寺家莊礦井下鉆孔水力壓裂參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、水力壓裂工藝作為一種重要的增透技術(shù),已經(jīng)在地面煤層氣的開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。將地面水力壓裂技術(shù)移植到井下,可以增大抽采鉆孔間距、提高瓦斯抽采濃度,達到安全、高效開采煤炭的目的。地面水力壓裂設(shè)備、施工場地等與井下壓裂設(shè)備、施工場地等的差異性,決定了照搬地面煤層氣井壓裂工藝進行井下水力壓裂的局限性和盲目性。因此,針對井下煤層特點和施工場地等條件的獨特性,研究出與之相匹配的井下鉆孔水力壓裂參數(shù)優(yōu)化方法是亟待解決的難題。
　　本文根據(jù)地

2、質(zhì)強度因子(GSI)及煤體結(jié)構(gòu)特點,分析得出基于GSI的煤體結(jié)構(gòu)定量表征方法;用此方法,結(jié)合寺家莊礦地質(zhì)演化史,對15號煤層的煤體結(jié)構(gòu)進行了定量劃分;對不同GSI煤體所適用的壓裂工藝進行了分類,GSI>45適用于本煤層順層鉆孔和穿層壓裂,局部GSI<45的煤體適用于虛擬儲層鉆孔壓裂。采用理論分析與實驗室研究的方法,結(jié)合現(xiàn)場壓裂試驗,對壓裂鉆孔的主要參數(shù)(間距、傾角和方位)進行了優(yōu)化,指出壓裂孔最佳間距為裂縫半長的2倍,最佳傾角為仰角,鉆

3、孔方位要盡量與最大主應(yīng)力和原始裂隙方位相垂直。從壓裂鉆孔成孔規(guī)則度、封孔工藝復(fù)雜程度和封孔的經(jīng)濟性等方面對比分析了水泥砂漿封孔工藝和封隔器封孔工藝的優(yōu)缺點,指出本煤層順層鉆孔宜采用特種水泥砂漿封孔,穿層鉆孔和虛擬儲層鉆孔宜采用封隔器封孔。采用ANSYS軟件進行數(shù)值模擬,分別研究了掘進頭和巷道兩幫的本煤層順層鉆孔最佳封孔深度,指出掘進頭最佳封孔深度為10-15 m,兩幫最佳封孔深度為14-20 m。以Hoek-Brown破裂準則為基礎(chǔ),結(jié)

4、合GSI建立了煤體抗拉強度、破裂壓力、延伸壓力及泵注壓力的計算模型。采用對比分析的方法對三種常用壓裂液(活性水、線性膠和凍膠)的濾失性、儲層傷害情況和攜砂能力等性能進行了研究,優(yōu)化出活性水是當前寺家莊礦水力壓裂用的最佳壓裂液。對KGD模型進行了修改,建立了適用于煤層井下鉆孔水力壓裂的裂縫計算幾何模型,在此基礎(chǔ)上優(yōu)化出適用于寺家莊礦不同 GSI煤體壓裂時的排量與總注液量等泵注程序。
　　基于優(yōu)化出的模型和工藝,在15201回風(fēng)順槽進