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。