CN113417636B - 一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺 - Google Patents

一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺 Download PDF

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Abstract

本发明属于煤层增透技术领域。涉及一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺，包括如下步骤：S1：梳状穿层定向长钻孔：利用定向钻进设备对待掘工作面进行梳状穿层定向长钻孔施工；S2：安装压裂设备：退出定向钻进设备，并利用定向钻进设备，采用分支孔重入技术将压裂封孔器送至分支孔中指定位置；S3：利用定向钻进设备中的高压水，将压裂封孔器打开，并对梳状分支孔进行压裂；S4：退出压裂封孔器及导向筛管，重复S2、S3步骤，对其余梳状分支孔进行压裂。本发明将封孔位置设于梳状分支孔中煤层与岩层交界处，高压水直接作用于煤层本身，避免了高压水能量的损失，使增加煤层的透气性，使煤层瓦斯易于流出。

Description

一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺
技术领域
本发明属于煤层增透技术领域，涉及一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺。
背景技术
伴随煤炭开采过程中产生的大量瓦斯对于煤矿的安全生产构成了重大威胁，尤其对于煤与瓦斯突出煤层。采前利用钻孔预抽煤层瓦斯是我国目前治理瓦斯问题的一项重要而有效的手段。目前，随着井下定向钻进抽采技术及装备的研发进步，定向长钻孔预抽煤层瓦斯技术已得到广泛应用，其中针对碎软煤层，由于其成孔性较差，远距离顺层钻进难以实现，多采用在煤层顶底板岩层中实施定向长钻孔主孔钻进，然后通过主孔向煤层施工梳状穿层分支孔，实现对煤层瓦斯的大范围超前抽采。
近几年，为进一步提高碎软、低渗、高瓦斯突出煤层瓦斯治理效果，对定向长钻孔实施水力压裂技术得到广泛应用研究，目前针对梳状穿层定向长钻孔水力压裂主要采取主孔、分支孔整体压裂，封孔深度为100m左右，如此高压水体大部分作用于岩石，只有少量的高压水体作用于煤层，如此一来，水力压裂存在以下缺陷：
1)由于煤层顶底板岩层中发育有裂隙，尤其在构造复杂区域。注水过程中随着压力的增加，水体会从岩层裂隙发生流失，造成梳状穿层定向长钻孔保压困难，孔内流体压力难以上升，以致煤层压裂效果不佳。
2)由于煤层具有很强的非均质性，整体压裂过程中，高压水体首先作用于煤层薄弱处，煤层薄弱处一旦发生破裂形成优势通道，高压水体很难再作用于煤层非薄弱处，造成煤层压裂效果不均匀。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于改善梳状穿层定向长钻孔现有水力压裂工艺存在的缺点，提高煤层水力压裂效果，提出一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺，包括如下步骤：
S1：梳状穿层定向长钻孔：利用定向钻进设备对待掘工作面进行梳状穿层定向长钻孔施工；所述梳状穿层定向长钻孔是在煤层顶底板岩层中进行主孔定向钻孔，然后通过主孔穿过煤层顶底板岩层，向煤层中进行梳状分支孔定向钻孔；
S2：安装压裂设备：梳状穿层定向长钻孔施工完成后，退出定向钻进设备，并利用定向钻进设备，采用分支孔重入技术将压裂封孔器送至分支孔中指定位置；所述指定位置为煤层与岩层的交界处；
S3：利用定向钻进设备中的高压水，将压裂封孔器打开，对梳状分支孔进行坐封；并利用定向钻进设备中的高压水对梳状分支孔进行压裂；
S4：退出压裂封孔器及导向筛管，重复S2、S3步骤，采用前进式或后退式，依次对其余梳状分支孔进行压裂。
本基础方案将压裂封孔器设置在指定位置，使高压水作用于局部，避免了高压水能量的损失，高压水能量利用率提高，提高了煤层压裂效果。
进一步，步骤S1中，所述定向钻进设备包括依次连接的高压水管、高压水尾、通缆钻杆、上无磁钻杆、探管、下无磁钻杆、孔底马达、钻头。
进一步，步骤S2中，退出定向钻进设备时，将定向钻具中的孔底马达、钻头更换为压裂封孔器和导向筛管；所述压裂封孔器采用螺纹或变径接头与下无磁钻杆连接，所述导向筛管与压裂封孔器连接。
进一步，步骤S2中，所述分支孔重入技术是根据S1中梳状分支孔定向钻孔施工过程中测量的钻杆方位角、倾角参数，再次沿梳状分支孔钻进轨迹，将压裂封孔器通过主孔送入梳状分支孔中。
进一步，所述压裂封孔器从主孔送入梳状分支孔过程中通过导向筛管导正；所述导向筛管包括水平段、弯头段，所述水平段与压裂封孔器连接，所述弯头段前端通过螺纹与钻头连接；所述弯头段与水平段连接，所述弯头段与水平段呈170°～178°夹角，导向筛管前端与钻头连接，在分支孔重入过程中，遇见轻微塌孔或钻孔缩径时，可以旋转钻进；170°～178°夹角便于从主孔进入梳状分支孔中。
进一步，所述水平段上设有筛孔，所述筛孔均匀分布在水平段上。
进一步，步骤S3中，所述高压水泵注压力大于等于30MPa，封孔压力大于等于30MPa。
进一步，步骤S1中，所述梳状穿层定向长钻孔孔径为96～102mm，主孔长度为100～500m
进一步，步骤S1中，所述煤层结构为原始结构煤或碎裂煤，煤层硬度系数大于0.6，煤层起裂压力小于20MPa。
本发明的有益效果在于：
1)本发明将封孔位置设于梳状分支孔中煤层与岩层交界处，高压水直接作用于煤层本身，避免了高压水能量的损失，使增加煤层的透气性，使煤层瓦斯易于流出。
2)传统工艺采用普通压裂工具串，通过压裂钢管输送高压水，本发明直接通过施工定向钻孔的钻杆来输送高压水，无需额外设备，减少了设备数量。
3)本发明中导向筛管用于钻杆进入梳状分支孔时导向，并结合分支孔重入技术，使得定位精准，更容易找到梳状分支孔位置。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明中压裂封孔器在梳状分支孔中的位置示意图；
图2为本发明中梳状分支孔压裂过程示意图；
图3为传统梳状分支孔压裂示意图；
图4为压裂封孔器在钻进设备中的安装示意图；
图5为导向筛管结构示意图。
附图标记：1-岩层；2-煤层；3-主孔；4-梳状分支孔；5-压裂管；6-高压水管；7-压裂封孔器；8-导向筛管；9-高压水尾；10-通缆钻杆；11-上无磁钻杆；12-探管；13-下无磁钻杆；81-水平段；82-弯头段；83-筛孔。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1
请参阅图1～图2，一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺，包括如下步骤：
S1：梳状穿层定向长钻孔：利用定向钻进设备对待掘工作面进行梳状穿层定向长钻孔施工；梳状穿层定向长钻孔是在煤层2顶底板岩层1中进行主孔3定向钻孔，主孔3直径为98mm，主孔3长度为300m，然后通过主孔3穿过煤层2顶底板岩层1，向煤层2中进行梳状分支孔4定向钻孔；
S2：安装压裂设备：梳状穿层定向长钻孔施工完成后，退出定向钻进设备，并利用定向钻进设备，采用分支孔重入技术将压裂封孔器7送至分支孔中的煤层2与岩层1的交界处；
S3：利用定向钻进设备中的高压水，将压裂封孔器7打开，对梳状分支孔4进行坐封；并利用定向钻进设备中的高压水对梳状分支孔4进行压裂；其中，高压水泵注压力大于等于30MPa，封孔压力大于等于30MPa。
S4：退出压裂封孔器7及导向筛管8，重复S2、S3步骤，采用后退式，依次对其余梳状分支孔4进行压裂。
请参阅图4，定向钻进设备包括依次连接的高压水管6、高压水尾9、通缆钻杆10、上无磁钻杆11、探管12、下无磁钻杆13、孔底马达、钻头；步骤S2中，退出定向钻进设备时，将定向钻具中的孔底马达、钻头更换为压裂封孔器7和导向筛管8；压裂封孔器7采用螺纹与下无磁钻杆13连接，导向筛管8与压裂封孔器7连接。
本实施例中，分支孔重入技术是根据S1中梳状分支孔4定向钻孔施工过程中测量的钻杆方位角、倾角参数，再次沿梳状分支孔4钻进轨迹，将压裂封孔器7通过主孔3送入梳状分支孔4中；压裂封孔器7从主孔3送入梳状分支孔4过程中通过导向筛管8导正。
请参阅图5，导向筛管8包括水平段81、弯头段82，水平段81与压裂封孔器7连接，弯头段82与水平段81连接，弯头段82与水平段81呈178°夹角；水平段81上设有筛孔83，筛孔83均匀分布在水平段81上。
本实施例中，煤层2结构为原始结构煤或碎裂煤，煤层2硬度系数大于0.6，煤层2起裂压力小于20MPa。
对比实施例
请参阅图3，为传统梳状分支孔4压裂工艺过程示意图，与实施例1的区别在于：压裂封孔器7坐封与主孔3上，通过压裂管5将高压水引入梳状分支孔4中，采取主孔3与梳状分支孔4整体压裂，此工艺中高压水体大部分作用于岩石，只有少量的高压水体作用于煤层2。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1：梳状穿层定向长钻孔：利用定向钻进设备对待掘工作面进行梳状穿层定向长钻孔施工；所述梳状穿层定向长钻孔是在煤层顶底板岩层中进行主孔定向钻孔，然后通过主孔穿过煤层顶底板岩层，向煤层中进行梳状分支孔定向钻孔；所述定向钻进设备包括依次连接的高压水管、高压水尾、通缆钻杆、上无磁钻杆、探管、下无磁钻杆、孔底马达、钻头；
S2：安装压裂设备：梳状穿层定向长钻孔施工完成后，退出定向钻进设备，并利用定向钻进设备，采用分支孔重入技术将压裂封孔器送至分支孔中指定位置，所述指定位置为煤层与岩层的交界处；退出定向钻进设备时，将定向钻具中的孔底马达、钻头更换为压裂封孔器和导向筛管；所述压裂封孔器采用螺纹或变径接头与下无磁钻杆连接，所述导向筛管与压裂封孔器连接；所述分支孔重入技术是根据S1中梳状分支孔定向钻孔施工过程中测量的钻杆方位角、倾角参数，再次沿梳状分支孔钻进轨迹，将压裂封孔器通过主孔送入梳状分支孔中；所述压裂封孔器从主孔送入梳状分支孔过程中通过导向筛管导正；所述导向筛管包括水平段、弯头段，所述水平段与压裂封孔器连接，所述弯头段前端通过螺纹与钻头连接；所述弯头段与水平段连接，所述弯头段与水平段呈170°~178°夹角；
S3：利用定向钻进设备中的高压水，将压裂封孔器打开，对梳状分支孔进行坐封；并利用定向钻进设备中的高压水对梳状分支孔进行压裂；
S4：退出压裂封孔器及导向筛管，重复S2、S3步骤，采用前进式或后退式，依次对其余梳状分支孔进行压裂。
2.根据权利要求1所述的一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺，其特征在于：所述水平段上设有筛孔，所述筛孔均匀分布在水平段上。
3.根据权利要求1所述的一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺，其特征在于：步骤S3中，所述高压水泵注压力大于等于30MPa，封孔压力大于等于30MPa。
4.根据权利要求1所述的一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺，其特征在于：步骤S1中，所述梳状穿层定向长钻孔孔径为96~102mm，主孔长度为100~500m。
5.根据权利要求1所述的一种梳状穿层定向长钻孔分支孔煤层段精准水力压裂工艺，其特征在于：步骤S1中，所述煤层结构为原始结构煤或碎裂煤，煤层硬度系数大于0.6，煤层起裂压力小于20MPa。
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