倾角为5°，煤层硬度为1.8，直接顶为泥岩，平均厚度为1.8m，基本顶为细粒砂岩，平均厚度为5.4m，采用顶板定向切顶沿空留巷。在工作面的回风顺槽超前工作面30m靠近煤柱侧巷旁垂直顶板垂直施工钻孔穿过砂岩顶板1m，然后在钻孔边缘沿巷道长轴方向采用磨料射对称割缝（施工轴向对称预制裂缝），割缝完毕后，采用封孔器4封孔，然后通过高压管路采用小水泵给钻孔注水，注满为止，并把高压管路5与电磁阀6连接，采用高压泵9给蓄能器储存到需用的压力60MPa，关闭高压泵9，然后高压管路5把3个蓄能器8相互并联起来并与电磁阀6相连，在蓄能器并联的前端设有压力监测装置7。通过快速打开电磁阀6（电磁阀在10-15毫秒），使3个高能蓄能容器8里面的高压液体同时瞬间释放，对煤岩体进行冲击压裂。当蓄能器前端压力监测装置7的压力下降到设定值50MPa时，关闭电磁阀，关闭各个蓄能容器，压裂结束，进行下一个钻孔压裂。
实施例二：如图2所示，煤层平均厚度3m，平均倾角为3°，煤的硬度为2.0，直接顶为泥岩，平均厚度为1.4m，基本顶为粗砂岩，平局厚度为6m，硬度为5.8，工作面顺槽采用两巷制布置方式，采用切顶煤柱护巷。为了减小采动影响，需要定向压裂切断顶板联系，从而减小采动应力分配，使保留巷道容易维护。在工作面开采时，先从工作面的一条顺槽斜向上向顶板打压裂钻孔，钻孔倾角30°，孔深10m，在孔底进行径向预制裂缝（施工径向环状预制裂缝），然后封孔进采用封孔器4封孔，然后通过高压管路采用小水泵给钻孔注水，注满位置，并把高压管路5与电磁阀连接，采用高压泵9给蓄能器储存到需用的压力60MPa，关闭高压泵9，然后高压管路5把3个蓄能容器8相互并联起来并与电磁阀6相连，在蓄能器并联的前端设有压力监测装置7。通过快速打开电磁阀6（电磁阀在10-15毫秒），使3个高能蓄能容器8里面的高压液体同时瞬间释放，对煤岩体进行冲击压裂。当高能蓄能容器前端压力监测装置7的压力下降到设定值50MPa时，关闭电磁阀，关闭各个蓄能装置，压裂结束，进行下一个钻孔压裂。

Claims (3)

1.一种高能冲击定向水力压裂方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、在需要人工产生裂缝的煤岩体中（1）施工压裂钻孔（2），在钻孔内指定的位置和方向施工预制裂缝（3），裂缝施工完成了，采用封孔器（4）把压裂钻孔（2）与高压管路（5）连接起来，并在钻孔内注满压裂液体，然后把高压管路（5）与电磁阀（6）相连接；
b.采用高压泵（9）给高能蓄能容器储存到需用的压力，关闭高压泵（9），然后用高压管路（5）把多个高能蓄能器（8）相互并联起来并与电磁阀（6）相连，在高能蓄能器并联的前端设有压力监测装置（7）；
c．上述步骤完成后，通过打开电磁阀（6），使高能蓄能容器（8）里面的高压液体瞬间释放，对煤岩体进行冲击压裂；
d．当蓄能器前端压力监测装置（7）的压力下降到设定值时，关闭电磁阀，关闭各个高能蓄能器，压裂结束。
2.根据权利要求1或2所述的一种蓄能冲击定向压裂方法，其特征在于：蓄能器（8）的个数为2~10个，通过并联的方式增加蓄能器（8）的容量10~2000升，蓄能压力为10MPa~200MPa。
3.根据权利要求1或2所述的一种蓄能冲击定向压裂方法，其特征在于：电磁阀（6）工作时间10毫秒到2秒。
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