CN116122774A - 极近距离煤层井上下联合作业合层瓦斯抽采区域防突方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种极近距离煤层井上下联合作业合层瓦斯抽采区域防突方法：步骤一：极近距离煤层精准透明工作面三维地质模型构建；步骤二：在煤层间岩体沿最小水平主应力施工多条定向水平长钻孔；步骤三：施工径向的上分支孔和下分支孔；步骤四：施工地面‑巷道贯通井；步骤五：连接地面‑井下贯通井至定向水平长钻孔孔口装置；步骤六：对定向水平长钻孔开展分段压裂施工；步骤七：水平长钻孔的分支孔全部施工完成；步骤八：完成其他所有定向水平长钻孔的压裂施工；形成立体裂隙网络；步骤九：合层抽采。本发明的方法可有效提高瓦斯抽采浓度。
Description
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯抽采技术领域，涉及一种极近距离煤层井上下联合压裂区域瓦斯防突的方法。
背景技术
我国贵州省煤矿区煤层及瓦斯赋存具有以下主要特征:①煤层层数多，煤层间距小，受构造影响，煤层厚度及层间距不稳定，且大多数为薄及中厚层煤层群。②煤层透气性差，一般渗透率低于0.1mD，瓦斯含量高，煤与瓦斯突出灾害严重。加之煤层顶底板多为软岩，如泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩等，这些因素加大了瓦斯抽采的难度。
现有技术中，针对煤矿高瓦斯问题，常规的井下瓦斯抽采钻孔有效半径小，钻孔施工工程量大，粉尘危害严重，抽采的瓦斯浓度低，抽采效果差，不能满足发电的要求，大部分井下瓦斯被直接排放到大气中，造成了大气和生态环境的严重污染。利用地面煤层气开发技术对煤储层及其顶底板进行压裂改造可以提高瓦斯浓度，达到瓦斯利用的预期效果，但不能覆盖全部工作面，且其经济代价较高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于贵州地区极近距离煤层区域防突方法，以解决现有技术存在的抽采的瓦斯浓度低不能满足发电要求以及不能覆盖全部工作面的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：
一种极近距离煤层井上下联合作业合层瓦斯抽采区域防突方法，包括如下步骤：
步骤一：极近距离煤层精准透明工作面三维地质模型构建；
步骤二：按照步骤一得到的三维地质模型，在该模型内根据地层展布情况设计井眼轨迹，保证定向水平长钻孔位于煤层间岩体中；结合工作面的地应力方向，应用地质导向技术在煤层间岩体沿最小水平主应力施工多条定向水平长钻孔；相邻的定向水平长钻孔间隔一定距离且能够覆盖工作面；
步骤三：对所有定向水平长钻孔分别使用柔性钻具进行极小半径侧钻，施工径向的上分支孔和下分支孔，沟通上下煤层；
步骤四：在地面向目标煤层的底抽巷中施工地面-巷道贯通井；
步骤五：在井下通过耐压管道连接地面-井下贯通井至步骤二得到的其中一个定向水平长钻孔的孔口装置；
步骤六：利用地面压裂设备和井下连续油管设备协同作业对当前的定向水平长钻孔开展分段压裂施工；
步骤七：解封底封拖动压裂工具串，回拉连续油管，进行下一分支孔压裂施工，直至水平长钻孔的分支孔全部施工完成；
步骤八：连续油管全部回收，关闭孔口阀门，移动连续油管设备至下一定向水平长钻孔孔口，重复执行步骤五～步骤七完成其他所有定向水平长钻孔的压裂施工；使极近距离上煤层和极近距离下煤层形成立体裂隙网络；
步骤九：利用煤矿井下瓦斯专用抽采管路进行合层抽采。
进一步的，所述步骤一具体包括如下子步骤：
步骤11：使用连续油管将带有地质雷达声波发射器和地质雷达声波接收器以及钻孔轨迹测斜仪推入上煤层水平钻孔和下煤层水平钻孔；
步骤12：测量上煤层水平钻孔和下煤层水平钻孔的钻孔轨迹，同时使用声波雷达对地质体进行数据采集，得到声波雷达时间域剖面；
步骤13：回收连续油管，导出钻孔轨迹数据，根据钻孔轨迹数据计算钻孔轨迹绝对坐标；
步骤14：在步骤得到的声波雷达时间域剖面上追踪极近距离上煤层或极近距离下煤层和煤层间岩体的反射波同相轴，通过巷道波换算求取煤层雷达波传播速度；对步骤得到的声波雷达时间域剖面进行空间位置约束成像处理，得到偏移成像剖面图；
步骤15：根据速度场对声波剖面进行时深转换，结合步骤13导出的钻孔轨迹数据计算煤层间岩体12的顶底板空间坐标位置；
步骤16：重复步骤11～15，对多个煤层水平钻孔进行探测，联立多个步骤15得到的煤层间岩体的顶底板钻孔空间坐标位置，对于无钻孔探测区域进行插值计算，建立工作面上下煤层及夹层岩体的三维数据体；
步骤17：根据步骤建立的上下煤层及夹层岩体的三维数据体，应用三维建模软件进行地质建模，得到精准的三维地质模型。
进一步的，所述步骤二具体包括如下子步骤：
步骤21：在煤巷内向煤层间岩体内施工一个Φ120mm短钻孔，使用水力压裂法测量最大水平主应力方向，将与最大水平主应力方向垂直的方向设置为最小主应力方向；
步骤22：应用地质导向技术在煤层间岩体中沿最小水平主应力方向施工定向水平长钻孔，是指根据步骤一构建的透明地质工作面模型内设置一组定向水平长钻孔，裸眼孔径大于等于Φ150mm，定向水平长钻孔的走向沿工作面最小水平主应力，孔中心距离上下煤层的长度均为岩体厚度的50％；
步骤23：定向水平长钻孔能够全覆盖工作面，长度大于500m；
步骤24，施工完成后对定向水平长钻孔全孔进行洗井，冲至不再返出砂屑为止。
进一步的，所述步骤三具体包括如下子步骤：
步骤31：在当前的定向水平长钻孔的孔口安装气液分离器，避免钻遇煤层时瓦斯超限；
步骤32：在定向水平长钻孔中使用钻杆下入造斜装置至第一分支孔孔口，旋转钻杆调整造斜装置方位，使造斜锥体面垂直超上；座封造斜装置，回收钻杆；
步骤33：在钻杆前部安装可弯曲柔性钻具，再将可弯曲柔性钻具下放至第一分支孔孔口，钻压加至20MPa，使可弯曲柔性钻具发生弯曲，持续加压，可弯曲柔性钻具的钻头钻至上煤层，形成上分支孔，至钻压减少至2MPa，回收连钻杆至分支孔孔口；然后可弯曲柔性钻具转换施工方向，施工得到下分支孔；
步骤34：向定向水平长钻孔下入造斜器解封单元，解封造斜器，调整造斜装置方位，使造斜锥体面垂直超下；座封造斜装置，回收钻杆；采用与步骤33同样的方式施工完成下分支孔；
步骤35：回收连续油管至第二分支孔孔口，重复步骤32～34，由定向水平长钻孔右侧向左侧依次完成各分支孔的施工；
步骤36：重复步骤31～35，依次完成各定向水平长钻孔的极小半径侧钻工作，为水力压裂提供起裂通道。
进一步的，所述步骤四包括如下操作：由地面向底抽巷施工地面-巷道贯通井，孔深结构采用三开设计，一开从地表施工至基岩以下10m，孔径大于等于Φ300mm，下Φ255mm套管，水泥固井；二开钻至底抽巷以上10m，孔径大于等于Φ210mm，下Φ195mm套管，水泥固井；三开钻至底抽巷，孔径大于等于Φ150mm，下Φ137mm套管。
进一步的，所述步骤六包括如下子步骤：
步骤61：首先进行管线试压，打开地面压裂井口、地面-巷道贯通井和计划施工长钻孔的巷道内耐压阀门，关闭长钻孔压裂井口，开启地面压裂设备进行管线试验，压力由逐渐升值70MPa，地面高压管汇和井下高压管及连接装置持续15min无明显压力降、无渗漏，试压合格；
步骤62：井下连续油管前端安装底封拖动压裂工具串；启动连续油管车，将底封拖动压裂工具串推入到达目标层段位置；
步骤63：封隔器座封；打开定向水平长钻孔的井口装置，打开地面压裂设备，通过连续油管向定向水平长钻孔持续注入高压水，使用井上下联合作业模式对连续油管注入高压压裂液体，利用喷射流体增压超过煤层及煤层间岩体的破裂压力，将煤层充分压裂破碎；
步骤64：观测到煤层充分破裂后，关闭地面压裂设备。
综上可见，本发明的方法是煤矿瓦斯抽采技术领域的重要突破，可在较低经济成本下达到区域瓦斯治理的效果，有效提高瓦斯抽采浓度，直接利用抽采的瓦斯进行发电，有利于大幅降低甲烷排放量，保护生态环境，增加清洁能源供给，增加煤矿经济效益，未来的社会效益和环境效益巨大，是实现3060“双碳”目标的可靠路径。
附图说明
图1为本发明实施例中的井上下联合作业示意图；
图2为本发明实施例中的钻孔雷达探测煤岩层边界示意图；
图3为本发明实施例中的钻孔雷达波时间剖面示意图；
图4为本发明实施例中的钻孔雷达波深度剖面示意图；
图5为本发明实施例中的井下工程布置的所有水平定向长钻孔示意图。
附图标记：1-地面井口；2-地面-巷道贯通井；3-巷道内高压管线；4-连续油管车；5-连续油管；6-注入头车；7-水平井井口装置；8-表土层；9-煤层上覆岩层；10-极近距离上煤层；11-定向水平长钻孔；12-煤层间岩体；13-极近距离下煤层；14-水力压裂裂缝；15-煤层底板；16-底封拖动压裂工具串；17-底抽巷；18-上分支孔；19-下分支孔；20-第一分支孔孔口；21-第二分支孔孔口；22-煤巷；23-地质雷达波主机；24-光纤电缆；25-地质雷达声波发射器；26-地质雷达声波接收器；27-上煤层水平钻孔；28-下煤层水平钻孔；29-瓦斯抽采系统；30-工作面；11-1～11-6-定向水平长钻孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方案对本发明进行详细说明。
以贵州某煤矿为实例并结合附图，对本发明做进一步描述。该矿井设计年生产能力为300Mt。含可采煤层20层，其中9煤平均厚度2.35m，10煤厚度2.91m，9煤和10煤平均间距约4.30m，煤层间岩体岩性为泥质粉砂岩。煤层顶板9为细粒砂岩，煤层底板10为泥岩。
步骤一：极近距离煤层精准透明工作面三维地质模型构建；
具体而言，首先利用已经施工过的煤层顺层长钻孔(包括上煤层水平钻孔27和下煤层水平钻孔28)，使用连续油管5将钻孔雷达发射器25-1、钻孔雷达接收器25-2及钻孔轨迹测量仪26依次推入上煤层水平钻孔27和下煤层水平钻孔28内，测量钻孔轨迹，并对煤层顶底板煤岩层界面进行探测。对获得的雷达声波剖面进行处理并对煤岩层界面进行解释，对时间剖面进行时深转换，获得极近距离煤岩层界面信息，通过Kriging方法对已知数据体内进行内插，获得精准透明地质工作面模型。步骤一具体包括如下子步骤：
步骤11：使用连续油管5将带有地质雷达声波发射器25-1和地质雷达声波接收器25-2以及钻孔轨迹测斜仪26推入上煤层水平钻孔27和下煤层水平钻孔28；
步骤12：测量上煤层水平钻孔27和下煤层水平钻孔28的钻孔轨迹，同时使用声波雷达对地质体(包含煤层及其顶底板)进行数据采集，得到声波雷达时间域剖面，如图3所示；
步骤13：回收连续油管5，导出钻孔轨迹数据，根据钻孔轨迹数据计算钻孔轨迹绝对坐标；
步骤14：在步骤12得到的声波雷达时间域剖面上追踪极近距离上煤层10(或极近距离下煤层13)和煤层间岩体12的反射波同相轴，通过巷道波换算求取煤层雷达波传播速度；对步骤12得到的声波雷达时间域剖面进行空间位置约束成像处理，得到偏移成像剖面图，如图4所示。
步骤15：根据速度场对声波剖面进行时深转换，结合步骤13导出的钻孔轨迹数据计算煤层间岩体12的顶底板空间坐标位置；
步骤16：重复步骤11～15，对多个煤层水平钻孔(包括极近距离上煤层10和极近距离下煤层13)进行探测，联立多个步骤15得到的煤层间岩体12的顶底板钻孔空间坐标位置，使用Kriging方法对于无钻孔探测区域进行插值计算，建立工作面上下煤层及夹层岩体的三维数据体。
步骤17：根据步骤16建立的上下煤层及夹层岩体的三维数据体，应用三维建模软件进行地质建模，得到精准的三维地质模型。
步骤二：按照步骤一得到的三维地质模型，在该模型内根据地层展布情况设计井眼轨迹，保证定向水平长钻孔11位于煤层间岩体12中；结合工作面的地应力方向，应用地质导向技术在煤层间岩体12沿最小水平主应力施工多条定向水平长钻孔11；相邻的定向水平长钻孔11间隔一定距离且能够覆盖工作面。步骤二具体包括如下子步骤：
步骤21：在煤巷22内向煤层间岩体23内施工一个Φ120mm短钻孔，使用水力压裂法测量最大水平主应力方向，将与最大水平主应力方向垂直的方向设置为最小主应力方向。
步骤22：应用地质导向技术在煤层间岩体22中沿最小水平主应力方向施工定向水平长钻孔，是指根据步骤一构建的透明地质工作面模型内设置一组定向水平长钻孔11-1～11-16，裸眼孔径大于等于Φ150mm，定向水平长钻孔11-1～11-16的走向沿工作面最小水平主应力，孔中心距离上下煤层的长度均为岩体厚度的50％；井眼轨迹控制要求螺杆钻具造斜能力，根据随钻测量的自然伽马、视电阻率、气测全烃、组分、岩屑及井斜数据判断井眼轨迹位置，通过增、降井斜调整垂深，控制井眼轨迹在岩体中心范围内。
步骤23：定向水平长钻孔11-1～11-6能够全覆盖工作面，长度大于500m。具体而言，由于水平布置在煤层间岩体内，裂缝在煤层间岩体13的扩展速度要大于裂缝在上下煤层的扩展速度，从而牵引煤层中的裂缝在横向上快速延伸，因此顶板内裂缝长度大于煤层内裂缝长度。经过大量物理相似模拟试验及数值模拟试验，煤层内裂缝煤层裂缝长度与顶板裂缝长度比值，一般在0.7～0.9之间。相邻的定向水平长钻孔11-1～11-2、11-2～11-3、11-3～11-4、11-4～11-5、11-5～11-5的间距L均按照(4)式计算，采区定向水平长钻孔布置个数N按照(5)式进行计算。
式中：
H＝7.32e1.03Q
其中，L为相邻的水平定向长钻孔的间隔距离，m；N为水平定向长钻孔的数量，个；M为工作面30的长度，m；γ为煤层裂缝长度与顶板裂缝长度比值，一般在0.7～0.9之间，无量纲；C为压裂液滤失系数，m/s0.5；Q为施工排量，m3/s；H为裂缝高度，m；Sp为压裂液初滤失，m3/m2；μ为牛顿流体粘度，Pa·s；G为岩石剪切模量，Pa；v为岩石泊松比；w(0，t)为缝口处椭圆断面t时刻裂缝最大宽度，m；t为正式开始压裂持续的时间，s；x为KGD水力裂缝模型下矩形框的半长，m；erfc(x)是x的误差补偿函数。
步骤24，施工完成后对定向水平长钻孔11-1～11-16全孔进行洗井，冲至不再返出砂屑为止。
步骤三：对所有定向水平长钻孔分别使用柔性钻具进行极小半径侧钻，施工径向的上分支孔18和下分支孔19，沟通上下煤层。具体包括如下子步骤：
步骤31：在当前的定向水平长钻孔11的孔口安装气液分离器，避免钻遇煤层时瓦斯超限；
步骤32：在定向水平长钻孔11中使用钻杆下入造斜装置至第一分支孔孔口20，旋转钻杆调整造斜装置方位，使造斜锥体面垂直超上；座封造斜装置，回收钻杆；
步骤33：在钻杆前部安装可弯曲柔性钻具，再将可弯曲柔性钻具下放至第一分支孔孔口20，钻压加至20MPa，使柔性钻具发生弯曲，持续加压，柔性钻具的钻头钻至上煤层，形成上分支孔18，至钻压减少至2MPa时，说明已沟通煤层，回收钻杆至分支孔孔口20；
优选的，柔性钻具可以采用中国专利申请(申请号：202111213913.8，名称：一种弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置及方法)中公开的弹性弯节定向式煤矿井下定向钻进装置。
步骤34：向定向水平长钻孔11下入造斜器解封单元，解封造斜器，调整造斜装置方位，使造斜锥体面垂直超下；座封造斜装置，回收钻杆；采用与步骤33同样的方式施工完成下分支孔19；
步骤35：回收连续油管至第二分支孔孔口21，为了使段之间不产生应力干扰，第一分支孔孔口20至第二分支孔孔口21之间的距离X根据矿井地质条件使用式(6)换算，重复步骤32～34，由定向水平长钻孔11右侧向左侧依次完成各分支孔的施工。
式中：
式中，X为裂缝间距，m；D为裂缝段数，段；Kh为地层水平渗透率，10-3μm2；rw为井筒半径，m；U为水平井段长度，m；Ki为渗透率差异系数，Kv为地层垂向渗透率，10-3μm2；h为煤层厚度，m；α为折算长度，m；Wf为支撑裂缝宽度，m；Kf为支撑裂缝的渗透率，10-3μm2。
步骤36：重复步骤31～35，依次完成各定向水平长钻孔11-1～11-6的极小半径侧钻工作，为水力压裂提供起裂通道。
步骤四：在地面向目标煤层的底抽巷17中施工地面-巷道贯通井2；
该步骤具体包括：由地面向底抽巷17施工地面-巷道贯通井2，孔深结构采用三开设计，以保证将地面压裂装备的连续油管15引致井下工作面。一开从地表施工至基岩以下10m，孔径大于等于Φ300mm，下Φ255mm套管，水泥固井；二开钻至底抽巷17以上10m，孔径大于等于Φ210mm，下Φ195mm套管，水泥固井；三开钻至底抽巷17，孔径大于等于Φ150mm，下Φ137mm套管；在底抽巷17顶部安装防抖动垫圈，在井底安装井-巷连接装置，井-巷连接装置上端和地面油管密封连接，末端和井下高压管密封连接，以保证施工过程的安全。钻孔全孔取芯，进行地质编录，对煤层顶板及煤层采取岩石力学样品，测量煤层顶板和煤层的抗拉强度、剪切模量、杨氏模量、泊松比以及滤失系数等岩石物理参数。
步骤五：在井下通过耐压管道连接地面-井下贯通井2至步骤二得到的其中一个定向水平长钻孔的孔口装置7；
具体而言，将地面压裂装备高压出口通过耐高压管连接至步骤二施工的定向水平长钻孔11-1的水平井井口装置7，形成地面高压流体向定向水平长钻孔11-1的输送通道，在井下巷道延展过程中直线段使用钢制油管进行连接，在巷道走向改变处使用耐高压软管进行连接，具体而言钢制管道每节3m，使用油壬连接并辅置于巷道侧壁，连接管道内径满足大排量压裂要求。
步骤六：利用地面压裂设备和井下连续油管设备(包括连续油管车4、连续油管5和注入头车6)协同作业对当前的定向水平长钻孔11开展分段压裂施工；
步骤61：首先进行管线试压，打开地面压裂井口1、地面-巷道贯通井2和计划施工长钻孔的巷道内耐压阀门，关闭长钻孔压裂井口，开启地面压裂设备进行管线试验，压力由逐渐升值70MPa，地面高压管汇和井下高压管及连接装置持续15min无明显压力降、无渗漏，试压合格；
步骤62：井下连续油管5前端安装底封拖动压裂工具串16；启动连续油管车4，将底封拖动压裂工具串16推入到达目标层段位置。
步骤63：封隔器座封；打开定向水平长钻孔11的井口装置7，打开地面压裂设备1，通过连续油管向定向水平长钻孔11持续注入高压水，使用井上下联合作业模式对连续油管注入高压压裂液体，利用喷射流体增压超过煤层及煤层间岩体的破裂压力，将煤层充分压裂破碎。具体而言，地面压裂车排量大于等于5.0m3/min，压力大于等于60MPa，混砂液含砂率大于等于10％，磨料选择50～70目的石英砂。
步骤64：观测到煤(岩)层充分破裂后，关闭地面压裂设备1。
步骤七：解封底封拖动压裂工具串16，回拉连续油管15，进行下一分支孔压裂施工，直至水平长钻孔的分支孔全部施工完成；
观测到煤(岩)层充分破裂后，推动回拉连续油管15对封隔器进行解封，回拉连续油管(不进行放喷)的底拖式压裂工具串16至下一分支孔，重复步骤六进行地面-井下联合压裂作业，由内而外依次完成当前的定向水平长钻孔11的各分支孔压裂工作。
步骤八：连续油管15全部回收，关闭孔口阀门，移动连续油管设备至下一定向水平长钻孔孔口，重复执行步骤五～步骤七完成其他所有定向水平长钻孔11-2～11-6的压裂施工；使极近距离上煤层10和极近距离下煤层13形成立体裂隙网络。
具体而言为了减少缝间干扰，使用间隔法对井组进行交替压裂。通过改变在底抽巷17中提前设置的地面井-井下长钻孔高压连接装置的阀门方向，对每个定向水平长钻孔进行交替分段压裂施工。即先完成11-1孔压裂，其次进行11-3孔压裂，再次进行11-2孔压裂，再次进行11-4，依次类推，完成采区所有工作面的连续分段压裂。
步骤九：利用煤矿井下瓦斯专用抽采管路进行合层抽采。具体而言，由于提前对上下煤层进行了压裂化改造，煤层形成了立体裂隙网络，使用井下瓦斯抽采系统29使用负压进行抽采。
Claims (6)
1.一种极近距离煤层井上下联合作业合层瓦斯抽采区域防突方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：极近距离煤层精准透明工作面三维地质模型构建；
步骤二：按照步骤一得到的三维地质模型，在该模型内根据地层展布情况设计井眼轨迹，保证定向水平长钻孔(11)位于煤层间岩体(12)中；结合工作面的地应力方向，应用地质导向技术在煤层间岩体(12)沿最小水平主应力施工多条定向水平长钻孔(11)；相邻的定向水平长钻孔(11)间隔一定距离且能够覆盖工作面；
步骤三：对所有定向水平长钻孔分别使用柔性钻具进行极小半径侧钻，施工径向的上分支孔(18)和下分支孔(19)，沟通上下煤层；
步骤四：在地面向目标煤层的底抽巷(17)中施工地面-巷道贯通井(2)；
步骤五：在井下通过耐压管道连接地面-井下贯通井(2)至步骤二得到的其中一个定向水平长钻孔的孔口装置(7)；
步骤六：利用地面压裂设备和井下连续油管设备协同作业对当前的定向水平长钻孔(11)开展分段压裂施工；
步骤七：解封底封拖动压裂工具串(16)，回拉连续油管(15)，进行下一分支孔压裂施工，直至水平长钻孔的分支孔全部施工完成；
步骤八：连续油管(15)全部回收，关闭孔口阀门，移动连续油管设备至下一定向水平长钻孔孔口，重复执行步骤五～步骤七完成其他所有定向水平长钻孔(11-2～11-6)的压裂施工；使极近距离上煤层(10)和极近距离下煤层(13)形成立体裂隙网络；
步骤九：利用煤矿井下瓦斯专用抽采管路进行合层抽采。
2.如权利要求1所述的极近距离煤层井上下联合作业合层瓦斯抽采区域防突方法，其特征在于，所述步骤一具体包括如下子步骤：
步骤11：使用连续油管(5)将带有地质雷达声波发射器(25-1)和地质雷达声波接收器(25-2)以及钻孔轨迹测斜仪(26)推入上煤层水平钻孔(27)和下煤层水平钻孔(28)；
步骤12：测量上煤层水平钻孔(27)和下煤层水平钻孔(28)的钻孔轨迹，同时使用声波雷达对地质体进行数据采集，得到声波雷达时间域剖面；
步骤13：回收连续油管(5)，导出钻孔轨迹数据，根据钻孔轨迹数据计算钻孔轨迹绝对坐标；
步骤14：在步骤12得到的声波雷达时间域剖面上追踪极近距离上煤层(10)或极近距离下煤层(13)和煤层间岩体(12)的反射波同相轴，通过巷道波换算求取煤层雷达波传播速度；对步骤12得到的声波雷达时间域剖面进行空间位置约束成像处理，得到偏移成像剖面图；
步骤15：根据速度场对声波剖面进行时深转换，结合步骤13导出的钻孔轨迹数据计算煤层间岩体(12)的顶底板空间坐标位置；
步骤16：重复步骤11～15，对多个煤层水平钻孔进行探测，联立多个步骤15得到的煤层间岩体(12)的顶底板钻孔空间坐标位置，对于无钻孔探测区域进行插值计算，建立工作面上下煤层及夹层岩体的三维数据体；
步骤17：根据步骤16建立的上下煤层及夹层岩体的三维数据体，应用三维建模软件进行地质建模，得到精准的三维地质模型。
3.如权利要求1所述的极近距离煤层井上下联合作业合层瓦斯抽采区域防突方法，其特征在于，所述步骤二具体包括如下子步骤：
步骤21：在煤巷(22)内向煤层间岩体(23)内施工一个Φ120mm短钻孔，使用水力压裂法测量最大水平主应力方向，将与最大水平主应力方向垂直的方向设置为最小主应力方向；
步骤22：应用地质导向技术在煤层间岩体(22)中沿最小水平主应力方向施工定向水平长钻孔，是指根据步骤一构建的透明地质工作面模型内设置一组定向水平长钻孔(11-1～11-16)，裸眼孔径大于等于Φ150mm，定向水平长钻孔(11-1～11-16)的走向沿工作面最小水平主应力，孔中心距离上下煤层的长度均为岩体厚度的50％；
步骤23：定向水平长钻孔(11-1～11-6)能够全覆盖工作面，长度大于500m；
步骤24，施工完成后对定向水平长钻孔(11-1～11-16)全孔进行洗井，冲至不再返出砂屑为止。
4.如权利要求1所述的极近距离煤层井上下联合作业合层瓦斯抽采区域防突方法，其特征在于，所述步骤三具体包括如下子步骤：
步骤31：在当前的定向水平长钻孔(11)的孔口安装气液分离器，避免钻遇煤层时瓦斯超限；
步骤32：在定向水平长钻孔(11)中使用钻杆下入造斜装置至第一分支孔孔口(20)，旋转钻杆调整造斜装置方位，使造斜锥体面垂直超上；座封造斜装置，回收钻杆；
步骤33：在钻杆前部安装可弯曲柔性钻具，再将可弯曲柔性钻具下放至第一分支孔孔口(20)，钻压加至20MPa，使可弯曲柔性钻具发生弯曲，持续加压，可弯曲柔性钻具的钻头钻至上煤层，形成上分支孔(18)，至钻压减少至2MPa，回收连钻杆至分支孔孔口(20)；然后可弯曲柔性钻具转换施工方向，施工得到下分支孔(19)；
步骤34：向定向水平长钻孔(11)下入造斜器解封单元，解封造斜器，调整造斜装置方位，使造斜锥体面垂直超下；座封造斜装置，回收钻杆；采用与步骤(33)同样的方式施工完成下分支孔(19)；
步骤35：回收连续油管至第二分支孔孔口(21)，重复步骤32～34，由定向水平长钻孔11右侧向左侧依次完成各分支孔的施工；
步骤36：重复步骤31～35，依次完成各定向水平长钻孔(11-1～11-6)的极小半径侧钻工作，为水力压裂提供起裂通道。
5.如权利要求1所述的极近距离煤层井上下联合作业合层瓦斯抽采区域防突方法，其特征在于，所述步骤四包括如下操作：由地面向底抽巷(17)施工地面-巷道贯通井(2)，孔深结构采用三开设计，一开从地表施工至基岩以下10m，孔径大于等于Φ300mm，下Φ255mm套管，水泥固井；二开钻至底抽巷(17)以上10m，孔径大于等于Φ210mm，下Φ195mm套管，水泥固井；三开钻至底抽巷(17)，孔径大于等于Φ150mm，下Φ137mm套管。
6.如权利要求1所述的极近距离煤层井上下联合作业合层瓦斯抽采区域防突方法，其特征在于，所述步骤六包括如下子步骤：
步骤61：首先进行管线试压，打开地面压裂井口(1)、地面-巷道贯通井(2)和计划施工长钻孔的巷道内耐压阀门，关闭长钻孔压裂井口，开启地面压裂设备进行管线试验，压力由逐渐升值70MPa，地面高压管汇和井下高压管及连接装置持续15min无明显压力降、无渗漏，试压合格；
步骤62：井下连续油管(5)前端安装底封拖动压裂工具串(16)；启动连续油管车(4)，将底封拖动压裂工具串(16)推入到达目标层段位置；
步骤63：封隔器座封；打开定向水平长钻孔(11)的井口装置(7)，打开地面压裂设备(1)，通过连续油管向定向水平长钻孔(11)持续注入高压水，使用井上下联合作业模式对连续油管注入高压压裂液体，利用喷射流体增压超过煤层及煤层间岩体的破裂压力，将煤层充分压裂破碎；
步骤64：观测到煤层充分破裂后，关闭地面压裂设备(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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2023
- 2023-01-03 CN CN202310004841.9A patent/CN116122774A/zh active Pending
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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 |
| 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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