超高压水力压裂提高煤层透气性技术研究报告.doc

超高压水力压裂提高煤层透气性 应用研究技术报告 目 录 1 前言 1 2 研究目的与意义 3 2.1问题的提出 3 2.2研究内容 4 2.3研究意义 5 3 高压水力压裂提高煤层透气性原理及适用性分析 9 3.1国内外研究现状 9 3.2 水力压裂原理及适用性分析 10 3.2.1高压水对煤体结构力学作用的定性分析 12 3.2.2水力压裂的适用性分析 14 4 渝阳煤矿及7号煤层概况 15 4.1矿井概况 15 4.2 7号煤层基本物理性质及实验测试 17 4.3 7号煤层基本力学性质实验测试 24 4.4 7号煤层穿层钻孔水力压裂的可行性 26 5 HTB500型压裂泵组简介及调试 29 5.1 HTB500型压裂泵组简介 29 5.2 HTB500型煤层压裂泵泵组接收与地面调试 32 5.3 高压泵组的管路及其连接 33 6 渝阳煤矿超高压水力压裂实验方案 36 6.1 实验地点 36 6.2钻孔布置方案 38 6.3 压裂孔封孔及注浆设计 40 6.3.1 压裂孔封孔设计及注意事项 40 6.3.2注浆封孔工艺 42 6.4压裂监控设备布点 44 6.5压裂效果考查及参数测试方案 44 6.6其他配套方案设计 45 7 高压水力压裂过程及分析 47 7.1前言 47 7.2高压水力压裂过程 47 7.3 高压水力压裂的压力曲线分析 51 8 压裂效果考察及其分析 52 8.1前言 52 8.2 压裂后检验孔施工参数及数据记录 52 8.3 压裂后钻孔参数对比 59 8.4压裂有效范围的考察 61 8.5压裂效果总结 64 9 主要研究成果与创新点 66 9.1研究成果 66 9.2 创新点 67  1 前言 重庆市能源投资集团科技有限责任公司成立于2010年4月，为重庆市能源投资集团下属二级子公司，独立法人，注册资本2000万元。下设工程勘察子公司，工程设计院，瓦斯研究院、项目管理部、技术服务部、资产结算中心、综合办公室等部门。在集团公司领导下，科技公司围绕集团公司工作部署，按“实施科技兴企战略，支撑集团跨越式发展”思路，不等不靠，一边建章建制，一边开展科研工作。 2010年7月，集团公司下达了“突出煤层高效抽采关键技术研究” 科技公司根据集团公司水治瓦斯的指导思想，在松藻煤电有限责任公司及其所属渝阳煤矿、河南理工大学、宝鸡航天动力泵业有限责任公司的协助下，于2011年2月份在渝阳煤矿用HTB500型煤层压裂泵泵组开展了超高压水力压裂试验。 渝阳煤矿超高压水力压裂试验在N3704西瓦斯巷(下)进行，埋深约750m，目的是对7号煤层（保护层）进行穿层超高压水力压裂，实现增大煤层透气性、提高瓦斯抽采率、降低瓦斯灾害事故的效果。试验过程中，共施工压裂孔1个、标准孔1个（补充标准孔1个）、检验孔15个（因施钻不到位、卡钻，其中2个报废）。 渝阳煤矿超高压水力压裂试验表明，压裂地点的起裂压力在40~45MPa之间，延伸压力在36~39MPa之间，压裂后瓦斯抽采纯量效率提高10倍以上，煤层由难以抽采煤层及可抽煤层变为可抽采煤层，煤层透气性系数提高50倍以上。7号煤层在该埋深条件下，压入水量109.72m3时，压裂范围达到50~70m。  2 研究目的与意义 2.1问题的提出 煤层瓦斯是一种洁净能源，但对煤矿生产而言是一种灾害源。如何实现采煤之前瓦斯的预抽，达到资源开发利用和煤矿减灾的双重目的，一直是人们关注的焦点。随着资源需求的日益强烈、矿井开采深度的增加以及国家一系列关于煤矿瓦斯灾害治理强制措施和煤层气开发利用鼓励政策的出台，都迫切要求有一套系统的、完整的瓦斯抽采工艺技术。新的防突规定更加强调了区域瓦斯治理的重要性，要求“不掘突出头、不采突出面”，以往突出煤层掘进的“四位一体”方案已经难以满足新规定的要求。重庆能投有限责任公司所属的渝阳煤矿所采煤层为突出煤层，瓦斯灾害是制约煤矿安全、高效生产的第一因素，现行的瓦斯治理措施已难以满足高效生产的需求，迫切需要一种新型区域和局部治理工艺，以彻底改变目前消突困难、工作面接替紧张的局面。 水力压裂是一种集区域和局部瓦斯治理为一体的新工艺。该工艺是将地面煤层气开发的一种成熟技术移植到井下，根据煤体结构的不同采用不同的压裂方案，达到增透、提高抽采效率、缩短抽采时间的目的。水力压裂是一种适应性强、增透效果明显的工艺技术，但还存在一系列问题需要解决，最突出的是封孔技术，无论是封隔器封孔、水泥砂浆封孔、化学材料封孔都存在一定的局限性，是制约水力压裂大规模推广的关键。在钻孔方向与裂隙方向、地应力方向不匹配时的压裂设计也是制约压裂效果的重要因素。 渝阳煤矿煤层瓦斯含量大，煤层透气性系数低，井下钻孔抽采效果差，严重制约了瓦斯治理和防突效果，影响了工作面的衔接和安全生产。为增大煤层的透气