基于多频同步电磁波CT技术的煤层水力压裂范围探测试验

当前煤层水力压裂影响范围的探测方法多存在实施复杂、工程量大、成本高及准确率偏低的问题,难以满足高效指导压裂施工方案优化和质量控制的需求,且常规电磁波透视探测中单一频率数据分析可能导致探测分辨率和准确性偏低。针对上述问题,提出了一种基于多频同步电磁波层析成像(CT)技术的煤层水力压裂范围探测方法,该方法基于电磁波透视法原理,一次探测可获取多个频率的数据,从不同分辨率综合分析压裂效果,提升探测准确性和效率。以某瓦斯突出矿井的M6煤层为研究对象进行了煤层水力压裂范围探测试验,研究了0.3,0.5,1.5 MHz三种不同频率电磁波对煤层水力压裂的响应特征,分析了水力压裂的影响范围和效果。结果表明:水力压裂后,压裂区主要表现为电磁波场强高衰减特征,电磁波衰减系数明显增大,衰减系数区间变宽,水力压裂导致压裂区和非压裂区对电磁波的能量吸收差距变大,据此可对煤层压裂范围进行划分;0.3,0.5 MHz电磁波探测的异常区基本呈现片状分布,而1.5 MHz电磁波对水力压裂区的响应更灵敏,呈纵向条带状分布,衰减幅度更明显,横向分辨率较好;注水量与电磁波场强衰减系数呈现正相关变化,衰减系数随注水量增加而增大;高衰减异常区分布范围有一定的对应性,试验区压裂范围主要分布在横坐标为40~90,100~140,210~350 m段,对应于2号,3号,6号—8号钻孔周边围岩半径15~25 m,约占探测范围的65%。

盐井—矿煤层水力压裂范围监测技术研究

根据瞬变电磁探测对低阻体反映灵敏的特点,采用瞬变电磁法在盐井一矿-150 m二石门进行了煤层水力压裂范围探测试验.选用本安型YCS-40瞬变电磁仪;探测方式采用扇形方式,水平和垂直方向分别扫描50＆#176;,每10＆#176;一个测点;为减少探测盲区,通过实验室和现场验证,将天线发射边长减为1 m,发射和接收天线匝数分别减为2匝、3匝,发射机频率设为75 Hz,发射电流限制为2.5A,将压裂后的二次场转化为视电阻率.探测资料显示：有效探测范围为6～30 m,覆盖水力压裂范围;能清楚的探测到压裂管道和两侧的积水区;压裂水分布在水平向上0＆#176;～30＆#176;之间以及水平向上50＆#176;附近,压裂区域长度约为22 m,压裂区域宽度为5～12 m.因此,瞬变电磁物探仪能够有效探测水力压裂影响区域分布情况,探测结果与实际较为吻合,可以有效指导水力压裂现场施工,可为优化压裂设计、提高煤层压裂效果提供重要参考依据.

红阳二矿水力压裂范围的实验研究

根据红阳二矿地质状况及现有条件,结合各地水力压裂经验,设计了水力压裂范围考察实验方案。现场实验表明:水力压裂裂缝主要沿最大主应力方向扩展,与现有理论相吻合。

利用CYT技术测试井下煤层顶板压裂范围的研究

矿井通过与科研院校联合,在井下首次实施了水力强化增透工艺技术,以达到增透、提高抽采效率、缩短抽采时间、解决坚硬煤层顶板不易跨落等问题。但压裂范围的测试成为了难题,为及时掌握压裂范围,矿井与科研单位共同制定方案,利用CYT技术对41011工作面煤层顶板水力压裂后的压裂范围进行了测试,为检验压裂效果提供的可靠的依据。

基于井下煤层水力压裂的微震时空发育规律研究

为了研究井下煤层水力压裂过程中的微震活动规律,以龙凤煤矿首采区1905工作面开展的UDFD瓦斯治理项目为工程背景,采用KJ1073微震监测系统对压裂过程进行实时、动态的监测。监测研究表明:(1)微震事件的发育具有时间效应,发育范围随压裂时间的增加逐渐扩大,微震事件能量具有周期性,分析与煤岩体裂隙扩展相关:煤岩体弹性压缩→加速扩展→减速扩展→煤岩体弹性压缩的一个循环过程;(2)微震事件发育方向与压裂液体流动的方向、煤体的倾角方向基本一致,发育范围最长为184 m,最短为100 m,垂向集中在9#煤层顶、底板10 m以内;(3)对微震数据进行分类,并采用置信椭圆分析,表明LF7-1、LF7-2压裂孔之间裂隙发育,发生联通,得到了有效的压裂,在后期的瓦斯抽采中得到验证。上述研究探明了压裂裂缝延伸扩展方向和影响范围,对进一步指导现场施工,优化压裂钻孔布置提供依据。

地面压裂与井下钻孔联合抽采技术研究

针对段王煤矿本煤层瓦斯含量高、渗透性低的瓦斯治理难题,提出“地面压裂、井下打孔、井下抽采一体化”技术治理本煤层瓦斯。为研究地面压裂对井下抽采的影响,运用ABAQUS软件模拟压裂裂缝延伸扩展规律,通过微地震监测技术得到压裂范围;运用COMSOL软件模拟不同钻孔间距瓦斯抽采达标时间,为现场抽采钻孔的布置提供理论依据。研究结果表明:压裂影响范围长×高=212 m×10 m,最大宽度90 m;压裂区钻孔间距为18 m时,抽采180 d,瓦斯抽采达标;DW9-3压裂孔平均单孔瓦斯抽采纯量0.022 m^(3)/min,与普通顺层钻孔抽采量相比,提高近15倍;该技术模式能够大幅度增加煤层透气性、降低本煤层瓦斯含量降低施工成本和减少钻孔工程量,确保煤矿安全高效的开采。

窄煤柱厚硬砂岩顶板防冲弱化裂隙发育规律

针对坚硬顶板工程尺度条件下压裂防冲裂隙演化规律研究不足造成压裂效果难以评价的难题,选取门克庆煤矿3106工作面为工程背景,以高位厚硬砂岩顶板长孔水力压裂研究为切入点,选取钻孔漏失率及瞬变电磁技术,研究坚硬顶板压裂前、后不同层位岩层裂隙钻孔漏失率与瞬变电磁电阻率的时空演化规律,验证了坚硬顶板弱化前、后覆岩裂隙发育规律及扩展范围,为水压致裂裂隙演化规律及影响范围的压裂效果评价提供理论指导。研究结果表明:当钻孔处于裂隙不发育区域时,压裂层位所在区域压裂前、后钻孔漏失量呈现出明显的倍数增长趋势,从钻孔漏失量角度验证了压裂岩层区域的裂缝扩展范围,结合瞬变电磁在岩层裂隙含水量增加后呈现的降阻现象验证了裂隙发育范围的可靠性,为水力致裂裂隙演化规律及影响范围研究提供理论指导,为坚硬顶板工程尺度条件下水力压裂效果评价提供了新方法。

不同角度穿层钻孔高压水力压裂影响范围研究

为了分析不同角度穿层钻孔高压水力压裂影响范围及压裂效果,通过理论分析及现场实测,利用RFPA^(2D)-Flow数值模拟软件,构建与煤层夹角为17°、20°、21°和26°的底板穿层钻孔的水力压裂模型,并利用RFPA^(2D)-Flow数值模拟软件对4种角度穿层钻孔水力模拟的压裂效果进行对比。对比结果表明:不同角度水力压裂对压裂影响范围有所不同,钻孔与煤层夹角越大,水力压裂影响范围越大;压裂区域的单孔平均抽采浓度增大3.8倍,单孔平均抽采纯量增大9倍,抽采效果得到明显改善。

高突煤层水力压裂视电阻率响应特征分析

水力压裂常应用于高突煤层的卸压增透,但缺乏较好的效果考察手段。介绍了水力压裂过程视电阻率响应原理,建立了水力压裂视电阻率响应现场测试系统,并在新田矿1404底抽巷试验研究了高突煤层水力压裂过程煤体的视电阻率响应。结果表明,压裂孔两侧煤层45 m范围内视电阻率在压裂前后发生明显的变化,且压裂孔对称区域视电阻率的变化存在差异。通过煤层水力压裂视电阻率响应系统可有效地判断水力压裂过程中煤体裂隙场的变动,预测水力压裂范围,为确定水力压裂孔距提供了依据。

浅埋特厚硬煤层过沟谷开采超前区域弱化控制技术

针对沟谷区域浅埋特厚硬煤层工作面回采过程截割困难、回采进尺低下、采煤设备损耗严重等问题,采用数值模拟和工程应用等综合方法,研发了煤矿井下本煤层定向长钻孔分段压裂弱化技术,探讨了分段水力压裂厚硬煤层弱化作用及裂缝形成机理,并在典型工作面开展了应用。结果表明:工作面回采方向与沟底走向夹角大于75°时,工作面超前支撑压力低,是造成厚硬煤层难截割的关键原因。通过分段水力压裂施工,可在煤层中形成走向、径向交互裂缝,与天然裂缝沟通形成裂缝体系,弱化煤体强度。孔内瞬变电磁探测显示,单个钻孔形成6个低阻异常区,压裂弱化影响范围最大为35 m。压裂后煤壁形态由直立完整变为明显破碎状,回采进尺由单日平均8.00 m提升至12.13 m,增幅51.6%,验证了特厚硬煤层弱化的有效性。

煤矿回采工作面钻孔注水联合探测试验研究

为了解决工作面水害隐患和初步探测水力压裂影响范围,工作面形成后在正常煤层区域利用钻孔进行高压注水,促进煤层孔隙和裂隙发育,同时模拟工作面富水区,基于高压水的流动扩散性与富水区显著的物性差异,采用矿井高密度电法、矿井瞬变电磁法、高频电磁波CT对该区域注水前后进行联合探测试验,对综合物探成果进行对比分析,研究其电性参数的变化规律和初步圈定水力压裂后煤层的影响范围。探测试验研究表明:注水点附近煤层的视电阻率和衰减系数在注水前后发生明显变化,扩散半径约30 m范围内视电阻率降低2～4倍,扩散半径约10 m范围内衰减系数增幅20%左右。