中马矿27021回风巷虚拟储层长钻孔水力压裂技术实践.doc

　　中马矿27021回风巷虚拟储层长钻孔水力压裂技术实践 赵新杰ZHAO Xin-jie曰敬复兴JING Fu-xing （焦煤能源公司中马村矿，焦作454171） 摘要院为了消除中马村矿二1 煤的突出危险性，实现大循环进尺，国内首次利用原有的“千米钻孔”进行水力压裂增透试验，试验结果表明，通过实施水力压裂增透，可以显著提高瓦斯流量和抽采浓度，对煤巷的安全掘进起到了积极的作用。 .jyqk，变化较大，局部有煤层分叉现象；煤层倾角12毅耀14毅；煤层硬度f 值大多在0.3以下，透气性较差，富含构造煤。 千米钻机施工钻场位于17 采区下部27 采区上部，17 采区大部处于一大背斜及其转折处，瓦斯运移出口相对较小，阻力较大，富含高压瓦斯，瓦斯含量20m3/t耀25m3/t，瓦斯压力1.3MPa；设计钻孔位于两个薄煤带间，地层多受牵引、拉伸、挤压，地应力集中区较多。设计钻孔位于主煤层和薄煤层之间，顶底板岩性大多为泥岩、粉砂岩、页岩，围岩致密，不利于煤层瓦斯逸散。 2 水力压裂消突技术 2.1 水力压裂消突机理 水力压裂防突技术是穿层钻孔在岩柱的掩护下，使用高压水射流冲击钻孔周围的煤体，形成裂隙通道，大幅度增加孔洞周围煤体的透气性，另一方面可以湿润煤体，减小煤体的脆性，增加其可塑性，降低煤体内部的应力集中，增加防止煤和瓦斯突出的能力，有效地提高了抽放效果，起到综合防突的作用[1-4]。 2.2 千米钻机长钻孔水力压裂思路 2.2.1 千米钻机长钻孔概况中马村矿在27021 回风巷已采用威利朗沃工程有限公司生产的VLD 系列EXP-23型钻机在27021 回风巷设计巷道中线，施工分支孔进行抽采，分支孔主孔方位230毅，主孔深411m，分支孔累计施工783m。共施工分支孔11 个，钻孔见煤长度累计110m。 该孔抽采3 个月后，分支孔抽采流量、浓度降低，因此，决定采用水力压裂技术进行增透，以期提高煤层卸压效果及抽采效率。 2.2.2 压裂思路 由于千米钻机施工的钻孔主孔与分支孔长度之和1000m 有余，并且煤、岩合层，存在压裂易破点多、水滤失量大等问题，但考虑到现行压裂设备流量较小等因素，难以在短时间内完成该孔压裂。因此，需要再重复压裂。 在长钻孔主孔口进行封孔，然后实施压裂，一次压裂整个钻孔（主孔和分支孔），之后考察压裂效果，如果效果不好可再次实施压裂，在允许时间内取得较好效果为止。 3 压裂方案实施 3.1 压裂钻孔封孔 由于在千米钻机主孔施工过程中，孔口以里38m，为稳定的粉砂岩，38m~42m 之间为岩石破碎带，42m~50m 之间为穿煤段，50m 以里为稳定的砂岩，因此，本次封孔长度最小为55m，最佳封孔长度为60m。由于目前钻孔孔径为90mm，并且为方便抽采，用椎100mm 钻头从孔口扩孔至孔内3m 长度，之后用钢管固孔并连管抽采。此次封孔，封孔管内径为50mm，封孔长度为55m，单根封孔管长度为2m。需抗压强度不小于30MPa。封孔示意图如图1-2。 3.2 压裂施工过程 3.2.1 首次压裂冲孔过程 10：30 所有人员撤离到指定位置，开始压裂冲孔。 10：40 主泵启动，开始冲孔。 10：50 主泵挂4 档冲孔。 12：19 停泵结束。 冲孔时长共99 分钟，压裂过程中，主泵最大压力14.21875MPa， 最大排量70.678123m3/h， 共注入水量82.80m3。 停泵作业后，到钻场进行观察，ZM27021M01 孔压裂前孔口瓦斯浓度几乎为0，压裂后浓度22%。 3.2.2 ZM27021M02 孔压裂第二阶段第一次过程 13：50 主泵启动，开始压裂。 13：54 主泵挂4 档压裂。 16：15 由于供水不足（只有22m3/h），停泵结束。 此阶段压裂时长共145 分钟，压裂过程中，主泵最大压力14.713867MPa，最大排量80.5625m3/h，共注入水量149.41m3。 3.2.3 ZM27021M02 孔压裂第二阶段第二次过程对管路进行检修后，进行第二次压裂，但由于供水泵被关，排量仍旧较低。 16：55 主泵启动，开始压裂。 16：57 主泵挂4 档压裂。 17：41 停泵结束。 此阶段压裂时长共46 分钟，压裂过程中，主泵最大压力14.523438MPa，最大排量22.46875m3/h，共注入水量18.40m3。总注水量250.61m3，压裂结束后，对巷道进行观测，有几处渗水量变大，但对巷道影响不大，巷道内瓦斯浓度没明显