碎软低渗煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂工程应用

随着矿井采掘活动不断向深部延伸,碎软、低渗煤层瓦斯抽采难度增加,矿井瓦斯治理面临更大挑战.常规水力压裂煤层增透措施存在压裂不均匀、压裂排量低、压裂覆盖范围小及裂缝易闭合等不足.基于此,提出碎软煤层顶板定向长钻孔水力加砂分段压裂煤层增透区域瓦斯超前预抽的技术方案,研发了"定向喷砂射孔+加砂分段压裂"复合工艺技术,形成了多手段、多角度考察分段加砂压裂影响范围和压裂后煤层瓦斯抽采效果分析为一体的压裂效果评价方法.在山西阳泉矿区新景煤矿保安区北六、北七工作面开展工业性试验,完成2个压裂钻孔(孔深均为609 m)定向喷砂射孔、水力加砂分段压裂工程试验.累计定向喷砂射孔80次,其中1号压裂孔定向喷砂射孔30次,2号压裂孔定向喷砂射孔50次,砂比2％～3％、定向喷砂射孔压力22.6～28.6 MPa,共计注入射孔液1072 m3,使用石英砂19.84 t.实施水力加砂分段压裂16段,1号压裂孔分6段压裂,2号压裂孔分10段压裂,单段注入压裂液153.76～235.11 m3、平均砂比2.02％～2.56％、共计注入核桃壳砂36.48 t、压裂液2808.57 m3.采用孔内瞬变电磁法、微量示踪剂法等手段确定压裂影响半径20～38 m.统计压裂后1号钻场、2号钻场100 d瓦斯抽采数据,其中1号钻场平均瓦斯抽采体积分数43.97％,平均瓦斯抽采混合流量1.61 m3/min,日均瓦斯抽采纯量1025.11 m3;2号钻场平均瓦斯抽采体积分数23.17％,平均瓦斯抽采混合流量8.56 m3/min,日均瓦斯抽采纯量2810.6 m3.1号钻场、2号钻场较邻近区域顺层钻孔瓦斯抽采分数提高了3.36倍和6.38倍,百米钻孔瓦斯抽采纯量提高了16.44倍和45.14倍;较千米钻孔瓦斯抽采体积分数提高10.53倍和19.99倍,百米钻孔瓦斯抽采纯量提高了5.61倍和15.42倍.结果表明,该技术在煤矿井下实现大排量、高砂比,连续水力压裂作业,压裂后煤层透气性显著提高,为碎软煤层区域瓦斯治理提供技术借鉴.