富力煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯方案

富力煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯 富力煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯总结 摘要:富力煤矿是2013年升级为高瓦斯矿井, 煤层构造发育齐全, 煤厚变化不大, 构造煤全层发育, 煤层松软, 煤层透气性差, 瓦斯抽采困难, 抽放钻孔成孔质量较差。为提高抽放效率, 通过水力压裂增透技术试验, 对低透气性煤层中的运用效果进行了试验考察，并分析了水力压裂煤体致裂增透机理。试验结果明: 对煤层进行钻孔水力压裂后可有效提高煤层的透气性和钻孔瓦斯抽采效果，压裂前后钻孔瓦斯自然流量提高2倍以上，水力压裂钻孔在煤层走向方向上的影响半径可达19.5m 以上。 关键词: 水力压裂; 瓦斯抽采; 低透气性 矿井概况:富力煤矿2013年矿井核定生产能力200万t/a，井田构造裂隙比较发育，地质条件复杂。矿井通风方式为混合式，通风为抽出式，2013年矿井瓦斯等级鉴定为高瓦斯矿井，本次实验地点选在二水平四分段-380南扩区18-2层可采煤层，18-2号层平均厚度为9.5m，煤层瓦斯压力0.15Mpa，煤体硬度系数f 值0.33，透气系数小， 3煤层瓦斯含量为1.138m/t。 一、实验原理 在预抽煤层瓦斯时，抽采效果的好坏主要取决于该煤层的透气性。水力压裂是一种新工艺，采用压裂方案，以达到增透、提高抽采效率、缩短抽采时间的目的。水力压裂可显著增加煤层的透气性，在无需过高抽采负压的情况下即可实现有效抽采，提高抽采瓦斯浓度，缩短抽采时间，确保矿井安全生产。 1 二、工作目标 1、注水量与水力压裂增透半径关系情况。 2、确定水力压裂对提高顺层预抽钻孔增透抽采瓦斯，缩短预抽时间是否有效。 3、水力压裂增透对煤层含水率的影响情况。 三、实验流程 实验流程图如下 压裂地点选择 不合格 施工钻孔 封孔 检验封孔 合格 压力是否突然降低、 监测压力、流量 选择实验孔压裂 流量是否突然增长 是 否 停止压裂 进行抽采收集数据 3.1地点选择 地质情况 (1)、地质构造及煤层变化情况: 本区内煤层产状变化较大，在已送的巷道中没有揭露断层，但在工作面开门点外侧有F2大断层存在，该断层为正断层，落差8,15米，走向77?倾向167?倾角10?,50?该断层控制程度较高，在-110巷道中实见，地质构造对实验结果影响较大。 (2)、煤层及煤厚: 2 本区地质构造较复杂，煤岩层走向变化较大。走向方位角在25?,35?之间。倾角在20?,25?之间，18—2层煤质较好，半暗—半亮煤，结构复杂，特征明显，易识别，有规律性，距底板3米左右有一层0.3米，褐色泥岩夹层比较稳定。本区全部可采。巷道实见煤层厚度柱状有?/15.70m ?/9.5m?/6.5m?/6.0m，钻孔柱状有86—2/11.29、2003—3/10.14，最大厚度15.7米，最小厚度6.0米，平均厚度:9.5米。 (3)、水文: 本区工作面存在上段采空区，掘进送道时局部有淋水现象，但水量不大，大约2m?/h，在本区回采前需由地测科派专人使用瞬变电磁仪探明上段积水情况，根据积水位置，编制针对性，施工探放水钻孔。 (4)、煤与瓦斯突出: 本区煤层属低沼气煤层，经沈阳煤科院鉴定瓦斯含量为 31.138m/t,无煤与瓦斯突出危险。 根据以上情况本次高压注水欲裂煤体实验地点选在二水平四分段-380南扩区18-2层溜子道区域，沿煤层倾向布置。 3 3.2钻孔施工 在二水平四分段-380南扩区18-2层溜子道施工顺层预抽钻孔，开孔间距为19.5米，共设计17钻孔，选取中间位置3、8号钻孔为实验孔，具体施工参数如下: 钻孔布置技术参数 钻孔类别 倾角 钻孔直径 孔深 开孔间距 封孔长度 (?) (mm) (m) (m) (m) 顺层钻孔 14-20 94 100 19.5 20 注:可根据现场条件及实际抽排效果适当调整技术参数 4 3.3封孔要求: 1、钻孔孔径为94mm，采用?50 mm套管护孔，管口连接处必须缠麻处理，保证严密，护孔深度20m，(特殊地点结合实际情况考虑护孔套管长度)下套管时前端必须安装梢头并缠麻处理。 2、采用马丽散化学药剂封孔和水泥浆机械封孔相结合的封孔方法对水力压裂测试钻孔进行了封孔，具体方法为首先在靠近钻孔孔口段采用马丽散封长度为1.5m，并别上一根4分管以备封孔时使用。孔外接压裂管(1寸高压胶管)内径为25mm，壁厚为13mm，工作压力35MPa，试验压力50MPa，每根长10m，与孔内压裂管采用2变1抗高压接头连接。 采用矿用BFZ-10/1.2(2.4)型注浆封孔泵进行封孔，计算出封孔空间所需水泥稠浆体积，按水灰比为:水泥:水=1:0.4的比例准备 5 好并一次全部打入。 3.4封孔检验 采用矿用液压泵对钻孔进行检验，方法如下: 1、按1:5比例选取检验孔。 2、将泵与压裂管相连，打开球阀，向孔内注水，观察压力表读数，当压力达到180hpa时保持压力注水10分钟。 3、观测孔口周帮渗水情况，如没有渗水迹象表示封孔质量合格。 4、检验完毕后，关闭球阀，解除泵与压裂管相连，然后打开球阀进行泄压处理。 3.5对实验孔进行压裂 2014年1月5日11时在检验合格钻孔中选取3、8号钻孔作为实验孔，其余钻孔作为观测孔。 2、压裂开始用煤矿用3ZSB-158/18型高压注水泵(输入动力最高55KW，最大工作压力18MPa，最大额定流量158L/min)连接1寸高压胶管对实验钻孔进行注水，为保证现场施工的安全性，工作人员全部撤出. 3号孔压裂:先将压裂泵开泵空转试运行，3min时压力3MPa，开水管送水在20min时压力达到最大值13MPa，此后压力起伏减小48min后压力保持在5MPa，并在2、4号钻孔有出水现象，连续观测 33小时无变化压裂结束(3号孔共注入水量约为10m，卸压放水约 6 312m)。 3号孔水力压裂时间与压力图 8号孔压裂:先将压裂泵开泵空转试运行，3min时压力3MPa，开水管送水在15min时压力达到最大值14MPa，此后压力起伏减小56min后压力保持在4.5MPa，并在6、7、9号钻孔有出水现象，连续 3观测3小时无变化压裂结束(8号孔共注入水量约为12m，卸压放水 3约12m)。 8号孔水力压裂时间与压力图 四、压裂效果考察与分析 4.1 压裂效果考察—钻孔瓦斯参数 7 3、8号孔压裂后1月10日对钻孔进行抽采观察(同期对对比孔12、13号孔进行同等观测)，抽采负压为40mmHg,12号孔抽采量约为 330.16m/min，13号孔抽采量约为0.1m/min，3#孔压裂后最高观测流量为0.8 m3/min，8#孔压裂后最高观测流量为0.6 m3/min，此后抽 3采流量逐渐降低，最低均为0.2 m/min;日均抽采量0.4 m3/min ，12号孔日均抽采浓度为0.8%;13号孔日均抽采浓度为0.6%;3#孔压裂抽采最高浓度为3.5%，压裂后抽采瓦斯浓度最低为1.2%、8#孔压裂抽采最高浓度为4%，压裂后抽采瓦斯浓度最低为2%，较压裂平均抽采浓度提高近2倍，如下曲线表 3、8、12、13号钻孔抽采流量对比表 8 3、8、12、13号钻孔抽采浓度对比表 综上可知，此次井下顺层钻孔水力压裂，煤层裂隙得到了很好的勾通，从而大大改善了煤层的透气性，提高了抽采效率。压裂增透效果显著。 4.2压裂效果考察—压裂有效范围 压裂的有效范围测试方法为:在水力压裂前施工检验孔，并将检验钻孔按压裂钻孔要求严格封孔，并在孔口安设阀门待观测使用。压裂过程中观察并记录检验孔特殊现象，如大量出水等，以判定压裂的有效范围。 由钻孔压裂过程中出水情况数据可知，我矿18-2号煤层水力压裂半径在19.5米左右。 4.3结语 为了提高抽放瓦斯的效果，未卸压煤层钻孔抽放负压一般选用55,65mmHg，最低不宜小于40 mmHg。但目前抽采负压基本上未达到要求。建议提高负压，以增强对瓦斯的抽采效果。 钻孔的气密性对抽采浓度和流量影响都非常大。压裂后，由于测试孔与溜子道巷帮导通处增多，导致抽采浓度不高，建议压裂选在穿层钻孔中进行。 压裂后煤层内都含有一定量的水，在钻孔连入抽采管路后，就会给抽采管路造成一定量的积水，影响钻孔的抽采，影响测试流量的准确性，建议在以后压裂抽采过程中增设自动放水器，提高抽采效率。 9 五、需矿领导解决材料 序号 名称 数量 单价(万元) 1 正压压力表(量程25MPa) 10块 0.5 2 负压压力表(量程0.1MPa) 10块 0.5 3 一寸高压胶管(10米长) 10根 5 4 Φ32高压胶管(10米长) 10根 20 5 Φ50套管 600米 2 6 Φ50管接 300个 0.5 7 马丽散 0.5吨 2 8 4分管 600米 1 9 4分管接 100个 0.5 10 矿用BFZ-10/1.2(2.4)型封孔泵 2台 4 11 2寸球阀 30个 1 10 12 矿用3ZSB-158/18高压注水泵 2台 60 13 人工 150工 3 共计 100 11 精品文档 正确应用空气的H–I图确定空气的状态点及其性质参数;熟练应用物料衡算及热量衡算解决干燥过程中的计算问题;了解干燥过程的平衡关系和速率特征及干燥时间的计算;了解干燥器的类型及强化干燥操作的基本方法。 二、本章思考题 1、工业上常用的去湿方法有哪几种, 态参数, 11、当湿空气的总压变化时，湿空气H–I图上的各线将如何变化? 在t、H相同的条件下，提高压力对干燥操作是否有利? 为什么? 12、作为干燥介质的湿空气为什么要先经预热后再送入干燥器, 13、采用一定湿度的热空气干燥湿物料，被除去的水分是结合水还是非结合水,为什么, 14、干燥过程分哪几种阶段,它们有什么特征, 15、什么叫临界含水量和平衡含水, 16、干燥时间包括几个部分,怎样计算, 17、干燥哪一类物料用部分废气循环,废气的作用是什么, 18、影响干燥操作的主要因素是什么,调节、控制时应注意哪些问题, 三、例题 2o例题13-1:已知湿空气的总压为101.3kN/m ,相对湿度为50%，干球温度为20 C。试用I-H图求解: (a)水蒸汽分压p; (b)湿度,; 12 (c)热焓，; (d)露点t ; d (e)湿球温度tw ; o(f)如将含500kg/h干空气的湿空气预热至117C，求所需热量,。 解 : 2o由已知条件:,,101.3kN/m，Ψ,50%，t=20 C在I-H图上定出湿空气00 的状态点,点。 (a)水蒸汽分压p 过预热器气所获得的热量为 每小时含500kg干空气的湿空气通过预热所获得的热量为 13 例题13-2:在一连续干燥器中干燥盐类结晶，每小时处理湿物料为1000kg，经 干燥后物料的含水量由40%减至5%(均为湿基)，以热空气为干燥介质，初始 -1-1湿度H为0.00kg水•kg绝干气，离开干燥器时湿度H为0.039kg水•kg绝干12气，假定干燥过程中无物料损失，试求: -1(1) 水分蒸发是q (kg水•h); m,W -1(2) 空气消耗q(kg绝干气•h); m,L -1原湿空气消耗量q(kg原空气•h); m,L’ -1(3)干燥产品量q(kg•h)。 m,G2 解: q=1000kg/h, w=40?, w=5% mG112 H=0.009, H=0.039 12 q=q(1-w)=1000(1-0.4)=600kg/h mGCmG11 x=0.4/0.6=0.67, x=5/95=0.053 12 ?q=q(x-x)=600(0.67-0.053)=368.6kg/h mwmGC12 ?q(H-H)=q mL21mw q368.6mwq,,,12286.7 mLH,H0.039,0.00921 q=q(1+H)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/h mL’mL1 ?q=q(1-w) mGCmG22 q600mGCq,,,631.6kg/h? mG21,w1,0.052 14