CN111852566A - 煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及矿山压力及岩层控制技术领域，尤其涉及一种煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，包括步骤一、布置压裂孔；在布置好的压裂孔周围布置多个监测孔，在监测孔内分别布置若干拾震器；多个监测孔在同一平面的投影呈环形排列；步骤二、将所有的拾震器的信号线接入同一个监测站；步骤三、进行压裂作业，在每一压裂孔的压裂过程中采集微震信息；步骤四、基于微震信息反演围岩中每个微震事件的空间位置。使用本发明提供的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，可以获取水力压裂钻孔周围的微震信息，从而能够得到水力压裂作业过程中的微震事件的分布规律，进而获得压裂裂缝扩展规律。
Description
技术领域
本发明涉及矿山压力及岩层控制技术领域，尤其涉及一种煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法。
背景技术
水力压裂技术最先应用于油气开采领域，用来改造油气储层性质，已经逐步成为油气田开发的一项重要技术手段。水力压裂的裂缝的扩展受应力环境、原生裂缝、岩层结构、压裂参数等诸多因素的影响，其扩展规律无法通过理论计算或数值模拟计算等方式来准确获得。因此，很多情况下水力压裂的实际作业效果和岩层的控制效果无法显现，并难以找到影响原因。
近年来，煤矿开采领域引入了水力压裂技术，来解决生产中遇到的难题。由于水力压裂技术的安全性和便捷性，目前煤矿井下正越来越多地使用水力压裂技术进行坚硬顶板的预裂和弱化。井下水力压裂主要作业地点在巷道中，通过向顶板中打设垂向或斜向上的钻孔并在孔内进行压裂作业来实现对顶板的压裂和整体结构及强度的弱化。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
本发明提供一种煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，包括：
步骤一、布置压裂孔；在布置好的压裂孔周围布置多个监测孔，在监测孔内分别布置若干拾震器；多个监测孔在同一平面的投影呈环形排列；
步骤二、将所有的拾震器的信号线接入同一个监测站，以保证数据的时间同步；
步骤三、进行压裂作业，在每一压裂孔的压裂过程中采集微震信息；
步骤四、根据所述微震信息反演围岩中每个微震事件的空间位置。
在一个实施例中，所述步骤一还包括在所述在布置好的压裂孔周围布置多个监测孔之前，根据压裂孔的深度和监测密度确定监测孔的深度、数量以及每个监测孔中的拾震器的数量和间距。
在一个实施例中，在每个压裂孔周围布置5至6个监测孔，每个监测孔内布置1个拾震器。
在一个实施例中，在每个压裂孔周围布置3至4个监测孔，每个监测孔内布置2至3个拾震器。
在一个实施例中，所述步骤二还包括采用定点爆破的方式确定岩层的波速。
在一个实施例中，所述微震监测方法采用的拾震器为磁电式速度传感器。
在一个实施例中，所述微震信息包括不同位置的拾震器监测到的微震波的时间差。
在一个实施例中，所述步骤三包括在每一压裂孔的单次压裂过程中采集微震信息。
在一个实施例中，所述步骤四包括分析每一压裂孔的单次压裂的过程中采集的微震信息，并分析多个单次压裂之间的相互影响。
本发明的有益效果是：使用本发明提供的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，可以获取水力压裂钻孔周围的微震信息，从而能够得到水力压裂作业过程中的微震事件的分布规律，进而获得压裂裂缝扩展规律；本发明提供的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法可为煤矿井下水力压裂的参数设计和施工工艺的确定提供依据，还可以作为常规监测手段评价压裂作业的效果和岩层控制效果。
附图说明
图1是现有技术中压裂孔的纵向剖面图；
图2是现有技术中压裂孔的横向剖面图；
图3是本发明实施例的监测孔的第一个水平投影图；
图4是本发明实施例的监测孔的第一个纵向剖面图；
图5是本发明实施例的监测孔的第二个纵向剖面图；
图6是本发明实施例的监测孔的第三个纵向剖面图；
图7是本发明实施例的监测孔的第二个水平投影图；
图8是本发明实施例的监测孔的第四个纵向剖面图；
图9是本发明实施例的监测孔的第五个纵向剖面图；
附图标记说明：1、压裂孔；2、监测孔；3、拾震器；4、顶板；5、工作面；6、巷道；7、煤层。
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
为了获得压裂过程中裂缝的位置、方位、尺寸等信息，本发明采用微震监测系统来进行压裂过程监测。微震监测系统是指通过监测岩体破裂产生的震动或其他物体的震动，对监测对象的破坏状况、安全状况等做出评价，从而为预报和控制灾害提供依据的成套设备。
在煤矿开采领域，在井下巷道内施工的直孔水力压裂，单孔水力压裂的流量小、压力小、压裂作用范围小，需要由下向上进行布置监测，监测的成本也需要严格控制。针对水力压裂作用下裂缝的扩展，本发明提出了一种煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，以解决围岩中的裂缝扩展情况难以测量和评估的问题，以提高水力压裂工艺参数布置的科学性，提高水力压裂的施工效率。
本发明提供的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，包括：
步骤一、布置压裂孔1；在布置好的压裂孔1周围环向布置多个与压裂孔呈角度的监测孔2，在监测孔2内分别布置若干拾震器3；多个监测孔2在同一平面的投影呈环形间隔排列；
步骤二、将监测孔2中所有拾震器3的信号线接入同一个监测站，以保证数据的时间绝对同步性；
步骤三、打开监测站的微震监测系统后，开始进行压裂作业，在每一压裂孔的压裂过程中(压裂孔内的压裂一般从孔底进行后退式压裂，可根据实际情况，进行分段多次压裂)，采集微震信息；
步骤四、根据微震信息反演围岩中每个微震事件的空间位置，从而根据微震事件的空间位置的分布情况综合分析压裂裂缝特性。
使用本发明提供的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，可以获取水力压裂钻孔周围的微震信息，从而能够得到水力压裂作业过程中的微震事件的分布规律，进而为煤矿井下水力压裂的参数设计和施工工艺的确定提供依据；本发明提供的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法还可以作为常规监测手段评价压裂作业的效果和岩层控制效果。
基于本发明提供的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，分析单次压裂数据，可以得到单次压裂裂缝扩展的方向及延伸长度，并分析不同层位岩性和应力对压裂裂缝的影响规律；分析单孔内所有压裂数据，可以分析分次压裂之间的相互影响，分析整孔压裂对该压裂孔作用范围内的岩层整体改造效果。
采集到的微震信息包括微震事件的分布规律，其可以用于：(1)解释单次压裂裂缝扩展的特征，分析裂缝扩展的方向、长度、高度等三维空间信息，得到裂缝的延伸方向、延伸距离；(2)进行震源机制分析，得到每一个事件中裂缝的走向、倾角、倾向等；进一步地，可以根据震源机制反演应力场，获取不同压裂位置的主应力分布情况，根据围岩的不同压裂段的位置获得不同层位岩层中主应力分布，以获取或验证采掘造成的上覆岩层应力分布及演化特征。
图1和图2展示了煤矿井下巷道典型的压裂孔1的布置情况，其中压裂孔1的位置和角度可以根据实际条件调整，并不固定。图3至图9展示了围绕压裂孔1的监测孔2的布置情况；监测孔2应尽可能较为均匀、对称地布置在压裂孔1周围，以提高监测精度。图1至图9中示出了压裂孔1、监测孔2、顶板4、工作面5、巷道6和煤层7，及他们的位置关系。
在一个实施例中，步骤一包括在在布置好的压裂孔1周围布置若干监测孔2之前，根据压裂孔1的深度和监测密度(包括水平方向密度和垂直方向密度)确定监测孔2的深度、数量、每个监测孔2中的拾震器3的数量和间距。其中，为保证监测效果并考虑成本和效率，在水平方向上和垂直方向上每5至10米布置一个拾震器3。
在一个实施例中，在每个压裂孔1周围布置5至6个监测孔2，每个监测孔2内布置1个拾震器3，则监测孔2应布置5至6个；图3为布置6个监测孔2的情况。
在一个实施例中，在每个压裂孔1周围布置3至4个监测孔2，每个监测孔2内布置2至3个拾震器3；图7为布置3个监测孔2。
在一个实施例中，步骤二还包括在开始数据采集前，采用定点爆破的方式确定岩层的波速。
在一个实施例中，拾震器3为磁电式速度传感器；其中，磁电式速度传感器的频带宽为0.1Hz至500Hz。
在一个实施例中，微震信息包括不同位置拾震器3监测到的微震波的时间差。
在一个实施例中，步骤三包括在每一压裂孔的单次压裂过程中采集微震信息。分析单次压裂过程中的微震信息，可以得到单次压裂裂缝扩展的方向及延伸长度，并分析不同层位岩性和应力对压裂裂缝的影响规律。
在一个实施例中，步骤四包括分析每一压裂孔的单次压裂的过程中采集的微震信息，并分析多个单次压裂之间的相互影响；从而分析整孔压裂对该压裂孔作用范围内的岩层整体改造效果。
本发明提供的方法可以采用的微震监测系统包括但不限于：ARAMIS M/S微震监测系统、SOS微震监测系统、ESG微震监测系统、ISSI微震监测系统、KJ551微震监测系统、KJ768微震监测系统、BMS微震监测系统、SinoSeiSm微震监测系统。
虽然上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，其特征在于，包括：
步骤一、布置压裂孔；在布置好的压裂孔周围布置多个监测孔，在监测孔内分别布置若干拾震器；多个监测孔在同一平面的投影呈环形排列；
步骤二、将所有的拾震器的信号线接入同一个监测站，以保证数据的时间同步；
步骤三、进行压裂作业，在每一压裂孔的压裂过程中采集微震信息；
步骤四、根据所述微震信息反演围岩中每个微震事件的空间位置。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，其特征在于，所述步骤一还包括在所述在布置好的压裂孔周围布置多个监测孔之前，根据压裂孔的深度和监测密度确定监测孔的深度、数量以及每个监测孔中的拾震器的数量和间距。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，其特征在于，在每个压裂孔周围布置5至6个监测孔，每个监测孔内布置1个拾震器。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，其特征在于，在每个压裂孔周围布置3至4个监测孔，每个监测孔内布置2至3个拾震器。
5.根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，其特征在于，所述步骤二还包括采用定点爆破的方式确定岩层的波速。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，其特征在于，所述微震监测方法采用的拾震器为磁电式速度传感器。
7.根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，其特征在于，所述微震信息包括不同位置的拾震器监测到的微震波的时间差。
8.根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，其特征在于，所述步骤三包括在每一压裂孔的单次压裂过程中采集微震信息。
9.根据权利要求8所述的煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，其特征在于，所述步骤四包括分析每一压裂孔的单次压裂的过程中采集的微震信息，并分析多个单次压裂之间的相互影响。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20201030 |