碎软低渗煤层穿层钻孔水力压裂瓦斯抽采技术研究

碎软低渗煤层透气性差是制约煤层瓦斯治理效果的关键因素,水力压裂技术能够改善煤岩层透气性,提高瓦斯抽采效果。通过理论分析和数值模拟,发现碎软煤层水力压裂无法形成有效裂缝,而是通过高压水在碎软煤层中不断地挤胀和穿刺,使煤体发生位移,达到煤层增容、增透目的。在此基础上,以淮北矿区某矿山西组10号煤层为研究对象,开展了现场工程试验。结果显示,压裂过程中,目标煤层发生了多次的挤胀和穿刺作用,压裂影响范围超过25 m,压裂区域预抽钻孔平均瓦斯抽采浓度为63.45%,压裂区域百米煤孔瓦斯抽采纯量是未压裂区域的2.62倍,压裂区域抽采效果较未压裂区域显著提升。研究结果可为碎软低渗煤层瓦斯高效抽采提供借鉴。

低透煤层水力压裂促进瓦斯抽采模拟与试验研究

针对低透气性煤层瓦斯抽采难度大、工作量大、效率低等问题,采用水力压裂技术促进煤层瓦斯抽采。在多场耦合和弹性损伤理论基础上,建立煤层损伤-应力-渗流耦合模型,数值模拟马堡煤矿15108工作面水力压裂及瓦斯抽采过程,分析煤层弹性模量、渗透率和瓦斯压力的变化规律,确定压裂和抽采关键参数,并据此开展工程试验,对模拟结果进行验证。结果表明:高能压裂液能使煤层破裂,渗透率急剧升高,加快瓦斯向抽采钻孔运移;随着压裂时间增加,压裂损伤范围逐渐扩大;模拟得出水力压裂10 000 s时,2个压裂孔间的损伤区在抽采孔处贯通,压裂损伤范围达14 m;现场压裂试验后,瓦斯抽采平均和最高纯量分别达到63.79和126.57 m3/d,是未压裂的9.65倍和7.23倍,透气性升高了67倍。

松软低透气性煤层水力压裂增透瓦斯抽采技术研究

为解决松软低透气性煤层瓦斯抽采难度大、效率低的难题,以新景煤矿3#煤层为研究对象,采用PFC2D颗粒流数值模拟软件和控制变量法,研究不同注水流量和压裂时间对煤层水力压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目的影响。研究结果表明:松软低透气性煤层水力压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目与注水流量和压裂时间均呈幂函数形式增长。基于松软低透气性煤层的特点,引入压裂液效率,得到了压裂半径、裂缝最大开度和裂缝数目的修正计算公式。基于新景煤矿3#煤层实际工程地质条件,在南五底抽巷进行了现场水力压裂试验。试验结果表明:当泵注压力为20~25 MPa、注水量为90~100 m^(3)时,水力压裂半径约为50 m;水力压裂区域煤层透气性系数、平均抽采瓦斯浓度、百米巷道瓦斯抽采量和单孔平均抽采瓦斯纯流量分别为未压裂区域煤层的22.0、2.2、2.4、2.7倍,为新景煤矿3#煤层水力压裂参数选取和瓦斯抽采设计提供了技术指导。

水力压裂在白皎煤矿低透气性煤层中的应用

根据白皎煤矿地质条件及煤层赋存情况,分析了煤体水力压裂的力学机制并计算了水力压裂参数,在238底抽巷中进行了工业试验,考察了压裂效果,结果表明水力压裂后有效半径达80 m,水力压裂使平均单孔瓦斯抽采纯量提高了6.7倍,并可减少1/3的钻孔工程量和缩短34%的抽采时间。

本煤层钻孔水力压裂增透技术研究

为了解决五阳煤矿煤层瓦斯含量高、煤层透气性低、瓦斯抽采效率低下的问题,在7806上巷进行了水力压裂增透现场试验,对本次压裂选择合适的配套设备,对水力压裂的工艺流程进行合理的分析说明,提出了一种新型的封孔方法"倾斜布袋式带压封孔技术"。该封孔技术满足压裂孔的封孔质量标准;对2号孔进行了重复压裂,对于3号孔进行了一次压裂,压裂后2号钻孔自然瓦斯流量是压前的3.79倍,瓦斯流量衰减系数降低56.65%,煤层透气性系数为压前的5.69倍,3号钻孔瓦斯流量是压前的3.57倍,瓦斯流量衰减系数降低69.04%,压后煤层透气性系数是压前的5.08倍;最后确定了本次水力压裂半径不小于11.7 m。

水力压裂技术在打通一矿低透气性突出煤层中的试验研究

随着矿井开采深度的不断加大,煤层透气性系数逐渐降低,严重威胁着矿井的生产安全。针对打通一矿7#、8#主采煤层低透气性、瓦斯难以抽放的问题,对高压水力压裂技术进行了分析研究。现场试验中对压裂孔的施工技术、布孔方式、封孔工艺,以及安全组织措施进行了分析和实施,并对高压水力压裂影响范围和效果进行了考察,结果表明:煤层的透气性、平均瓦斯抽采浓度及抽采纯量显著增大,减少了抽采时间,降低了煤与瓦斯突出危险性。

煤矿井下水力压裂增透抽采机理及应用研究

通过借鉴地面水力压裂技术的成功模式,研究了煤矿井下水力压裂增透抽采机理,针对单一、低渗高突煤层的特点,研发了一套井下压裂增透抽采技术及装备,并进行了工业性试验。应用效果表明:通过井下对煤体进行水力压裂,中平能化十矿24110工作面煤层渗透率提高了800倍,单孔瓦斯抽放量提高了120倍;鹤壁六矿2115运输巷掘进期间水力压裂后突出危险性效检指标超标率显著下降,瓦斯体积分数普遍降到临界值0.8%以下,大幅降低了煤与瓦斯突出危险性。

低透突出煤层深孔水力致裂增透与浅孔抽采联合消突技术应用

为提高低透突出煤层的瓦斯抽采效果,在薛湖煤矿2303风巷进行了深孔水力致裂与潜孔抽采联合消突技术的试验应用。首先结合现场实际情况,从注水压力、钻孔布置和现场施工等方面研究了施工技术工艺,然后从应力分布、瓦斯解吸速度、钻屑瓦斯解吸指标、瓦斯抽采浓度等方面考察了水力致裂增透效果和联合消突技术的消突效果。应用表明,深孔水力致裂增透与浅孔抽采联合消突技术,工作面前方支承压力、瓦斯解吸速度、钻屑瓦斯解吸指标均大幅降低,瓦斯抽采浓度明显提高,抽采效果明显,为同类矿井的防突工作提供了可借鉴的技术和经验。

基于数值模拟的煤矿井下分段水力压裂技术研究

针对阳泉矿区碎软低透煤层发育、瓦斯抽采效果差、治理成本高的难题,利用煤矿井下煤层底板梳状定向钻孔分段水力压裂增透工艺技术,改善煤层透气性,提高煤层瓦斯预抽效果。为了提升该技术的应用效果,基于FLUENT流体力学模拟软件,对各分支孔初始段水力压裂过程中孔内压裂液的速度与压力变化情况进行模拟,提出了分段水力压裂重点部位群概念,从水压和流速的角度对水力压裂进行分析。研究结果表明:在主孔分支处,出现了局部水流速度与应力急增急减现象,增减幅度最高可达5倍,局部伴有回流现象;分支孔的有效面积、长度和孔壁的完整性,直接影响水力压裂时伴生裂缝的数量和延展效果。实践证明,煤层底板梳状定向钻孔分段水力压裂技术是煤矿井下瓦斯增透行之有效的手段。

井下穿层长钻孔水力压裂强化增透技术

为了提高井下低透气性煤层瓦斯抽采效果,提出井下穿层长钻孔水力压裂强化增透技术。根据水力压裂施工工艺和关键技术,将水力压裂过程分为准备阶段、高压注水阶段和保压阶段,重点阐述了封孔、试压、注水压裂、数据监测、保压、排水等关键技术。同时分析了长钻孔水力压裂增透机理,并进行了水力压裂强化增透试验。根据压裂过程中压裂参数变化规律,从煤储层参数和钻孔瓦斯抽采参数方面综合考察了试验效果。结果表明:压裂后煤层透气性系数提高了2.67倍,最大影响半径达到了58 m,抽采流量和抽采体积分数分别是普通压裂钻孔的24.4倍和10.27倍,最大压裂影响半径提高了2.32倍。

不稳定流量水力压裂对深部低透气性煤层增透效果的影响

为了进一步提升深部低透气性煤层水力压裂增透效果,在煤层水力压裂相关理论研究及现场试验的基础上改进水力压裂工艺,根据相关的力学原理,推导得到压裂孔周边的应力随注水流量的变化情况,提出以控制注入水流量为原则,在水力压裂过程中采用不稳定注入水流量的方法,在平煤十二矿己15-31040工作面进行水力压裂试验。试验结果表明:通过注入不稳定水流量,克服了煤层深部高地应力对水力压裂施工的影响,且压裂过程顶板保持良好;经过测定与己15-31040工作面相邻的己15-31030工作面的常规稳定水流量压裂、未压裂区域瓦斯抽采数据,不稳定水流量压裂单孔抽采瓦斯浓度和瓦斯纯流量比常规水力压裂及未压裂区域均有明显提升。该方法对深部煤层水力压裂增透具有一定的指导作用。

水力压裂技术在低透气性煤层瓦斯抽采中的应用

为了解决某煤矿低透气性煤层难抽采的问题,分析了水力压裂增透裂缝扩展规律以及煤层水力压裂卸压增透机理,采用PFPA-2D数值模拟软件,研究了单注水孔以及双注水孔的水力压裂过程中的裂缝扩展规律及煤体位移和应力变化规律,实现大范围裂隙网的形成、贯通和发育,提高了煤体的透气性。通过现场试验,实现了低透气性煤层卸压增透的目的,验证了低透气性煤层水力压裂增透技术的安全性、有效性和适用性。

松软低透气性煤层跟管钻进及压裂抽采技术研究分析

针对我国松软低透气性煤层瓦斯抽采难题,提出了采用跟管钻进和水力压裂技术提高松软煤层钻孔深度和煤层透气性,通过布孔设计、应力分析论证了该方法的施工可行性,讨论了该方法的施工步骤。该技术有望成为解决松软低透气性煤层瓦斯抽采难题的新工艺方法。

低透高瓦斯强吸附性煤层超高压水力割缝增透技术及试验研究

针对云南省老厂矿区部分矿井开采C 7+8煤层期间面临的预抽钻孔密度大造成串孔,孔口负压大造成抽采管凹陷破损,预抽达标时间长造成生产接续失调等问题,提出超高压水力割缝增透技术,对其增透原理、装备及工艺进行了分析、试验研究,结果表明,某煤矿C 7+8煤层合理割缝压力为80MPa,单缝合理排屑量为0.35t,合理缝槽间距为5m;割缝条带相较于2m间距钻孔的普通条带,钻孔抽采瓦斯浓度提高约0.85倍,瓦斯纯量提高约0.5倍,抽采达标时间缩短约42.9%,掘进面瓦斯浓度平均值减小了56.3%。

煤矿井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯应用及前景

南桐矿区属煤与瓦斯突出区域,煤层透气性系数差,抽采难度大。为此公司在所属矿井应用水力压裂技术抽采煤层瓦斯。试验结果表明:压裂后,压裂孔瓦斯抽采浓度和抽采量呈现"波浪形(高位)长时间稳定缓慢下降"特点,压裂孔瓦斯抽采量大幅提升,单孔产气量比水力割缝孔和普通抽采孔分别提高436倍和570倍。而压裂影响区内抽采孔瓦斯抽采浓度和抽采量呈现"高位较快下降到零"的特点。水力压裂技术抽采煤层瓦斯效果明显,用于煤矿瓦斯治理经济效益显著,应用前景广阔。

煤矿井下水力压裂技术抽采煤层瓦斯应用及前景

南桐矿区属高突高瓦斯区域,煤层透气性系数0.005~0.007m^2/(MPa^2·d),抽采难度大。为此在所属矿井的保护层采面和未受保护的被保护煤层应用水力压裂技术抽采煤层瓦斯。试验结果表明:压裂后,压裂孔瓦斯抽采浓度和抽采量呈现"波浪形(高位)长时间稳定缓慢下降"特点,压裂孔瓦斯抽采量大幅提升,单孔产气量比水力割缝孔和普通抽采孔分别提高430倍和570倍。而压裂影响区内抽采孔瓦斯抽采浓度和抽采量呈现"高位较快下降到零"的特点。水力压裂技术抽采煤层瓦斯效果明显。

水力压裂增透技术在鱼田堡煤矿低透气性突出煤层中的试验研究

为解决鱼田堡煤矿煤层透气性差,单一穿层钻孔、水力割缝等工艺后抽采效果不理想,区域防突措施实施不到位,造成较大空白带问题,在34区-350 m西抽对5~#煤层进行高压水力压裂增透技术试验。通过现场试验确定了适合鱼田堡煤矿5~#煤层的水力压裂工艺,并"反演"出注水压力理论计算公式中ps宜取值为最高泵站压力的10%~15%。水力压裂效果考察分析表明:在水力压裂有效影响范围内煤层平均含水率为原始的2.15倍,煤层平均透气性系数为原始的112倍,瓦斯平均抽采浓度为原始的2.3倍,瓦斯抽采纯量为原始的3.9倍,并通过综合分析瓦斯抽采的浓度、纯量以及含水率、透气性系数等参数得到单孔水力压裂沿煤层走向的有效影响范围为50 m左右。

大湾煤矿穿层钻孔水力压裂技术的示范性研究及应用

为提升水矿集团矿井瓦斯防治技术及相应装备水平,积极响应我国煤炭工业"十三五"科技发展规划的号召,在大湾煤矿西井开展了穿层钻孔水力压裂技术现场示范性试验研究,对水力压裂技术应用在黔特有地质条件下的松软低透煤层进行了试验考察。结果表明:穿层钻孔水力压裂技术能够有效提高煤岩体的透气性和钻孔瓦斯抽采效果,压裂区域的煤层透气性系数增大了18.37倍;压裂影响半径为40 m;单孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量分别为45.04%、0.031 m3/min,与原始煤层相比均增加了2倍以上。