水力压裂措施现场试验.doc

（二） 水力压裂措施现场试验 水力压裂措施的具体实施情况如下 1、压裂注水参数的选择 实施水力压裂措施时，最重要的是各项注水参数选择，它包括压裂孔布置方式、压裂孔孔深、封孔深度、注水时间以及注水压力等。由于这些参数目前没有固定的计算公式，各项参数都需要通过现场摸索试验来确定。 ① 钻孔布置方式 本次压裂布孔方案如图3-7。 在己15-24080工作面高位抽放巷内，采用Ф50mm的钻杆，配Ф69mm的钻头，在抽放巷第2测点（简称抽2点）前10m，垂直于巷道走向，以俯角25方向向煤层深部打压裂孔，钻过煤层底板1m。同时，在抽2点前40m的位置，施工检验孔（Ф75mm，方位角和俯角同压裂孔），观测后，安装抽放管路作为抽放孔。 ② 钻孔孔深 压裂对象为煤层段，钻孔岩石段26m、煤层段14m，过煤层1m，压裂孔孔深共计41m。 图3-7 水力压裂措施钻孔布置图 ③ 压裂孔封孔深度 本次试验选择封孔深度为21.5m。 ④ 注水压力 注水压力是所有水力化措施中的重要参数。若注水压力过低，不能压裂煤体，煤层结构不会发生明显的变化，相当于低压注水湿润措施，短时间内注水起不到卸压防突的作用；若注水压力过高，导致煤体在地应力和水压综合作用下迅速变形，形成突出。因此，合理的注水压力应该能够快速、有效破裂松动煤体，进而改变煤体孔隙和裂隙的容积及煤体结构，排放煤体瓦斯，达到消突的目的。水力压裂措施最高注水压力和最终注水压力应在式3-15、3-16的基础上进行选择。 最高注水压力 Pm≥0.075Pc 3－15 最终注水压力 Pk＝3Pc 3－16 式中 Pm最高注水压力，MPa； 上覆岩层的平均容重，t/m3； H煤层埋深，m； Pc注水管路的压力损失，MPa； Pk最终注水压力，MPa。 根据试验工作面钻孔柱状图的统计资料，用加权平均法计算出煤体上覆岩层的平均容重，计算方法如下式 ＝ 3－17 式中 上覆岩层分层容重，t/m3； 上覆岩层分层层厚度，m。 式（315）中煤层埋深取760m，将各分层容重及厚度代入式中，计算所得平均容重为2.46t/m3，由此计算的垂直应力为18.70MPa。取管路损失压力Pc为泵站压力的10。原则上，压力最高值不能超过工作面前方煤体应力集中带内的峰值应力的2～3倍，起始压力初步设定为10 Mpa，逐步加压。 ⑤ 压裂时间 压裂时间与注水压力、注水量等参数密切相关，注水压力、流速不同，相同条件下达到同样效果的注水时间也不同。注水过程中，煤体被逐渐压裂破坏，各种孔裂隙不断沟通，高压水在已沟通的裂隙间流动，注水压力及注水流量等参数不断发生着变化，注水时间可根据注水过程中压力及流量的变化来确定。根据以往的地面水力压裂和井下水力挤出试验经验，当注水泵压降低为峰值压力的30左右，可以作为注水结束时间。 2、水力压裂实施措施 各项参数选择完毕后，开始实施水力压裂措施。在水力压裂措施过程中，连续记录、生成实际注水压力及注水流量随时间变化的曲线。 中高压注水作用于煤体是一个逐渐湿润煤体、压裂破碎煤体的过程。在注水的前期，注水压力和注水流量呈线性升高；随后，注水压力与流量反向变化，并呈波浪状。这直观反映出了在注水初期，具有一定压力和流速的压力水通过钻孔进入煤体裂隙，克服裂隙阻力运动；随后，当压裂液充满现有裂隙后，水流动受到阻碍，由于煤体渗透性较低，水流量降低，压力增高而积蓄势能；当积蓄的势能足以破裂煤体形成新的裂隙时，势能转化为动能，压力降低，水流速增加；当压力水携带煤泥堵塞裂隙时，煤体渗透性降低，水难以流动使流量下降，压力上升。 压裂实施过程中，按照如下计划实施 采用动压注水，从开始注水到水力压裂措施结束大约需要60min时间。起始压力初步设定为10MPa，每5min升压2 Mpa，泵压达到20 Mpa左右，稳定一段时间后，压力迅速下降，并持续加压时压力无明显上升，或者检验孔附近瓦斯浓度明显升高时，即说明压裂孔和检验孔之间已经完成压裂，此时即可停泵，关闭卸压阀，压裂程序结束。 压裂措施实施过程中，需连续记录注水压力和流量，根据现场实际情况，适时调整压裂参数。 二111170风巷安全技术补充措施 为保证二111170风巷在以后掘进过程中能安全快速施工，根据二111170风巷采面瓦斯综合治理需要，需在二111170风巷施工煤层注水，提高二111170风巷掌子头前方瓦斯抽放。该项工程由防突队施工，为确保打钻期间的安全，特编制本打钻安全技术措施。 一、11170风巷基本情况 二111170工作面风巷，设计长度550m，沿二1煤顶板施工。巷道标高在42m～45m之间，巷道净断面8.16m2，净高2.4m、上宽2.8m，下宽4.0m，采用工型钢支护。 该工作面地质构造比较简单，没有断层分布，因此构造对突出没有多大影响，该煤层赋存较稳定，煤层厚有一定变化，遇到厚煤带瓦斯有一定增加，瓦斯压力相应增大，但根据科研部门实测瓦斯压力数值为0.12～0.18 Map，小于0.65 Mpa始突瓦斯压力，该煤层透气性较差，煤层倾角在16-25之间，而且顶底板均为封闭型的泥岩、砂质泥岩，因此煤层中局部地段可能含有较大的瓦斯。 二、钻孔布置 1. 采用ZYJ380/210钻机，Φ42mm钻杆，Φ45mm的钻头。 2. 掘进头钻孔孔间距为0.2米，设计孔深投影距离15米。 3. 钻孔倾角根据打钻地点煤层倾角确定，为顺层注水钻孔（钻孔参数参考措施孔布置图）。 三、打钻安全技术措施 一）搬运钻机注意事项 1、 机电班对ZYJ380/210钻机进行全面检修，确保其完好。 2、 钻机装车前对钻机进行解体，各部件油管、接头必须用丝堵或破布包好，防止进入杂物，并对各种安全设施进行一次全面检查，保证能正常开工。 3、 巷道人力抬钻机时班长必须明确分工，坚持齐上肩同放下的原则，严禁用皮带打运钻机及其它物品。 二）开工前准备工作 1、 钻机搬到拉后，由包机电工进行统一安装，并进行试机，发现异常立即处理。 2、 将风、水、电按规定安好，否则不允许开钻。 3、 打钻地点必须有两台完好的灭火器和充足的水源，一箱沙子和适量的黄泥。 4、 喷雾完好，否则不得开钻。 三）打钻安全技术措施 1、由机长按设计要求按1米一个注水钻孔从里向外进行标号，不得趆号和重号。 2、劳动组织为三八制，打钻人员到位后班长或当班负责人进行明确分工。 3、移钻前对钻孔前后10米范围内的支护进行仔细检查，严格执行敲帮问顶制度，不安全坚决不得生产。 4、对所管辖范围内的供电线路进行检查，发现有失爆或不完善之处及时进行汇报并切断该趟供电电源。 5、确定开钻位置，保证钻孔周围无杂物，退路畅通。 6、移钻前必须将馈电开关的手把打到零位，先将电缆移到位，用编织网绳或棕绳吊好，然后再移启动开关和钻机，严禁带电检修或移动电器设备。 7、打钻前必须将钻机稳牢，严格执行垫上压前撑后顶的原则，顶杠打牢后用铁丝拴在顶板的锚网上，顶杆数目不得少于2根，顶杆上下必须用板皮，严禁铁对铁打顶杆。 8、按打钻地点的煤层倾角调整好钻机立轴的角度。 9、安装钻杆时，先检查钻杆，钻杆应不堵塞、不弯曲、丝扣未磨损、不合格的严禁使用，连接钻杆时要对准丝扣，避免歪斜和漏风，装卸钻头时，应严防管铅夹伤硬质合金片、夹扁钻头等。安装钻杆时，必须安完第一根后，再安第二根。 10、钻头入孔内开始钻进时，压力不宜太大，要轻压慢转，待钻头下到孔底工作平稳后，压力再逐渐增大。 11、钻进过程中若发现煤壁松动、片帮、来压、瓦斯涌出急剧增大或孔内压力明显不稳定时，应立即停止钻进，但不得拔出钻杆，采取相应措施或恢复正常后方可再次施工。 12、临时停钻时，要将钻头退离孔底一定距离，防止煤岩粉卡住钻杆，停钻8小时以上时应全部退出钻杆。 13、班长或当班打钻负责人下井前必须携带便携式瓦斯报警仪，便携式瓦斯报警仪吊挂在钻孔下风侧2米处，当瓦斯浓度达到0.8％时，必须停止工作，切断电源，待瓦斯浓度不超时方可在次开钻。 14、为防止在钻孔施工过程中发生电气伤人事故，施工钻孔的所有电气设备的防爆质量必须符合煤矿安全规程中的有关规定，包机电工必须加强电气设备的检查与维护，严禁电气设备失爆失保，确保设备完好。 15、施工钻孔的电气设备的电源必须和作业场所的局部通风机和瓦斯探头实行风、电和瓦斯闭锁。 16、严格按钻机操作规程进行开停钻。 17、打钻时，各工作人员必须衣服穿戴整齐，认真操作，钻机不停稳不得进行上下钻，上下钻杆人员在钻杆和送风器安装完好后，向开钻司机打出信号，司机接到信号后进一步落实上下钻杆人员是否将手、管钳挪开钻杆，钻杆附近的人员距钻杆不得小于500mm，否则严禁开钻。 18、上下钻杆人员认真检查钻具，发现不合格的钻具一律不得使用。 19、钻孔施工过程中，操作人员要按照钻机操作规程和钻孔施工参数要求精心施工，严格控制钻进速度，钻机不得在无人看管的情况下运转，人工取下钻杆及加钻杆过程中，钻机的控制开关必须在停止位置，严禁违章作业。为了防止在钻孔施工过程中发生煤尘事故，在钻机施工过程中，采用风力排屑时，必须采取有效的灭尘措施。 20、钻机操作处，风、水管必须安截止阀。 21、在上下钻杆时注意靠帮的风筒，不得损坏风筒。 22、严禁在孔口敲打钻杆和铁器。 23、在钻孔施工中一旦发生顶钻、夹钻、喷孔等时严禁加压钻进，来回拉到钻杆，保证正常排粉。 24、一旦孔里发生着火事故，必须立即停止打钻，切断电源，关闭风管阀门，用水管向孔里送水，孔口着火时用灭火器进行灭火，并用水进行降温，灭火，处理完后用黄泥进行堵孔。为防止一氧化碳等中毒，处理着火事故时必须带上自救器。 25、措施孔按从上往下的顺序施工，即先打上排孔，再打下排孔。每打一个孔，必须将孔内煤粉排干净。每打完一个措施孔，必须立即封孔抽放，抽放符合要求后，进行煤体注水，注水封孔深度不小于2米，注水压力不小于8MPa,直至邻孔出水或煤壁渗水为止，要求每个孔都必须进行注水，并认真做好注水记录。 26、认真填写钻孔原始记录，钻孔结束后，及时向通风调度汇报。升井前对所打的煤粉全部清理干净，装皮带运走，回风侧50米范围内煤尘进行冲刷，包括管线和风筒；对电器设备、文明生产等进行一次全方位的检查，确保电器不失爆，完好，区域内的文明生产合符矿规定。 26、其它遵守本工作面的防突措施。 四、防止内因火灾措施 1、打钻位置必须在停采线以里，严禁在应力集中区打钻； 2、每一个钻孔打完，打钻人员在起完钻后必须将钻孔临时封堵，打够一定数量钻孔后封孔联网人员将钻孔封孔并联网注水，封孔深度不低于2米，封孔人员必须认真负责，使用足够数量的封孔药，保证封孔严密不漏水； 3、对于打钻深度不够的废孔，打钻人员必须及时用不燃性材料对钻孔进行封堵，并保证封堵质量。 五、避灾路线 二111170风巷11170风巷皮带上山11150进风石门东大巷副井底地面。