CN115614013A - 一种煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，包括在确定的布设层位内施工至少一个定向长钻孔；在定向长钻孔中下入固孔滑套套管串，然后注水泥固孔；施工地面贯通井与煤矿井下巷道贯通，对地面贯通井进行下套管固井后，向地面贯通井中下入油管；在煤矿井下铺设高压流体输送管道，所述高压流体输送管道分别连接地面贯通井内的油管管口和定向长钻孔的孔口四通；确定地面压裂井口泵注压力等级，然后按照确定的地面压裂井口泵注压力等级，采用滑套分段压裂工艺，在地面对煤矿井下定向长钻孔按顺序或交替进行压裂施工；压裂完成后在定向长钻孔孔口放喷，同时定向长钻孔孔口接通瓦斯抽放管路，进行瓦斯抽采。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿瓦斯抽采领域，涉及煤矿井下施工方法，具体涉及一种煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法。
背景技术
煤矿瓦斯高效抽采，不仅能够保障煤矿安全生产，而且能够加大清洁能源供给。受我国煤层地质条件限制，为提高瓦斯抽采效率，需要对煤层进行增透，定向长钻孔分段压裂被引入煤矿井下，以提高单孔瓦斯抽采效果。
目前，煤矿井下定向长钻孔分段压裂工艺主要包括双封单卡分段压裂工艺、顶/
底板梳状孔分段压裂施工工艺等。但是仍存在以下问题：(1)由于受到煤矿井下作业空间限制，压裂泵注入排量小，压裂液滤失量大，液体效率低，造缝能力差；(2)现有煤矿井下压裂一般不加砂或少量加砂，一方面，在地应力作用下，裂缝发生一定程度的闭合，并且当压裂下一压裂段时，由于诱导应力作用，会造成上一压裂段裂缝进一步闭合，裂缝无法得到有效支撑，不能为瓦斯渗流提供高速通道；(3)现有煤矿井下压裂装备主要为油管+工具串，压裂过程中压裂段的切换需要进行拆卸钻杆作业，影响了压裂施工效率，增大了工人工作强度；(4)由于现有压裂装备无法实现带压拖动压裂作业，因此，压裂一段后需要进行放喷作业，待压力降低至安全范围后方可拖动工具串进行下一压裂段的施工作业，导致整体压裂效率低、施工周期长；(5)单段压裂施工中不射孔，裂缝可能在多点起裂，影响裂缝的整体扩展长度及单孔影响范围。
因此，亟需研发一种能够实现煤矿井下定向长钻孔大排量连续压裂施工作业，进而提高作业效率及压裂改造效果的施工方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，以解决现有技术中存在的煤矿井下定向长钻孔分段压裂施工工艺施工效率低和裂缝起裂位置随机的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，包括以下步骤：
步骤1、收集目标矿区的勘探数据和矿井数据，并根据收集到的勘探数据和矿井数据确定设置在煤矿井下的定向长钻孔的布设层位，在确定的布设层位内施工至少一个定向长钻孔；
步骤2、在定向长钻孔中下入固孔滑套管串，然后注水泥固孔；
步骤3、施工地面贯通井与煤矿井下巷道贯通，对地面贯通井进行下套管固井后，向地面贯通井中下入油管；
步骤4、在煤矿井下铺设高压流体输送管道，所述高压流体输送管道分别连接地面贯通井内的油管管口和定向长钻孔的孔口四通；
步骤5、根据收集到的勘探数据和矿井数据确定地面压裂施工所需的井口泵注压力，进而确定地面压裂井口泵注压力等级，然后按照确定的地面压裂井口泵注压力等级，采用滑套分段压裂工艺对定向长钻孔按顺序或交替进行压裂施工；
步骤6、压裂施工完成后在定向长钻孔孔口放喷，同时在定向长钻孔孔口接通瓦斯抽放管路，进行瓦斯抽采。
本发明还具有以下技术特征：
具体的，步骤1所述的根据收集到的勘探数据和矿井数据确定煤矿井下定向长钻孔的布设层位具体包括：
对于煤层硬度系数f＞1.0的中硬煤层，定向长钻孔的布设层位为煤层；
对于煤层硬度系数f≤1.0的碎软煤层，定向长钻孔的布设层位为距离煤层顶面0.5～2.0米的顶板岩层；
对于垂向上存在硬分层的软硬复合煤层，定向长钻孔的布设层位为硬分层或夹矸层。
更进一步的，步骤2所述的固孔滑套管串包括设置在第一压裂段的压差式固孔滑套和设置在其余压裂段的投球式固孔滑套。
更进一步的，步骤5所述的井口泵注压力通过以下公式确定：
P井口＝P摩擦阻力+P起裂－P静液柱
式中：
P井口为井口泵注压力，单位为MPa；
P摩擦阻力为压裂液的沿程摩擦阻力，单位为MPa；
P起裂为压裂裂缝的起裂压力，单位为MPa；
P静液柱为地面与压裂井口的高程差产生的静液柱压力，单位为MPa。
更进一步的，压裂液的沿程摩擦阻力通过以下公式确定：
式中：
ρ为压裂液密度，单位为kg/m3；
λ1为地面贯通井内油管段的沿程阻力系数，无因次；
λ2为煤矿井下高压流体输送管段的沿程的阻力系数，无因次；
λ3为煤矿井下定向长钻孔段的沿程阻力系数，无因次；
D1为地面贯通井内油管段的管道内径，单位为m；
D2为煤矿井下高压流体输送管段的管道内径，单位为m；
D3为煤矿井下定向长钻孔段的管道内径，单位为m；
L1为地面贯通井内油管段的管道总长度，单位为m；
L2为煤矿井下高压流体输送管段的管道总长度，单位为m；
L3为煤矿井下定向长钻孔段的管道总长度，单位为m；
Q为压裂液泵注排量，单位为m3/s。
更进一步的，压裂裂缝的起裂压力通过以下公式确定：
P起裂＝S+T+f滑套+f迂曲
式中：
S为地层最小水平主应力，单位为MPa；
T为煤层抗拉强度，单位为MPa；
f滑套为压裂液流过滑套进入地层时产生的摩阻，单位为MPa；
f迂曲为裂缝在近井地带延伸的迂曲摩阻，单位为MPa。
更进一步的，所述的采用滑套分段压裂工艺对定向长钻孔按顺序进行压裂施工具体包括：
步骤5.1、首个压裂段的压差式开启：
开启位于首个压裂位置处的压差式固孔滑套，然后以地面压裂泵泵注压裂液完成首个压裂段的压裂施工；
步骤5.2、其余压裂段的投球式逐段开启：
从地面贯通井井口投入压裂球并启动地面压裂泵注入压裂液泵送压裂球，使得压裂球经过投球式固孔滑套，所述投球式固孔滑套用于止挡所述压裂球继续移动直至该所述压裂段内压裂作业完成。
更进一步的，在施工定向长钻孔时，钻孔倾角变化幅度小于10°，造斜强度不大于0.1°/m。
更进一步的，步骤5所述的压裂施工的泵注排量为3～6m3/min，携砂液砂比为8％～16％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明方法通过地面压裂设备泵注压裂液，将煤矿井下长钻孔水力压裂的施工排量由现有的不超过1.5m3/min提高至3m3/min以上，提高水力压裂施工造缝能力；可实现大排量压裂施工作业。
2.本发明方法依靠地面压裂设备泵注压裂液和支撑剂，实现了煤矿井下定向长钻孔的加砂压裂，使得压裂缝可得到有效支撑，在相邻压裂缝的诱导应力以及地应力的作用下，压裂缝可保持张开，为瓦斯渗流提供通道。
3.本发明方法采用套管滑套固孔，可确保裂缝起裂位置固定、裂缝长度大，有效解决了现有煤矿井下长钻孔采用裸眼压裂、裂缝起裂位置随机、能量分散的问题，提高了单孔的影响范围。
4.采用本发明方法进行压裂施工时无需下入工具串，无需油管单根的装卸作业，提高了压裂施工效率，并且压裂施工过程全程实现远程控制，保障压裂施工安全；
5.采用本发明方法，在各压裂段施工完成后进行统一放喷，无需压裂一段放喷一段，提高了压裂施工效率。
附图说明
附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明的地面至煤矿井下定向长钻孔孔口的压裂施工管线布置图；
图3为本发明的煤矿井下孔口至孔底的工具串示意图；
图4为本发明实施例1中的单钻孔压裂施工管路布置示意图；
图5为本发明实施例2中的两钻孔压裂施工且裂缝平行布置的管路布置示意图；
图6为本发明实施例2中的两钻孔压裂施工且裂缝交错布置的管路布置示意图。
图中各标号表示为：
1-地面高压管汇；2-地面贯通井压裂井口；3-地面贯通井；4-油管；5-油管接箍；6-地面贯通井井底高压弯接头；7-煤矿井下压裂液输送管汇；8-由壬接头；9-高压胶管；10-煤矿井下定向长钻孔孔壁；11-目标煤层；12-煤矿井下巷道，13-煤层底板岩层；14-煤层顶板岩层；15-煤层顶板上覆岩层；16-煤矿井下长钻孔固孔水泥环；17-钢套管；18-投球式固孔滑套；19-压差式固孔滑套；20孔口四通，21-管路压力表；22-主管路阀门；23-分支管路阀门；24-放喷管路阀门；25-液压管；26-液压泵站；27-压裂施工形成的裂缝，10-1第一定向长钻孔，10-2第二定向长钻孔。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，并非全部实施例，也并未对本发明做任何形式上的限制，凡是利用本实施例的技术方案，包括对本实施例做了简单的变化，均属于本发明保护的范围。
以下对本方案所涉及的技术术语做出解释：
碎软煤层：煤层硬度系数f≤1.0的煤层。
中硬煤层：煤层硬度系数f＞1.0以上的煤层。
软硬复合煤层：是指煤层中混合赋存碎软煤层和中硬煤层，中硬煤层中局部有碎软煤层或中硬煤层中有软分层的煤层。
定向长钻孔：是指主孔深度达到200米以上，抽采范围覆盖矿井的一个工作面及其两边巷道的钻孔。
煤层顶板岩层：是指煤层上一定距离范围内的几层岩层的总称。
垂向上存在硬分层：是指煤层整体属于碎软煤层，但是垂向剖面上夹杂有中硬煤薄夹层。
本发明方法的技术构思为：根据收集到的勘探数据和矿井数据确定地面压裂施工所需的井口泵注压力，确定地面压裂井口泵注压力等级，然后按照确定的地面压裂井口泵注压力等级，选择适用的地面压裂设备在地面泵注压裂液和支撑剂，对煤矿井下定向长钻孔按顺序或交替进行压裂施工，由于地面作业空间大、水量充足、设备能力强，因此可实现煤矿井下定向长钻孔的大排量加砂压裂施工。
实施例1
遵循上述技术方案，如图1和图2所示，本实施例中，需要对淮北某煤矿的定向长钻孔进行定点压裂施工，该煤矿的主力开采煤层为碎软低渗煤层，瓦斯含量高，瓦斯抽采难度大，需要进行瓦斯区域化综合治理，保障煤矿安全生产。根据矿区的勘探结果，本矿区适合进行单钻孔压裂施工，即在确定的布设层位内施工一个定向长钻孔。
本实施例公开的煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、根据收集到的勘探数据和矿井数据确定主力开采煤层为碎软低渗煤层，定向长钻孔的布设层位为距离煤层顶面0.5～2.0米的煤层顶板岩层，然后在确定的布设层位内按照预设的钻孔轨迹施工至少一个定向长钻孔；
由于本实施例中的开采煤层为碎软低渗煤层，所以在煤层中钻孔成孔的难度较大，易发生埋钻、卡钻等事故。
如图3所示，本实施例中的目标开采煤层为11，采用千米钻机，从煤层底板巷12穿过目标开采煤层11的下部岩层13、目标开采煤层11、向煤层顶板岩层14中施工定向长钻孔10。采用千米钻机及煤矿井下地质导向钻孔技术，在煤层顶板岩层中控制轨迹钻进，并对钻孔轨迹进行实时调整，定向长钻孔的终孔深度为300m。
步骤2、在定向长钻孔中下入固孔滑套管串，然后注水泥固孔；
煤矿井下常用的套管串包括由下向上顺次设置的浮鞋、第一套管、浮箍、第二套管、碰压座、第三套管、压差式固孔滑套和多个投球式固孔滑套等组件，其中，多个投球式固孔滑套通过连接套管连接。
作为本实施例的一种优选方案，在第一压裂段设置压差式固孔滑套，在其余压裂段设置投球式固孔滑套。
由于本实施例中的定向长钻孔的终孔深度为300m，其中水平段的长度约为200米，按压裂段间距为40m进行压裂设计，所以设计的压裂总段数为5段。
其中，压差式固孔滑套和投球式固孔滑套均为现有技术中已有的滑套。
采用泥浆泵按照设计用量向定向长钻孔中注入水泥，注入完成后采用常规泥浆泵送入配套胶塞，对水泥浆进行顶替和刮削，并且到达孔底后与碰压座互锁，确保水泥浆不回流，水泥浆顶替完成后候凝48h。
步骤3、施工地面贯通井与煤矿井下巷道贯通，对地面贯通井进行下套管固井后，向地面贯通井中下入油管；
步骤4、在煤矿井下铺设高压流体输送管道，高压流体输送管道分别连接地面贯通井内的油管管口和定向长钻孔的孔口四通；
在地面贯通井的井底，采用高压弯接头对压裂液输送管路进行平稳过渡，在煤矿井下，采用高压流体输送管道7输送高压流体。
高压流体输送管道7的内径为76mm～127mm，高压流体输送管道7连接至煤矿井下定向长钻孔10的孔口后，安装远程控制阀门23，并采用高压软管9将高压流体输送管道7与定向长钻孔的孔口四通20相连接。
步骤5、根据收集到的勘探数据和矿井数据确定地面压裂施工所需的井口泵注压力，进而确定地面压裂井口泵注压力等级，然后按照确定的地面压裂井口泵注压力等级，采用滑套分段压裂工艺对定向长钻孔按顺序或交替进行压裂施工；
针对该煤层的地质条件，首先采用数值模拟软件分析压裂施工排量为3～6m3/min时裂缝的扩展情况。从下表可以看出，随着压裂施工排量的增大，裂缝的半缝长逐渐增大，并且增长的幅度逐渐降低。综合考虑裂缝半缝长及裂缝高度情况，优选压裂施工排量为5m3/min。
| 排量/m<sup>3</sup>·min<sup>-1</sup> | 半缝长/m | 平均缝宽/cm | 缝高/m |
| 3 | 42.90 | 1.24 | 25.94 |
| 4 | 46.21 | 1.05 | 26.23 |
| 5 | 49.06 | 0.93 | 26.50 |
| 6 | 51.21 | 0.87 | 26.74 |
根据收集到的勘探数据和矿井数据确定压裂施工所需的井口泵注压力：
本实施例中，压裂液注入排量为5m3/min(0.083m3/s)，压裂液为活性水压裂液，密度为1005kg/m3，压裂液粘度为0.001Pa·s。
地面贯通井为直井，深度为730m，即L1＝730m，D1＝76mm＝0.076m，L2＝630m，D2＝100mm＝0.1m。D3＝100mm＝0.1m，对于第一压裂段，距离孔底深度为30m，定向长钻孔的总深度为300m，因此L3＝300m-30m＝270m。
根据收集到的勘探数据和矿井数据，S为11MPa，T为0.7MPa，压裂液通过滑套进入地层时产生的摩阻约为2MPa；裂缝在近井地带延伸的迂曲摩阻约为4MPa。
由此，计算得到静液柱压力P静夜柱＝ρgΔH＝10005kg/m3×9.81N/kg×730m＝7.20MPa，其中，ΔH为地面至压裂位置的垂向高程差，对于第一压裂段，压裂裂缝的起裂压力为17.70MPa。压裂液的沿程摩擦阻力为27.0MPa。计算得到井口泵注压力为37.5MPa，大于35MPa的地面压裂井口泵注压力等级，小于70MPa的地面压裂井口泵注压力等级，所以地面压裂井口的压力等级应为70MPa。
然后采用压力等级为70MPa的压裂设备对煤矿井下定向长钻孔按顺序进行连续分段压裂施工；
如图4所示，在本实施例中，在采用滑套分段压裂工艺对定向长钻孔按顺序进行压裂施工时，具体包括以下子步骤：
步骤5.1、首个压裂段的压裂施工：
启动地面压裂泵组，通过地面贯通井、煤矿井下高压流体输送管道向煤矿井下长钻孔的套管中泵注压裂液；采用压差式开启方式，依靠套管内外压差，开启位于孔底的压差式固孔滑套，压差式固孔滑套开启后，压裂液通过压差式固孔滑套压裂地层，压裂施工的泵注排量为3～6m3/min，携砂液砂比为8％～16％。
本实施例中的压裂液配方为：清水+1％氯化钾+0.05％杀菌剂，对于压裂液输送距离远、摩阻大的情况，可在压裂液中加入降阻剂，如聚丙烯酰胺。
如图4所示，首先对整个管路进行试压，稳压15min，通过远程控制液压泵站26打开阀门22、23，贯通井井口打压开启定向长钻孔10的第一压裂段压差式固孔滑套19，泵注压裂液进行压裂施工，施工过程中的泵注排量为5m3/min，携砂液砂比为8％～12％，压裂施工过程中通过监控观察压力表21的示数。
步骤5.2、除首个压裂段外的其余压裂段的压裂施工：
除首个压裂段外的其余压裂段均采用投球式逐段开启的压裂施工方式，即，从第二个压裂段开始，在每个压裂段内设置投球式固孔滑套，然后在对压裂段进行压裂施工时，首先从地面贯通井井口投入压裂球并启动地面压裂泵泵送，为保证压裂球在煤矿井下长距离高压流体输送管道的通过性，采用低密度压裂球或低密度可溶压裂球.压裂球经过设置在该压裂段的投球式固孔滑套时，将投球式固孔滑套打开，投球式固孔滑套用于止挡压裂球继续移动直至该压裂段内压裂作业完成。
为提高裂缝复杂度，也可根据现场情况，在每一个压裂段内设置多个投球式固孔滑套，通过投入压裂球将相应的多个投球式固孔滑套打开，压裂液通过多个打开的投球式固孔滑套进入地层，实现对地层进行单个压裂段的多裂缝压裂。
作为本实施例的一种优选方案，压裂施工的泵注排量为3～6m3/min，携砂液砂比为8％～16％。
最终完成定向长钻孔10中所有5个压裂段的施工作业，形成了5条水力裂缝27。
需要说明的是，本实施例中所采用的压差式开启设备和投球式逐段开启设备均为现有技术中已有的压裂施工方式。
步骤6、压裂施工完成后，通过远程控制液压泵站26关闭阀门22、23，打开阀门24，在煤矿井下孔口对定向长钻孔10进行放喷，同时煤矿井下孔口接通瓦斯抽放管路，进行瓦斯抽采。
实施例2
某煤矿，其主力开采煤层为碎软低渗煤层，瓦斯含量高，瓦斯抽采难度大，需要进行瓦斯区域化综合治理，保障煤矿安全生产。
本实施例中，基本步骤与实施例1相同，区别在于，要对煤矿井下的多个定向长钻孔按顺序进行大排量、连续分段压裂施工；
根据收集到的勘探数据和矿井数据确定压裂施工所需的井口泵注压力。经过计算，井口泵注压力为41.5MPa，所以选择压力等级为70MPa地面压裂井口装置。
然后对煤矿井下定向长钻孔按顺序进行大排量、连续分段压裂施工；
如图5所示，在对煤矿井下定向长钻孔按顺序进行大排量、连续分段压裂施工时，首先对整个管路进行试压，稳压15min，打开阀门主管路阀门22和分支管路阀门23-1，贯通井井口打压开启压差式固孔滑套19，泵注压裂液进行压裂施工。
第一段压裂施工完成后，在地面井口注入压裂液泵送压裂球，压力升高则表明投球式固孔滑套已经开启，开始对第二压裂段进行压裂施工。
重复以上步骤，完成第一定向长钻孔10-1中所有压裂段的施工作业。
第一定向长钻孔10-1的第一段压裂施工完成后，通过远程控制液压泵站26-2，关闭分支管路阀门23-1，同时开启分支管路阀门23-2，将压裂液切换至定向长钻孔10-2。打压开启第二定向长钻孔10-2的第一压裂段压差式固孔滑套19，泵注压裂液，对第二定向长钻孔10-2的第一压裂段进行压裂施工。同时，打开阀门24-1，对第一定向长钻孔10-1进行放喷排液。
重复前述步骤，完成第二定向长钻孔10-2所有压裂段的施工作业。然后打开阀门24-2，对第二定向长钻孔10-2进行放喷排液。
实施例3
淮北某煤矿，经过前期单一钻孔分段压裂工程试验，压裂施工取得了良好的效果，在确定的布设层位内施工多个定向长钻孔，多钻孔同步压裂施工，提高压裂施工效率以及压裂改造效果。
本实施例中，基本步骤与实施例1相同，区别在于，要对煤矿井下的多个定向长钻孔交替进行大排量、连续分段压裂施工；
根据收集到的勘探数据和矿井数据确定L2为1200m，其他参数同实施例1。
对于第一压裂段，压裂裂缝的起裂压力为17.70MPa。压裂液的沿程摩擦阻力为31.06MPa，计算出的井口泵注压力为41.5MPa，大于35MPa的地面压裂井口泵注压力等级，小于70MPa的地面压裂井口泵注压力等级，所以地面压裂井口的压力等级应为70MPa。
如图6所示，在矿井下的多个定向长钻孔交替进行压裂施工时，首先对整个管路试压，稳压15min，继续打压开启第一定向长钻孔10-1的第一压裂段的压差式固孔滑套19，泵注压裂液，对第一定向长钻孔10-1的第一压裂段进行压裂施工。
第一定向长钻孔10-1的第一段压裂施工完成后，通过远程控制液压泵站26-2，关闭分支管路阀门23-1，同时开启分支管路阀门23-2，将压裂液切换至定向长钻孔10-2，打压开启定向长钻孔10-2的第一压裂段压差式固孔滑套19，泵注压裂液，对第二定向长钻孔10-2的第一压裂段进行压裂施工。
然后，关闭分支管路阀门23-2，打开分支管路阀门23-1，将压裂液切换至第一定向长钻孔10-1，在地面井口投球并泵送，待压力升高后证明滑套开启，泵注压裂液，对第一定向长钻孔10-1的第二压裂段进行压裂施工。
重复以上步骤，采用两钻孔交替压裂的形式，完成所有压裂段的施工作业。最后同时打开放喷管路阀门24-1和24-2，对两个定向长钻孔进行放喷排液。
交替压裂施工能够利用裂缝间的干扰作用，提高裂缝的复杂程度。交替压裂施工压裂段位置的布置可采用如图5所示的平行布置，也可采用如图6所示的交错布置。在单段压裂施工压裂规模相同的情况下，采用平行布置可增大长钻孔孔间距，采用交错布置可提高抽采速度，但是相应的长钻孔孔间距需缩小。
在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。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在本技术方案中的具体含义。
在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本发明的思想，同样应当视其为本发明所公开的内容。
以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
Claims (9)
1.一种煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、收集目标矿区的勘探数据和矿井数据，并根据收集到的勘探数据和矿井数据确定设置在煤矿井下的定向长钻孔的布设层位，在确定的布设层位内施工至少一个定向长钻孔；
步骤2、在定向长钻孔中下入固孔滑套管串，然后注水泥固孔；
步骤3、施工地面贯通井与煤矿井下巷道贯通，对地面贯通井进行下套管固井后，向地面贯通井中下入油管；
步骤4、在煤矿井下铺设高压流体输送管道，所述高压流体输送管道分别连接地面贯通井内的油管管口和定向长钻孔的孔口四通；
步骤5、根据收集到的勘探数据和矿井数据确定地面压裂施工所需的井口泵注压力，进而确定地面压裂井口泵注压力等级，然后按照确定的地面压裂井口泵注压力等级，采用滑套分段压裂工艺对定向长钻孔按顺序或交替进行压裂施工；
步骤6、压裂施工完成后在定向长钻孔孔口放喷，同时在定向长钻孔孔口接通瓦斯抽放管路，进行瓦斯抽采。
2.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，其特征在于，步骤1所述的根据收集到的勘探数据和矿井数据确定煤矿井下定向长钻孔的布设层位具体包括：
对于煤层硬度系数f＞1.0的中硬煤层，定向长钻孔的布设层位为煤层；
对于煤层硬度系数f≤1.0的碎软煤层，定向长钻孔的布设层位为距离煤层顶面0.5～2.0米的顶板岩层；
对于垂向上存在硬分层的软硬复合煤层，定向长钻孔的布设层位为硬分层或夹矸层。
3.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，其特征在于，步骤2所述的固孔滑套管串包括设置在第一压裂段的压差式固孔滑套和设置在其余压裂段的投球式固孔滑套。
4.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，其特征在于，步骤5所述的井口泵注压力通过以下公式确定：
P井口＝P摩擦阻力+P起裂－P静液柱
式中：
P井口为井口泵注压力，单位为MPa；
P摩擦阻力为压裂液的沿程摩擦阻力，单位为MPa；
P起裂为压裂裂缝的起裂压力，单位为MPa；
P静液柱为地面与压裂井口的高程差产生的静液柱压力，单位为MPa。
5.如权利要求4所述的煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，其特征在于，压裂液的沿程摩擦阻力通过以下公式确定：
式中：
ρ为压裂液密度，单位为kg/m3；
λ1为地面贯通井内油管段的沿程阻力系数，无因次；
λ2为煤矿井下高压流体输送管段的沿程的阻力系数，无因次；
λ3为煤矿井下定向长钻孔段的沿程阻力系数，无因次；
D1为地面贯通井内油管段的管道内径，单位为m；
D2为煤矿井下高压流体输送管段的管道内径，单位为m；
D3为煤矿井下定向长钻孔段的管道内径，单位为m；
L1为地面贯通井内油管段的管道总长度，单位为m；
L2为煤矿井下高压流体输送管段的管道总长度，单位为m；
L3为煤矿井下定向长钻孔段的管道总长度，单位为m；
Q为压裂液泵注排量，单位为m3/s。
6.如权利要求4所述的煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，其特征在于，压裂裂缝的起裂压力通过以下公式确定：
P起裂＝S+T+f滑套+f迂曲
式中：
S为地层最小水平主应力，单位为MPa；
T为煤层抗拉强度，单位为MPa；
f滑套为压裂液通过滑套进入地层时产生的摩阻，单位为MPa；
f迂曲为裂缝在近井地带延伸的迂曲摩阻，单位为MPa。
7.如权利要求4所述的煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，其特征在于，步骤5所述的采用滑套分段压裂工艺对定向长钻孔按顺序进行压裂施工具体包括：
步骤5.1、首个压裂段的压差式开启：
开启位于首个压裂位置处的压差式固孔滑套，然后以地面压裂泵泵注压裂液完成首个压裂段的压裂施工；
步骤5.2、其余压裂段的投球式逐段开启：
从地面贯通井井口投入压裂球并启动地面压裂泵注入压裂液泵送压裂球，使得压裂球经过投球式固孔滑套，所述投球式固孔滑套用于止挡所述压裂球继续移动直至该所述压裂段内压裂作业完成。
8.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，其特征在于，在施工定向长钻孔时，钻孔倾角变化幅度小于10°，造斜强度不大于0.1°/m。
9.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔连续定点压裂瓦斯高效抽采方法，其特征在于，步骤5所述的压裂施工的泵注排量为3～6m3/min，携砂液砂比为8％～16％。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116717227A (zh) * | 2023-08-07 | 2023-09-08 | 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 | 一种井地联合煤矿井下定向长钻孔水力压裂方法 |
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2022
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| CN116717227B (zh) * | 2023-08-07 | 2023-11-17 | 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 | 一种井地联合煤矿井下定向长钻孔水力压裂方法 |
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