[发明专利]一种煤矿井下压裂裂缝扩展控制方法

说明书

本发明公开了一种煤矿井下水力压裂裂缝扩展控制方法，主要包括如下步骤：（一）钻进压裂钻孔及若干保压注水钻孔，保压注水钻孔位置按照人为预设的水压裂缝扩展方向布置，（二）对压裂钻孔及保压注水钻孔进行注浆封孔，（三）按照计算所得的保压孔注水压力和单孔保压注水时间对保压注水钻孔进行保压注水，（四）对压裂钻孔进行水力压裂。本发明通过在压裂钻孔两侧按照人为预想的水压裂缝扩展方向预设若干钻孔，并在正式压裂前对其进行保压注水，使得在压裂钻孔周围形成一个连续带状的高孔隙压力区域，可以诱导水压裂缝沿高孔隙压力区域扩展，增大有效压裂范围；同时减小压裂钻孔的起裂及扩展压力，降低对煤层顶底板岩层的破坏。

技术领域

本发明涉及一种煤矿井下压裂裂缝扩展控制方法。

背景技术

水力压裂近年已被广泛应用到煤矿井下瓦斯强化抽采中，煤矿井下水力压裂对于增加煤层透气性、提高瓦斯预抽浓度和缩短瓦斯抽放时间等方面效果显著。但是，在深部复杂煤层中，煤层具有高地应力、节理裂隙发育等特点，造成井下水力压裂时起裂压力大幅增加，对煤层顶底板变形破坏、压裂相应配套设备成本及安全风险的大幅提高；同时水压裂缝在扩展过程中极易受到干扰，造成裂缝扩展无序，裂缝容易转向顶底板岩层扩展，致使增透范围有限和后续煤炭开采时顶底板支护困难，因此，必须对目前常规煤矿井下压裂方法及工艺进行革新，才能实现煤层气高效开发和安全抽采的目的。

国内对于水力压裂的研究大多专注于技术设备和工艺。如专利公开号为CN102720528A、名称为“煤矿井下重复水力压裂强化瓦斯抽采方法”的专利公开的技术是，通过在脉动水压力钻孔外侧设置一级导向控制钻孔和二级导向控制来延长脉动水力压裂区域裂隙闭合时间，提高瓦斯抽采率。但是受钻孔直径和脉动频率的限制，对煤层的增透范围有限，且随脉动频率的增加对封孔材料的耐压强度要求也更高。专利公开号为CN103133028A、名称为“井下煤层水力压裂裂缝导向扩展的方法”的专利公开的技术是，通过在压裂钻孔周围间隔设置导向钻孔，并对各钻孔均分别进行水力割缝，来控制水力压裂裂缝扩展方向。该导向水压裂缝方法的效果受地应力分布影响较大。同时，单孔导向能力有限，导致钻孔间距较密，工程量较大。专利公开号为CN103362538A、名称为“煤层割缝致裂压抽交变抽采瓦斯方法”的专利公开的技术是，通过设计可实现抽采瓦斯和注水压裂功能切换的钻孔瓦斯抽采管进行钻孔压抽交变瓦斯抽采，来提高钻孔持续高效抽采瓦斯能力，提高钻孔瓦斯抽采影响范围。但没有考虑裂缝扩展方向和如何大幅度增加单压裂孔的影响范围问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种煤矿井下压裂裂缝扩展控制方法，在煤层中控制水压裂缝扩展方向、减小压裂过程中所需泵压，已达到有效增加压裂范围，降低压裂过程中对煤层顶底板岩层的破坏，实现高效抽采瓦斯的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种煤矿井下压裂裂缝扩展控制方法，包括如下步骤：

1、钻进压裂钻孔及保压注水钻孔，压裂钻孔为一个，在压裂钻孔两侧，按照压裂煤层区域范围等间距布置保压注水钻孔。

2、对压裂钻孔和保压注水钻孔进行注浆封孔。

3、按照计算所得的保压孔注水钻孔注水压力和单孔保压注水时间对保压注水钻孔进行保压注水。

4、对压裂钻孔进行水力压裂。

步骤(1)中，首先根据压裂煤层区域以及施工巷道情况确定中心压裂钻孔的位置以及钻孔参数。在压裂钻孔两侧，按照压裂煤层区域范围等间距布置保压注水钻孔，钻孔终孔点与压裂钻孔处于同一标高。

步骤(3)中，对保压注水钻孔进行注水时：首先确定保压孔注水压力：

注水压力的取值需遵循大于煤层初始瓦斯压力而小于煤层的起裂压力，即：