CN112324418B - 一种地下岩石水力破碎工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下岩石水力破碎工艺方法，其包括如下步骤：1)在岩层中钻水平井网；2)测量岩石形态变化；3)水力压裂，其中，用于充填裂缝的是润滑剂、水膨胀物和支撑物的混合物，而且在压裂过程中，不加破胶剂，让润滑剂一直保持高粘状态；4)压裂结束后一直关井，不进行反排，让泵入岩层的液体一直保持在裂缝中，或者在压裂层的顶部下入永久式桥塞。与常规的井下钻孔预制炸药方法对比，本发明采用在地面进行钻井和水力破碎施工，作业更安全，一次破碎的面积大，生产效率高，而且破碎效果好。

Description

一种地下岩石水力破碎工艺方法

技术领域

本发明涉及一种煤矿冲击地压危害治理的工艺方法，尤其是一种地下岩石水力破碎工艺方法。

背景技术

地下开采的深部或构造应力很高的区域，容易发生冲击地压或者岩爆。发生的原因是临空岩体积聚的应变能突然而猛烈地全部释放，致使岩体发生像爆炸一样的脆性断裂。冲击地压造成大量岩石崩落，并产生巨大声响和气浪冲击，不但可将矿井破坏，而且震动波可危及地面建筑物。目前常用的是在井下巷道打孔破碎的方法，但是存在钻孔深度浅，波及面积小，施工效率低，破岩效果差的问题。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种地下岩石水力破碎工艺方法，其可破碎煤矿或者地下巷道上方的硬质岩石，以避免临空岩石应变能突然释放发生的冲击地压问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种地下岩石水力破碎工艺方法，包括如下步骤：

1)在岩层中钻水平井网：根据岩层地应力方向，布置多口水平井，每口水平井首先在岩层中利用常规钻井技术钻一个近似水平的长孔，该长孔从岩层的顶部钻入，先沿着地层倾角向下钻穿上部地层后，再改变角度并在待破碎岩层进行近似水平的钻进，经过一段距离后，再改变角度并在待破碎岩层进行斜向下的钻进，如此在待破碎岩层进行多次的近似水平的钻进和斜向下的钻进，最后斜向下钻穿下部地层并完井；

2)测量岩石形态变化：利用物探地震的方法，测量地下岩石构造初始形态，并且在压裂过程中或者结束后，进行多次测量，获得岩石裂缝形态；

3)水力压裂：首先连续油管进行首段射孔，射孔位置在待破碎岩层与下部地层的界面处，然后利用泵送桥塞射孔联作压裂技术，从下而上依次对岩层进行分段多簇压裂，最后一段压裂位置在待破碎岩层与上部地层的界面处；其中，用于充填裂缝的是润滑剂、水膨胀物和支撑物的混合物，而且在压裂过程中，不加破胶剂，让润滑剂一直保持高粘状态；

4)压裂结束后一直关井，不进行反排，让泵入岩层的液体一直保持在裂缝中，或者在压裂层的顶部下入永久式桥塞。

进一步地，在所述步骤1)中，所布置的多口水平井之间的夹角可呈任意角度。

进一步地，在所述步骤3)中，所述润滑剂为冻胶或者线性胶，所述水膨胀物为黏土或者膨润土，所述支撑物为煤粉或者石英砂或者陶粒砂。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：与常规的井下钻孔预制炸药方法对比，本发明采用在地面进行钻井和水力破碎施工，作业更安全，一次破碎的面积大，生产效率高，而且破碎效果好。

附图说明

为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节来描述和解释本发明。

图1为本发明中水平井轨迹示意图；

图2为本发明中裂缝位置示意图。

其中，1-上部地层，2-下部地层，3-待破碎岩层，4-水平井眼轨迹，5-裂缝。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

在本发明的描述中，术语“内侧”、“外侧”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细的说明：

如图1和图2所示，岩层分为上部地层1、待破碎岩层3和下部地层2，其中待破碎岩层3位于上部地层1和下部地层2之间。

本发明提供了一种地下岩石水力破碎工艺方法，包括如下步骤：

1)在岩层中钻水平井网：根据岩层地应力方向，布置多口水平井，多口水平井之间的夹角可呈任意角度，即多口水平井之间可以是相互平行或是相互垂直或是形成有其他一定角度的夹角；每口水平井首先在岩层中利用常规钻井技术钻一个近似水平的长孔，该长孔从岩层的顶部钻入，先沿着地层倾角向下钻穿上部地层1后，再改变角度并在待破碎岩层3进行近似水平的钻进，经过一段距离后，再改变角度并在待破碎岩层3进行斜向下的钻进，如此在待破碎岩层3进行多次的近似水平的钻进和斜向下的钻进，最后斜向下钻穿下部地层2，每口水平井的水平井眼轨迹4可参见图1和图2；之后按照常规的下套管固井工艺完成各口水平井的固井及完井作业。

其中，在钻井前要首先了解地应力的方向，水平井的井眼方向与最小主应力方向要平行，如果该岩层地应力比较复杂，则所布置的水平井相互之间要有一定的角度，水平井在纵向上均匀穿过岩层，可以给压裂裂缝分布提供更好的条件。

2)测量岩石形态变化：利用物探地震的方法，测量地下岩石构造初始形态，并且在压裂过程中或者结束后，进行多次测量，获得岩石裂缝形态。

其中，利用物探地震的方法测量地层构造，在压裂前需进行一次测量，获得初始状态，在每段压裂结束后再进行测量，以了解水力压裂形成的裂缝形态，为后续段的压裂参数调整提供依据，以更好的把岩石压成均匀的碎块。

3)水力压裂：首先连续油管进行首段射孔，射孔位置在待破碎岩层3与下部地层2的界面处，然后利用泵送桥塞射孔联作压裂技术，从下而上依次对岩层进行分段多簇压裂，最后一段压裂位置在待破碎岩层3与上部地层1的界面处，每口水平井中所压裂形成的裂缝5可参见图2。与常规压裂技术不同的是，本发明用于充填裂缝的是润滑剂、水膨胀物和支撑物的混合物，润滑剂为冻胶或者线性胶，水膨胀物为黏土或者膨润土，支撑物为煤粉或者石英砂或者陶粒砂；而且在压裂过程中，不加破胶剂，让润滑剂一直保持高粘状态。

其中，在待破碎岩层3的上下界面处进行射孔是为了让岩石与临近的地层胶接能力变弱，在临空脱离时更加容易。在形成的水力裂缝后，立即加入支撑材料，冻胶可以是胍胶、淀粉、香豆粉、聚丙烯酰胺及其衍生物，所使用的支撑材料都是小粒径的颗粒，容易随压裂液流动到压开的缝隙中，并且压开的裂缝中保留冻胶和水膨性材料及支撑材料，可以减少岩石之间的摩擦力，让裂缝两边的岩石容易分开或滑动，达到容易脱离的目的，避免发生大块的整体突然脱离。

4)压裂结束后一直关井，不进行反排，让泵入岩层的液体一直保持在裂缝中，或者在压裂层的顶部下入永久式桥塞。

其中，压裂后不返排或者如果发现压力下降比较快，可以向岩层内多注一些水，让整个岩层内部保持高的压力，当岩层下部地层脱落时，岩层内部的高压推动岩石碎块相互移动，达到快速脱落的目的。

综上所述，本发明的内容并不局限在上述的实施例中，本领域的技术人员可以在本发明的技术指导思想之内提出其他的实施例，但这些实施例都包括在本发明的范围之内。

Claims (2)

1.一种地下岩石水力破碎工艺方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在岩层中钻水平井网：在钻井前要首先了解地应力的方向，水平井的井眼方向与最小主应力方向要平行，如果该岩层地应力比较复杂，则所布置的水平井相互之间要有一定的角度；根据岩层地应力方向，布置多口水平井，每口水平井首先在岩层中利用常规钻井技术钻一个近似水平的长孔，该长孔从岩层的顶部钻入，先沿着地层倾角向下钻穿上部地层后，再改变角度并在待破碎岩层进行近似水平的钻进，经过一段距离后，再改变角度并在待破碎岩层进行斜向下的钻进，如此在待破碎岩层进行多次的近似水平的钻进和斜向下的钻进，最后斜向下钻穿下部地层并完井；

2)测量岩石形态变化：利用物探地震的方法，测量地下岩石构造初始形态，并且在压裂过程中或者结束后，进行多次测量，获得岩石裂缝形态；

3)水力压裂：首先连续油管进行首段射孔，射孔位置在待破碎岩层与下部地层的界面处，然后利用泵送桥塞射孔联作压裂技术，从下而上依次对岩层进行分段多簇压裂，最后一段压裂位置在待破碎岩层与上部地层的界面处；其中，用于充填裂缝的是润滑剂、水膨胀物和支撑物的混合物，而且在压裂过程中，不加破胶剂，让润滑剂一直保持高粘状态；

4)压裂结束后一直关井，不进行反排，让泵入岩层的液体一直保持在裂缝中。

2.根据权利要求1所述的一种地下岩石水力破碎工艺方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述润滑剂为冻胶或者线性胶，所述水膨胀物为黏土或者膨润土，所述支撑物为煤粉或者石英砂或者陶粒砂。

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