[发明专利]一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法

说明书

本发明属于煤矿井工开采技术领域，涉及一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，包括：根据地质勘探钻孔柱状图进行坚硬岩层层位进行预判定；初步确定工作面采后难垮岩层岩性及赋存高度；根据预判定的结果，在工作面压裂区域内进行探测钻孔，并通过钻孔测井分析设备获得目标岩层的真实岩层信息；根据真实岩层信息制作岩层的二维走向垂直剖面图；根据二维走向垂直剖面图中，各区域目标岩层赋存特征，对水力压裂的工艺参数进行调整，实现层位高精度控制。本发明中方案适用于坚硬岩层水压致裂技术条件，提高压裂目标层位判别精度、提高岩层岩性与结构可视化程度、提升水压致裂施工效率、增强压裂施工效果。

技术领域

本发明涉及一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，属于煤矿井工开采技术领域。

背景技术

岩层灾害作为煤矿生产五大灾害之一，对矿井生产安全造成了严重威胁，坚硬岩层赋存条件作为主要致灾因素，容易引发工作面大面积来压、端头悬顶、巷道围岩变形量、冲击地压等重大事故，导致岩层管理难度增加，巷道维护量增大、支护成本上升、人员伤亡，坚硬岩层的预裂弱化对煤矿经济运行、安全生产意义重大。

坚硬岩层主要通过水力压裂和不同形式爆破达到破坏其整体性、降低强度的目的，由于水力压裂破坏范围大而可控、安全性较好，逐渐取代爆破成为很多矿区主要的岩层弱化手段，传统压裂方案目标层位的确定依据为地质勘探钻孔信息和经验判断，对地质条件变化敏感程度低，目标岩层内有效压裂次数少，压裂效果差；压裂参数由工人凭经验进行控制，裂缝扩展程度难以确定，造成坚硬岩层弱化效果降低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，其解决了水力压裂依据地质钻孔和经验确定方案存在的地质条件敏感程度低，目标岩层内有效压裂次数少，裂缝扩展程度难以确定等问题。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，包括：根据地质勘探钻孔柱状图进行坚硬岩层层位进行预判定；初步确定工作面采后难垮岩层岩性及赋存高度；根据预判定的结果，在工作面压裂区域内进行探测钻孔，并通过钻孔测井分析设备获得目标岩层的真实岩层信息；根据真实岩层信息制作岩层的二维走向垂直剖面图；根据二维走向垂直剖面图中，各区域目标岩层赋存特征，对水力压裂的工艺参数进行调整，实现层位高精度控制。

进一步，水力压裂包括煤矿井下基于小流量泵组的浅孔压裂，井下基于中小流量泵组的超长孔压裂和地面基于大流量泵组的地面垂直与水平井压裂，其中小流量泵组的流量小于等于0.5m³/min，压裂钻孔长度小于等于100m；中小流量泵组的流量大于0.5m³/min且小于3m³/min；大流量泵组的流量大于等于3m³/min。

进一步，预判定获得的地质勘探信息包括坚硬岩层厚度、坚硬岩层岩性与硬度和坚硬岩层层位，坚硬岩层厚度用于确定坚硬岩层的压裂次数；坚硬岩层岩性与硬度和坚硬岩层层位用于控制坚硬岩层的起裂压力、压裂时间及压裂位置。

进一步，预判定的方法具体为：沿综采工作面支架推进方向确定压裂区域，在工作面两巷布置专用岩层探测钻孔和压裂钻孔，在汇集地质勘探钻孔信息的基础上，每超过预设距离加设一个探测钻孔，利用岩层探测钻孔进行岩层钻孔录井测井，所选地质勘探钻孔应位于压裂区域内或区域外预设范围内。

进一步，探测钻孔的最终高度高于地质勘探钻孔柱状图中难垮岩层的层位。

进一步，真实岩层信息包括钻孔视频信息、自然伽马射线检测信息、钻孔轨迹和钻孔深度。

进一步，根据自然伽马射线检测信息、钻孔轨迹和钻孔深度绘制测井曲线，将测井曲线和钻孔视频信息进行同步分析，绘制钻孔岩性柱状、钻孔岩层结构和钻孔孔斜轨迹线，从而获得岩层钻孔测井高精度分析报告。

进一步，钻孔岩层结构包括岩层岩性、厚度、岩层硬度和裂隙发育及离层。