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瓦斯区域超前治理是实现煤矿安全、高效及智能化开采的重要保障,针对碎软煤层区域瓦斯高效抽采难题,以陕西韩城矿区3号煤层为研究对象,提出井下煤层顶板梳状长钻孔水力压裂区域瓦斯抽采模式。采用理论分析、数值模拟和现场试验等多手段相结合的方法,验证模式适用性,阐明紧邻煤层顶板梳状钻孔压裂裂缝延展规律、抽采机理和压裂曲线特征,进而建立适用于500 m孔深的集地质条件动态分析、分段水力压裂、封隔器遇阻解卡和压裂范围连续探查于一体的顶板梳状长钻孔裸眼分段水力压裂关键技术体系,实现煤层顶板梳状钻孔主孔轨迹距离煤层5 m左右、多段均匀压裂、压裂范围全孔监测和孔内事故高效处理。以此为基础,在韩城桑树坪二号井开展2孔次的工程实践:压裂主孔深度588 m、距3号煤层2 m左右,单孔压裂6段,压裂范围探查深度381 m、压裂影响半径20 m以上;压裂后,钻孔抽采瓦斯平均体积分数40%以上、瓦斯抽采量1 m3/min以上,抽采效果是常规钻孔的4倍,120 d瓦斯抽采有效半径可达9 m,实现了碎软煤层瓦斯区域高效抽采。并提出了适用于碎软煤层大区域瓦斯抽采以及高瓦斯压力碎软强突煤层远程区域抽采卸压等规模化应用技术思路。 相似文献
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针对碎软煤层渗透率低、瓦斯抽采衰减快、压裂不均匀、裂缝易闭合、瓦斯抽采效果差、无法实现区域瓦斯超前预抽的问题,提出了煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂强化瓦斯抽采的技术思路,研发适合煤矿井下煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂煤层增透技术,研制了成套的煤矿井下水力加砂压裂泵组装备、定向喷砂射孔装置及工具组合、防砂封隔器及工具组合。水力压裂泵组装备最大排量90 m3/h,最大泵注压力70 MPa,最大携砂能力20%,支撑剂粒径小于等于1 mm;定向喷砂射孔装置通过水压驱动喷射器定向,最大旋转角度180°;防砂封隔器最大承压70 MPa,最大膨胀系数为2。研发的定向长钻孔连续定向喷砂射孔工艺技术和定向长钻孔拖动式水力加砂分段压裂工艺技术,在山西阳泉新景煤矿井下开展工程试验,完成2个压裂钻孔(孔深均为609 m)共计16段水力加砂分段压裂施工,累计实施80次定向喷砂射孔作业,石英砂的体积分数2%~3%,定向喷砂射孔压力22.6~28.6 MPa,共计使用石英砂19.8 t;水力加砂分段压裂单段注入压裂液153.8~235.1 m3、核桃壳砂的体积分数2.02%~2.56%,累计注入压裂液2 808.57 m3,注入核桃壳砂36.47 t;综合评价本次水力加砂分段压裂影响半径为20~38 m,统计分析压裂后2个钻场100 d瓦斯抽采数据,1号钻场、2号钻场日均瓦斯抽采纯量分别为1 025、2 811m3。试验结果表明:压裂装备加砂量大,施工排量大,能够实现连续作业,压裂后煤层透气性显著增加,极大地提高瓦斯抽采浓度和瓦斯抽采纯量。研究成果对碎软煤层区域瓦斯增透提供新思路,为我国类似矿区区域瓦斯超前治理提供技术借鉴。 相似文献
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煤层定点水力压裂防冲的机制研究 总被引：1，自引：0，他引：1
为实现在掘进或回采前对冲击危险煤层的一次性卸压,达到区域防冲的目的,提出了煤层定点水力压裂技术。为了从理论上说明煤层定点水力压裂技术防治冲击地压的可行性和有效性,首先,通过建立煤层压裂力学模型,从定性和定量两方面分析煤层定点水力压裂防冲的机制,认为煤层压裂通过增阻和降能2方面实现冲击地压的防治;提出了基于压裂效能指数In的压裂防冲效果评价方法以及关键冲击块临界体积的估算公式,为煤层压裂施工参数的选择提供参考;最后,在华丰煤矿1412工作面成功应用该项技术,从现场观测、管路压力、微震事件和应力变化4方面验证了煤层定点水力压裂技术防治冲击地压的效果。 相似文献
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针对硬煤层瓦斯抽采衰减快,抽采周期长、效率低等问题,提出了中硬煤层顺层长钻孔分段压裂增加煤层透气性瓦斯强化抽采技术。以陕西彬长矿区4号煤层为研究对象,在实验室采用SEM高分辨率电子显微镜对比分析了水力压裂前后煤体微观孔隙结构变化特征;利用Abaqus软件模拟了封隔器受力特征及钻孔的稳定性;在彬长矿区大佛寺煤矿井下4号煤层进行水力压裂工业性试验。结果表明:煤层在加载压力15 MPa,保压48 h,煤体的孔隙、裂隙数量增多,孔径尺寸增大,且连通性增强,裂隙间的连通性明显提升。压裂过程中,封隔器同时受到内压和外压载荷产生膨胀变形,内压15 MPa、外压10 MPa时,可保持硬煤钻孔结构完整同时,产生最大的封隔摩擦力。工程试验完成3个顺煤层定向长钻孔分段压裂施工,孔深540~568 m,每孔分8 段压裂,单孔注液量910~1 154 m3,累计注液量3 011 m3;压裂后,利用孔内瞬变电磁测试确定压裂影响半径34~46 m。压裂钻孔平均瓦斯抽采纯量0.72~1.73 m3/min,平均抽采瓦斯体积分数42.60%~67.48%;对比试验区常规钻孔,瓦斯抽采体积分数提高1.20~2.49 倍,百米钻孔瓦斯抽采纯量是3.93~10.03 倍,实现了试验区域瓦斯超前增透和预抽,该工艺技术为类似地质条件大区域瓦斯超前治理提供技术借鉴。 相似文献
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为了解决碎软煤层本煤层钻孔施工困难,瓦斯抽采浓度低,抽采效果差,无法实现大面积区域预抽的问题,在现有煤矿井下定向钻进技术和水力压裂技术的基础上,结合前期研究成果,提出了顶板梳状长钻孔分段水力压裂技术,并在韩城矿区桑树坪二号井进行了现场试验。现场施工顶板梳状长钻孔主孔长度588 m,包含8个分支孔,钻孔总进尺1 188 m,主孔距煤层0~3.28 m,平面上覆盖约12.5 m。采用不动管柱分段水力压裂工艺,分4段进行水力压裂施工,累计注水2 012 m3,最大泵注压力8.74 MPa。压裂后最大影响半径大于30 m,且裂缝主要位于钻孔下方,向煤层延伸。压裂钻孔稳定抽采阶段瓦斯抽采纯量1.18 m3/min,抽采瓦斯体积分数平均43.54%。顶板梳状长钻孔分段水力压裂钻孔瓦斯抽采纯量是水力割缝钻孔的1.2倍,是本煤层顺层钻孔的4.0倍。试验结果表明,顶板梳状长钻孔分段水力压裂技术可有效避免本煤层常规钻孔施工过程中存在的塌孔、卡钻、喷孔等问题,实现了碎软低渗煤层大面积区域瓦斯预抽,为碎软低渗煤层区域瓦斯预抽提供了新思路和新方法。 相似文献
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“十三五”以来,围绕“我国煤矿井下煤层区域增透瓦斯高效抽采和坚硬顶板岩层弱化区域治理”两大难题,将定向长钻孔与分段压裂技术结合,通过技术攻关与装备研发及工程试验,在煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂技术和装备研发及工程示范应用等方面均取得了明显进展。主要表现在如下4个方面:(1)开发了适合于煤矿井下煤岩层裸眼定向长钻孔不动管柱和动管柱两种分段水力压裂工艺技术与工具,不动管柱分段压裂工程应用钻孔长度突破了500 m,单孔压裂实现了5段;动管柱分段压裂钻孔长度工程应用突破了800 m,单孔压裂实现了17段。(2)研发了煤矿井下低压端加砂压裂泵组和高压端加砂压裂装置,低压端加砂泵组压力达到了70 MPa,排量达到90 m3/h,携砂比达到20%;高压端加砂压裂装备耐压能力达到55 MPa,一次连续加砂压裂的砂量达到750 kg;低压端和高压端加砂装备均在现场进行了工程应用,应用结果表明装备均具有较好携砂压裂能力。(3)建立了碎软煤层围岩分段压裂和硬煤顺层钻孔分段压裂区域增透瓦斯高效抽采技术模式,前者在山西阳泉矿区和陕西韩城矿区应用钻孔瓦斯抽采纯量均值分别达到了2 811 m3/d和1 559 m3/d,后者在陕西彬长矿区应用钻孔瓦斯抽采纯量达到了2 491 m3/d。(4)探索出了坚硬顶板强矿压煤矿井下定向长钻孔分段水力压裂主动超前区域弱化治理的新模式,工程应用钻孔长度突破了800 m,坚硬顶板分段水力压裂治理后,顶板来压步距、动载系数和最高压力值较未压裂区分别下降了18.9%~70.6%,5.8%~7.9%,13.7%~19.4%,有效治理了工作面坚硬顶板引起的强矿压灾害。随着煤矿井下分段水力压裂技术改进和煤矿智能开采发展的实际需要,提出了煤矿井下大排量高压力智能压裂泵组、井下长钻孔裸眼分段压裂智能工具等装备和煤矿井?地联合分段水力压裂技术研发方向,以更好地推动煤矿井下水力压裂技术与装备发展,为煤矿安全高效绿色智能开采提供技术和装备支撑。 相似文献
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随着煤矿开采强度的不断增大,矿井逐渐向深部转移,冲击地压灾害日益严峻。而深部冲击地压矿井往往存在一层或多层坚硬厚岩层,这些坚硬顶板厚度较大,整体性强,突然断裂时会释放大量弹性能,易引发冲击地压事故,严重制约矿井安全生产。以陕西彬长矿区孟村矿为例,针对矿区内煤层埋藏深、普遍存在多种坚硬厚岩层的特殊情况,提出针对性治理措施：对顶板上方0～80 m范围内厚度超过10 m的坚硬厚岩层进行破断、弱化处理,对煤层上方0～30 m范围的低位岩层采取顶板深孔爆破预裂措施,对煤层上方30～60 m范围内的中位坚硬岩层采取顶板定向长钻孔水力压裂措施,对煤层60 m以上高位坚硬岩层采取地面水平井分段压裂措施;使高、中、低位顶板产生的裂缝在垂向上实现贯穿,将顶板“切割”成相对规则的“块状”结构,使上覆岩层应力由“硬传递”转化为“软传递”;并结合煤层大直径孔卸压、煤层爆破等煤层卸压措施,形成了区域与局部相结合、煤层与岩层全覆盖的“井上下”立体防治模式。工程实践证明：采用“井上下”立体防治模式后,工作面103 J以上微震事件降低88%,周期来压强度降低23%,来压持续时间缩短61%,防冲效果良好。该技术模式的成功... 相似文献
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坚硬顶板是岩层控制的一大难题,高位坚硬岩层的破断失稳经常会诱发强矿压灾害,严重威胁矿井的安全生产,坚硬顶板的治理是煤矿安全生产的重大难题之一。针对神东矿区布尔台煤矿煤层顶板厚度大、硬度高、垮落难等问题,分析定向长钻孔分段水力压裂的压裂机理和技术优势,基于关键层理论确定了钻孔布置层位,采用拟三维裂缝模型对压裂注入时间和注入流速对裂缝扩展的影响进行分析计算,确定布尔台煤矿42108工作面顶板压裂钻孔布置方式,沿工作面倾向方向平行布孔3个,裂缝半长41 m,压裂控制区域覆盖了整个工作面。实践表明:42108工作面在实施了坚硬顶板分段水力压裂弱化后,工作面正常支架循环末阻力同比下降3.33%;周期来压期间,支架循环末阻力同比下降6.81%;动载系数平均降低了10.88%;强矿压显现减弱,保证工作面安全回采。 相似文献
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水力压裂技术广泛应用在矿井冲击地压防治、围岩卸压等各方面，但对于压裂效果的评价检测一直缺乏高效、直观的技术手段。为解决这一问题，采用动源动接收的钻孔瞬变电磁三分量探测方法，开发了一套适用于压裂孔内施工的探测装备以及配套施工工艺。在煤矿井下开展了2次工程试验，通过对比压裂前后2次探测数据垂直分量的处理结果，提取出纯异常场，确定主要裂缝分布范围，并根据2组水平分量的计算结果实现了异常体中心方位角定位，完成压裂裂缝的立体空间三维成像展示。研究表明:钻孔瞬变电磁三分量探测技术能够与煤矿井下压裂施工相结合，通过压裂前后探测结果对比获得压裂液的分布位置，进而分析压裂裂缝发育情况，实现压裂效果检测评价的目的。 相似文献
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针对黄陇侏罗纪煤田中硬煤层渗透性差、瓦斯抽采浓度及流量衰减速度快等问题，利用自主研发的水力压裂成套工艺设备，提出煤层定向长钻孔水力压裂瓦斯高效抽采技术，并在黄陇煤田黄陵二号煤矿进行工程应用试验。现场共完成5个定向长钻孔钻探施工，单孔孔深240~285 m，总进尺1 320 m；采用整体压裂工艺对5个本煤层钻孔进行压裂施工，累计压裂液用量1 557.5 m3，单孔最大泵注压力19 MPa；压裂后单孔瓦斯抽采浓度及百米抽采纯量分别提升0.7~20.5倍、1.7~9.8倍；相比于普通钻孔，压裂孔瓦斯初始涌出强度提升2.1倍，钻孔瓦斯流量衰减系数降低39.6%。试验结果表明:采取水力压裂增透措施后，瓦斯抽采效果得到显著提升，煤层瓦斯可抽采性增加，为类似矿区低渗煤层瓦斯高效抽采提供了技术支撑。 相似文献
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RobertD.JACOBI 《《地质学报》英文版》2003,77(4):491-503
2-D and 3-D densities of fractures are commonly used in mining safety design, natural gas and oil production in fractured reservoirs, and the characterization of subsurface flow and transportation systems in fractured rocks. However, many field data sets are collected in 1-D frequency (f) (e.g., scanlines and borehole data). We have developed an ARC/ INFO-based technology to calculate fracture frequency and densities for a given fracture network. A series of numerical simulations are performed in order to determine the optimal orientation of a scanline, along which the maximum fracture frequency of a fracture network can be obtained. We calculated the frequency (f) and densities (both D1 and D2) of 36 natural fracture trace maps, and investigated the statistical relationship between fracture frequency and fracture density D1, i.e. D1=1.340f+ 0.034. We derived analytical solutions for converting dimensional density (D1) to non-dimensional densities (D2 and D3) assuming that fracture length distribution f 相似文献
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裂缝性储层裂缝的阵列侧向测井响应数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
为了研究裂缝性储层裂缝的阵列侧向测井响应, 采用裂缝组平板裂缝模型, 利用三维有限元方法, 进行不同裂缝参数条件下的高分辨率阵列侧向测井响应数值模拟.表明阵列侧向视电导率和裂缝孔隙度与裂缝流体电导率成线性关系; 低角度裂缝的阵列侧向深浅视电阻率呈现负差异特征, 高角度缝呈现正差异; 相同裂缝孔隙度下, 裂缝密度增加可使得阵列侧向视电阻率增加, 当裂缝密度足够大时, 测井响应特征基本不随裂缝密度发生变化; 交叉缝的测井响应与具有相同角度的平行裂缝组差异明显, 且不同倾角组合的交叉缝的测井响应之间差异明显.阵列侧向测井对裂缝有较强的敏感性, 根据其测井视电阻率大小可以评价裂缝孔隙度, 根据深浅视电阻率的幅度差异可以研究裂缝的产状, 这些为将阵列侧向测井用于裂缝性储层裂缝评价有指导意义. 相似文献
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R. D. JACOBI 《《地质学报》英文版》2002,76(1):89-99
Semivariogram is applied to fracture data obtained from detailed scanline surveys of nine field sites in western New York, USA in order to investigate the spatial patterns of natural fractures. The length of the scanline is up to 36 m. How both fracture spacing and fracture length vary with distance is determined through semivariogram calculations. In this study, the authors developed a FORTRAN program to resample the fracture data from the scanline survey. By calculating experimental semivariogram, the authors found five different types of spatial patterns that can be described by linear, spherical, reversed spherical, polynomial I (for a<0) and polynomial II (for a>0) models, of which the last three are newly proposed in this study. The well-structured semivariograms of fracture spacing and length indicate that both the location of the fractures and the length distribution within their structure domains are not random. The results of this study also suggest that semivariograms can provide useful infor 相似文献
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本文系统阐述了岩石压剪性断裂的特性,认为金属断裂力学复合断裂判据基本上不适用于压剪状态下的岩石斯裂;在此基础上,提出了新的岩石压剪性断裂判据:2COSθ_0/2(cosθ_0-1)[(1+1/f~2)~(1/2)-1]K_Ⅰ+[(sin θ_0/2-3sin 3θ_0/2)(1+1/f~2)~1/2+4sin θ_0/2]K_Ⅱ=4K_(Ⅰc),推导了起始断裂角ψ_0,说明了实验验证结果,指出了该判据在工程地质领域中的应用途径。 相似文献
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Propagation of fractures, especially those emanating from wellbores and closed natural fractures, often involves Mode I and Mode II, and at times Mode III, posing significant challenges to its numerical simulation. When an embedded inclined fracture is subjected to compression, the fracture edge is constrained by the surrounding materials so that its true propagation pattern cannot be simulated by 2D models. In this article, a virtual multidimensional internal bond (VMIB) model is presented to simulate three‐dimensional (3D) fracture propagation. The VMIB model bridges the processes of macro fracture and micro bond rupture. The macro 3D constitutive relation in VMIB is derived from the 1D bond in the micro scale and is implemented in a 3D finite element method. To represent the contact and friction between fracture surfaces, a 3D element partition method is employed. The model is applied to simulate fracture propagation and coalescence in typical laboratory experiments and is used to analyze the propagation of an embedded fracture. Simulation results for single and multiple fractures illustrate 3D features of the tensile and compressive fracture propagation, especially the propagation of a Mode III fracture. The results match well with the experimental observation, suggesting that the presented method can capture the main features of 3D fracture propagation and coalescence. Moreover, by developing an algorithm for applying pressure on the fracture surfaces, propagation of a natural fracture is also simulated. The result illustrates an interesting and important phenomenon of Mode III fracture propagation, namely the fracture front segmentation. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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本文对煤岩基本力学性质、煤层水压致裂缝形成条件、裂缝形态以及裂缝开裂角方位等基本理论进行了研究与探讨，通过大量煤岩力学性质测试，证实了试验区目的层煤岩弹性模量低，泊松比较高，脆性大，易破碎，易压缩。文章还得出了目的层煤岩Ｍｏｈｒ断裂准则二次抛物线型包络线，煤层水压致裂裂缝形式判断，裂缝开裂角方位的计算公式以及有关结论。 相似文献
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为了揭示水压致裂法和巴西劈裂法测量岩石抗拉强度的关系,开展了理论和现场试验研究。基于经典的水压致裂法理论,推导了不同围压下钻孔破裂压力和抗拉强度。利用断裂力学理论建立了水压致裂法和巴西劈裂法测得抗拉强度的关系。利用预制切槽方法模拟天然裂纹,对水力裂缝的起裂压力进行了研究。结果表明：围压为最大主应力等于3倍最小主应力测得的抗拉强度大于围压为0测得的抗拉强度;水压致裂法和巴西劈裂法测量抗拉强度关系与应力场、裂纹长度、断裂韧度3个变量有关;通过在晋城矿区王台铺矿的预制切槽试验,运用断裂力学建立的抗拉强度计算式更为符合现场实际。研究结果可为坚硬难垮落顶板预制切槽的水力压裂设计提供参考。 相似文献
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油气盆地低渗透储层裂缝预测研究现状及进展 总被引：12，自引：2，他引：12
我国拥有相当数量裂缝型低渗储层的地质储量，在我国油气生产中起举足轻重的作用。系统开展低渗储层中裂缝特征和分布规律研究预测，无疑对我国的低渗透储层油气勘探开发具有指导作用。目前，国内外在油气盆地低渗透储层中对裂缝预测及评价已经形成了很多富有特色的方法，但是由于裂缝成因的复杂性、发育的多阶段性，对低渗储层裂缝的预测及评价研究还处于探索阶段。本文较为系统地综述了油气盆地低渗透储层裂缝预测研究现状与进展、不同成因的裂缝预测方法、裂缝研究存在问题和解决方法。 相似文献