水力压裂综合增透技术在谢桥矿二水平6煤层中的首次应用

水力压裂综合增透技术在谢桥矿二水平6煤层中的首次应用

裴拙勤

安徽淮南矿业集团谢桥矿，安徽淮南232001

摘要：为实现“扩半径、增效果、提效率、创技术”的工作目标，在集团公司的指导下，谢桥矿在21216底抽巷开展6煤层水力压裂、水力压冲、水力冲孔、掏穴等综合增透技术试验，并取得了较好的效果。穿层预抽钻孔单孔浓度达75%以上，干管抽采浓度在45%以上，百孔抽采量达1.3m3/min，实现了预抽快速消突。

关键词：水力压裂;水力压冲;水力冲孔;掏穴

一、基本概况

21216下顺槽位于二水平东一B组采区，标高-810～-790m，设计全长2008m，处于突出煤层突出危险区，平均煤厚2.5m，煤层倾角13.5°，煤层原始瓦斯压力1.5MPa，瓦斯含量为6.0m3/t。谢桥矿6煤层为关键保护层，上保护8煤、下保护5煤、4煤。

二、水力压（冲）裂条件和依据

(一)水力压（冲）裂依据

1.淮南矿业集团谢桥矿13-1煤层水力压裂技术标准；

2.淮南矿业集团潘北矿5煤水力压裂技术标准；

3.淮南矿业集团谢桥矿二水平东一B组采区下部车场水力压冲技术标准。

(二)水力压（冲）裂条件

瓦斯压力在2MPa以下，瓦斯含量在6.0m3/min左右的条件下可以采用水力压冲增透技术。

三、水力压裂方案设计

（一）水力压裂半径

根据淮南矿业集团潘北矿5煤水力压裂试验，得出压裂半径为不大于30m，结合谢桥矿二水平东一B组采区下部车场8煤的水力压冲试验，得出压裂半径为不小于17m。鉴于上述经验，本次水力压裂半径初步设计为20～25m。

（二）水力压裂钻孔布置

在21216底抽巷2#钻场内布置三个压裂孔和一个压冲孔。1#、2#压裂孔与3#压裂孔终孔间距分别为20m和25m,孔径∮113mm，终孔位于掩护顺槽中心位置；压冲孔与2#压裂孔终孔间距为23m。

（三）可视化系统应用

为实时观察水力压冲试验现场情况，在21216底抽巷1#钻场及2#钻场各安装了一台KBA12T矿用本安摄像仪，利用打钻视频验收系统将现场情况通过图像方式传输到地面。通过该系统，一方面对钻孔的开孔、见煤岩、撤钻、下套管、封孔等工序进行全过程可视化监控，确保了打钻质量；另一方面对压冲现场实时在线监视，记录现场真实情况，为实时观察掌握、分析压裂的动态过程提供了便利。

四、水力压冲施工工艺

（一）技术工艺

21216底抽巷穿层钻孔依次穿过4-2煤、5煤、6煤三个煤层，穿层条带预抽评价主要针对6煤层，因此重点是对6煤层采取水力压裂增透措施。

（二）压裂孔施工

1.压裂钻孔施工

采用Φ113mm钻头保直钻进，实施快速旋转，调压慢进，过煤时采用压风排渣，进入6煤层2.5m后停钻，起钻时分别对4-2煤层、5煤层和6煤层开启系统水进行反复进退冲孔，直到孔内返清水为止，确保孔内畅通。

2.压冲孔施工

先采用Φ113mm钻头施工至终孔深度，起钻后用Φ153mm钻头全程扩孔，起钻时开启系统水进行反复进退冲孔，直到孔内返清水为止，确保孔内畅通。

（三）水力压裂钻孔封孔

采用∮42mm的专用高压注水管，最前端1.5m为收口花管（位于6煤层中部位置），其余为实管。人工下入一路注浆管22m和一路返浆管50m，孔口1.5m用聚氨酯封堵，注水管外端安装∮42mm变∮25mm高压快速接头。

采用“两堵一注”多次带压封孔，钻孔封孔封堵至6煤底板，第一次注浆水灰比0.9:1,注浆终压2MPa，第二次注浆水灰比0.7:1,注浆终压4MPa。

（四）水力压冲施工步骤

施工1#、2#、3#压裂钻孔→3#孔压裂→施工压冲孔→2#孔压裂（冲）→1#孔压裂（冲）。

（五）水力压冲开展情况

初步确定本次水力压裂半径达62m。1#、2#和3#压裂钻孔压裂具体情况见表1。

五、钻孔施工及计量精细化

（一）小结构预抽钻孔布置

小结构预抽穿层钻孔控制21216下顺槽出煤联巷巷道两帮轮廓线外15m范围内的煤体，水力压裂增透后，钻孔终孔间距按7m×5m布置.

（二）先掏后冲工艺

1.先掏后冲标准

根据钻孔见煤长度计算，要求单孔平均掏穴煤量不小于1t，冲孔煤量不小于1t，共计不小于2t。本次累计施工钻孔60个，先掏后冲煤量不得小于120t。

2.施工工艺

采用ZDY3200S型钻机施工，钻孔穿4-2煤、5煤、6煤，过煤段减慢钻进速度，钻孔终孔起钻，同时将钻头更换为Ф113mm变Ф300mm单翼掏穴钻头，下至6煤见煤点0.5m处，对6煤进行掏穴，掏穴结束后，将钻杆退至6煤底板，利用矿井静压水（压力5.5MPa）进行反复进退冲洗，直至孔内无煤渣返清水为止。然后根据钻孔实际见5煤、4-2煤的情况，按上述操作程序依次对5煤、4-2煤煤层进行冲孔。钻孔单孔掏（冲）平均煤量2.5t，最高达5.5t，累计煤量150t。各钻孔中每一煤层掏（冲）煤量大致与煤层厚度相关。

3.封孔工艺

采用“两堵一注”带压封孔。先向孔内送入2寸PVC套管14m，并在12m处座底，再在2寸管外壁下入一路4分注浆管4m和一路4分返浆管至座底位置，注浆管、返浆管均外露300mm左右，最后在2寸PVC套管内全程下1寸花管（抽采套管）。采用注浆泵压注水泥浆方式进行注浆，水:水泥重量比为0.7:1，待返浆管返浆后关闭注浆管闸阀，将返浆管浆液放通并向返浆管内注入少量清水防止堵实，1h后通过返浆管注浆2MPa停止注浆。

4.计量精细化管理

计量精细化管理是从单孔、钻场、干管三级分别进行自动计量，并与人工考察相结合，相互校验，做到计量精细化。

一级：每个钻场内随机选择两个钻孔进行单孔浓度的在线监测；

二级：在底抽巷1#、2#钻场汇流管进行钻场浓度及流量的在线监测；

三级：在底抽巷抽采干管进行干管浓度及流量的在线监测。

六、压冲效果考察

（一）抽采量考察

实施先压后冲后，单元平均抽采纯量0.78m3/min，百孔抽采量为1.3m3/min，单孔抽采纯量0.013m3/min.

（二）抽采效果考察对比

与之前未进行水力压裂的21116E底抽巷，21116E底抽巷实测6煤瓦斯压力0.92MPa，实测瓦斯含量5.93m3/t。现单元平均单孔抽采纯量0.0035m3/min，百孔抽采纯量0.35m3/min。

21216底抽巷在进行水力压冲后，单元平均单孔抽采纯量0.013m3/min，百孔抽采纯量1.3m3/min。

对比得出，压裂有效影响区域的单元比未压裂区域单元单孔抽采纯量增加371%，单元抽采纯量增加3.71倍。