鱼田堡煤矿高压压裂总结-.doc

鱼田堡煤矿高压水力压裂煤层增透技术总结 1、压裂区域概况 1. 1巷道布置 此次压裂的煤层为作为矿井保护层开采的5煤层,该煤层顶底板岩性产状、分类、顶底板岩性等详见图1、2。 5煤层f0.20.46 图1 压裂区域5煤层结构图 图2 压裂区域5煤层综合柱状图 根据矿井实际条件,压裂地点选在34区-350m西抽放巷道距 -350mW4石门518.5m至686.3m范围内,该抽放巷道布置在5号煤层顶板的矽质灰岩中,位于-350m水平西四石门以西,巷道净宽3.6m、 34区-350m抽放巷道断面图 净高2.5m,采用锚杆支护,详见图3。 图3 巷道断面布置图 34区-350m西抽放巷道对应工作面为3504W4段,该工作面区域5煤层埋深约为660m。该工作面位于井田三水平四区,上接3504W3段工作面回采中,下接4504W1段工作面未开采,东邻3504E4段工作面3504E4段机巷工作面拟进场作业,西面为矿井井田边界。目前,该抽放巷道大部分区域已施工机巷条带预抽钻孔及“31.5MPa”泵压系统的水力压裂试验钻孔,本次水力压裂区域选定为未施工任何钻孔且能满足高压水力压裂要求的剩余段抽放巷道内。 2、压裂钻孔施工及封堵 2.1压裂钻孔施工 鉴于34区-350m西抽的实际条件,在压裂区域内共施工压裂钻孔2个,压裂区域内或以外的钻孔作为压裂时的观察孔进行使用。压裂钻孔均采用水式排渣、取芯工艺进行钻进,其中压裂1孔孔径为Φ90,而压裂2孔孔径为Φ75,目的为了通过钻孔孔径大小比较钻孔的抽放效果。每个钻孔见煤后,及时派专人进行取样,并按压裂方案测定相关数据。压裂钻孔竣工参数详见表1。 表1 压裂钻孔竣工参数表 2.2压裂钻孔封孔 2.2.1封孔试验 钻孔封孔是否严实、牢固且抵抗力强是高压水力压裂能够取得成功的关键因素之一,因此鱼田堡煤矿在地面采取模拟井下封孔程序及压裂钻孔倾角进行了压裂封孔试验,此次封孔试验历时20天,共计7次试验,其中模拟钻孔12个,从封孔效果的相互比较最终得出,水泥砂浆比例为水泥425石膏水717.5体积比,在该比例配比下砂浆凝固后成型效果相对最好,且通过井下两次水力压裂验证,该封孔方式完全能满足鱼田堡煤矿进行压裂的需要。 2.2.2压裂钻孔封孔 1封孔方式及工艺 钻孔孔口段约1m孔段采用人工进行封孔,封孔材料为马丽散或黄泥木楔等。其余孔段采用机械方式进行封孔,封孔材料为425普通硅酸盐水泥与石膏粉及水比例717.5,封孔长度应根据压裂钻孔的长度进行确定,具体为钻孔封至煤岩交接面,详见图7。 图7 压裂钻孔封孔示意图 3、井下水力压裂概况 鱼田堡煤矿井下共实施高压水力压裂两次,详见表2表2 鱼田堡煤矿井下高压水力压裂概况表 4、压裂钻孔抽放效果 对压裂钻孔进行压裂结束后,待孔内压力降至“0”MPa时,派专人对压裂钻孔实施放水泄压工作。其中,1压裂钻孔放水时间共计3小时,放水时该钻孔有瓦斯喷出;2压裂钻孔放水时间共计0.5小时,放水时钻孔内瓦斯现象不明显。钻孔放水泄压工作结束后,随即对压裂钻孔实施抽放,压裂钻孔抽放参数详见表3。 表3 压裂钻孔抽放参数表 5、压裂效果考察 ①为了更进一步考察压裂效果及影响范围,分别在距压裂1孔以东及以西60m各施工了一组考察钻孔,钻孔控制范围为巷道轮廓线以上40m、以下10m,其抽放效果详见表4。 表4 孔号 负压 （KPa） 压裂考察钻孔抽放参数表 浓度 （） 累计抽 抽放 抽放纯 放 天数 量（m3/min） 3 量 （m ） d 0.034 ～ 0.088 0.040 ～ 0.091 10553 116 最新抽放数据 （4.19 日测试） 浓度 纯量 （） （m3/min） 72 0.062 考察孔 一组 考察孔 二组 2 寸流量 计 2 寸流量 计 20～60 40～89 20～60 53～95 8605 103 75 0.047 ② 将所有压裂孔及考察孔采用独立的抽放系统（主管路 4 寸）进行抽放后， 其抽放效果详见表 5。 表5 孔号 负压 （KPa） 浓度 （） 压裂抽放参数表 累计抽 抽放 抽放纯 放 天数 量（m3/min） 3 量 （m ） d 0.219 ～ 0.362 37690 94 最新抽放数据 （4.5 日测试） 浓度 纯量 （） （m3/min） 67 0.282 4 寸流量计 20～60 24～65 6、压裂瓦斯抽采效果对比 34 区-350m 水平西硅抽巷 518.5m 至 686.3m 范围内压裂 2 个钻孔，自 2012 年 10 月 31 日～2013 年 4 月 19 日止共抽 采瓦斯 174 天，瓦斯抽采浓度 46～100，负压 30～56KPa， 压差 2～8mm 水柱，平均单孔瓦斯抽采纯量 0.1305m3/min （187.95m3/d） ，抽采瓦斯总量为 32704m3。 34区-350m西硅抽巷水力压裂瓦斯抽采浓度变化曲线 120 100 80 60 40 20 0 浓度（） 压1 压2 5 20 35 50 65 80 95 110 125 140 155 抽放天数（d） 34区-350m西硅抽巷水力压裂瓦斯抽采纯量变化曲线 抽放纯量（m/min） 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 0 压1 压2 5 110 125 140 155 抽放天数（d） 34 区-350m 西硅抽巷水力压裂目标为 3504W4 段机巷工 作面，主要治理掘进条带瓦斯，该工作面走向长度约 670m， 倾斜长约 75m，平均煤厚 1.5m，原始瓦斯含量 17m3/t，若单 独考虑压裂影响范围内的瓦斯赋存情况，则该范围内瓦斯总 量 449284.5m3 （不考虑附近瓦斯移动量） ，残余瓦斯含量 15.373m3/t。若以目前压裂孔以及考察孔的抽放效果做计算， 在压裂影响范围内沿走向每隔 10m 布置一组抽放钻孔进行 抽放，预计还需抽放 130 天瓦斯总量约为 194857.3m3，就能 170 20 35 50 65 80 95 170 达到残余瓦斯含量小于 8m3/t 的作业要求。 通过水力压裂钻孔与割缝钻孔以及普通钻孔的抽放情 况比较，水力压裂钻孔抽采达标时间为水力割缝钻孔的十分 之一，为普通钻孔的二十分之一。 抽采浓度对比表 100 90 80 抽放浓度（） 70 60 50 40 30 20 10 0 抽放天数（d） 压1 压2 普通钻孔 割缝钻孔 抽采纯量对比表 0.250 0.200 抽采纯量（m/min） 95 10 5 11 5 12 5 13 5 14 5 5 15 25 35 45 55 65 75 85 0.150 0.100 压1 压2 普通钻孔 割缝钻孔 0.050 0.000 抽放天数（d） 7、目前压裂工作开展情况 95 10 5 11 5 12 5 13 5 14 5 5 15 25 35 45 55 65 75 85 （1）目前正在 34 区-350m 西抽压裂影响范围内施工抽放钻孔， 钻孔走向距离 10m，每排施工 3 个钻孔，钻孔控制范围为待掘机巷条 带。 （2）为了进一步推广应用水力压裂煤层增透技术，且结合本矿 实际条件，将分别在 34 区-350m 西抽以及 44 区-400m 东抽采用 BRW31.5/200 型乳化泵，对未达标段实施水力压裂，压裂半径初步考 虑为 10m。目前，已在 34 区-350m 西抽进行了压裂且初步取得了一 定的效果，压裂后的钻孔抽放浓度和抽放纯量均有所提高。