CN112253113B 有效 煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法
1.一种煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法,其特征在于包含如下步骤:
第一步:确定回采工作面中坚硬夹矸层的赋存形态和范围,在回采工作面两侧的运输巷道与回风巷道施工完成后,根据运输巷道与回风巷道中已暴露的坚硬夹矸层赋存状态,再结合地面勘探时的地质资料、井下巷探资料和物探资料,进行综合分析研究确定坚硬夹矸层的赋存形态和范围,具体通过如下过程实现,首先,根据地面地质勘查钻孔揭露的煤层中夹矸空间参数,编制夹矸在矿井范围内的空间几何形态图;其次,结合井筒位置、石门、采区巷道来实际揭露的煤层夹矸参数,在绘制的矿井范围内夹矸的空间几何形态图的基础上插入井筒、石门、巷道采集的夹矸空间参数,进一步绘制工作面所在盘区煤层的坚硬夹矸层的空间几何形态图;然后,在回采工作面的运输巷道、回风巷道和工作面切眼掘进施工完成后,根据运输巷道和回风巷道中已揭露的坚硬夹矸层的厚度、结构、位置的赋存空间的几何参数,进一步优化绘制煤层中坚硬夹矸层在工作面内的空间几何形态;最后,结合井下地质钻探、岩屑编录的岩性变化、钻时、钻效和钻孔窥视的岩性变化等物探资料,综合确定坚硬夹矸层的赋存空间几何形态;
第二步:钻孔布设和压裂技术参数确定;
在巷道一侧设计钻场布置钻孔,钻孔的长度方向与工作面走向平行,钻孔的轨迹保持与地层倾角一致以保证轨迹保持在夹矸层的中部,根据工作面的宽度和夹矸最小影响范围将钻孔的深度确定为>400m从而能在实际钻进中根据钻孔岩屑编录与钻时、钻效变化情况适时调整深度,避免无效钻进,两个压裂钻孔的间距为D,该值为压裂影响半径的2倍,压裂过程中根据临近两个钻孔压裂期间孔口返水量的变化、压裂过程中已经压裂钻孔孔内窥视孔壁出水情况和压裂监测曲线的变化以调整优化孔间距参数,定向长钻孔分段水力压裂施工的左侧为采空区,右侧确定各压裂钻孔的位置,且采空区右侧为工作面切眼,上下两侧分别为回风巷道和运输巷道;
第三步:定向长钻孔施工,利用钻机钻入,通过随钻测量系统,获取钻孔三维空间轨迹信息,通过孔底螺杆马达调整钻机工具面角度,确保精准控制钻孔于坚硬夹矸层位中进行钻进施工;
第四步:压裂装备孔内输送与压裂施工;
首先,将孔内工具串进行连接并将其推送至设计位置;其次,将孔内工具串与压裂泵组和孔口三通泄压阀门相连接,连接好并开启孔口三通泄压阀门启动压裂泵组;然后,启动压裂泵组并采用低压注水膨胀封隔器,将注水压力在5-10分钟内达到5MPa,两个封隔器在逐步增压膨胀的过程中待注水压力达到5MPa后完全膨胀并将孔口三通泄压阀门快速关闭;之后,注水压力快速升高,待管柱压力平稳后加大注水压力,进行大排量高压力的水力压裂同时监测压裂液排量、压力的变化以及相邻钻孔、煤壁的出水情况,压裂至管柱压力产生明显的压降或煤壁出水、相邻钻孔孔口返水量明显增加后逐步降低压力与排量后关闭压裂泵组,打开孔口三通泄压阀门实现两个封隔器解封;最后,利用坑道钻机将下入孔内的孔内工具串撤出孔内,随后开展孔内窥视检查压裂效果,按照上述步骤完成一个压裂段施工后利用钻机拖动封隔器至设计位置,进行第二段压裂施工,依次完成设计施工段的压裂施工。
2.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法,其特征在于:第三步中先利用煤矿井下液压坑道定向钻机将钻机、通览钻杆、定向测量短接、无磁钻杆、孔底螺杆马达、定向钻头相连接。
3.如权利要求2所述的煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法,其特征在于:其次结合确定的煤层坚硬夹矸平面、剖面图将设计好的钻孔轨迹导入到定向钻测量系统之中,然后,开始定向钻进在钻头钻进的过程中每钻进3m测量1次钻孔的天顶角、方位角并通过随钻测量系统,获取钻孔三维空间轨迹信息,根据测量的结果与设计轨迹的偏差适时调整钻机工具面角度,从而保证实钻轨迹在坚硬夹矸层中。
4.如权利要求3所述的煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法,其特征在于:待钻孔钻探至设计深度或返出渣岩性为煤层时,确定已经揭穿煤层夹矸后3m停止钻进。
5.如权利要求4所述的煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法,其特征在于:钻孔设计一开扩孔至193mm孔径,下146mm套管10m后采用两堵一注的方法进行固管,待套管72h凝固后按照设计轨迹和直径钻进至终孔,随后从将钻具由孔底逐根退出孔内,在推出钻具的同时利用清水清洗钻孔至水清砂尽。
6.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法,其特征在于:第四步中定向长钻孔的孔内工具串按照引斜、单流阀、第一封隔器、限流器、第二封隔器和高压管路的顺序进行组装连接,利用定向钻机将该孔内工具串逐步推送至长钻孔设计深度位置。
7.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法,其特征在于:当高压压裂液达到设计压力后两个封隔器实现完全坐封,继续增压压力达到设定压力值后,限流器打开,实现压裂段的压裂施工,形成有效裂缝。
8.如权利要求1所述的煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂弱化坚硬夹矸层的方法,其特征在于:施工完成后,通过定向钻机的抽拉,实现整套压裂装备的回收。
现在,一起体验智慧芽的产品和服务
自动注册,无需人工审核,即可立即开始查询专利
立即注册
澳门正版图库

AI助手