煤矿井下压裂设计施工规范标准
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目 次
前 言
煤矿井下压裂是煤矿瓦斯强化抽采、区域治理的重要技术措施。为规煤矿井下压裂设计与施工,特制订本标准。
本标准由中国煤炭工业协会科技发展部提出。
本标准由煤炭行业煤矿安全标准化技术委员会技术归口。
本标准起草单位：省煤层气开发利用、中国矿业大学、煤炭科学研究总院。
本标准主要起草人：光杰、王思鹏、郭启文、史小卫、锡慧、东科、梁安民、明闯、袁宗柱、红晓、白新华、林萌、付江伟。
…………………………〔3〕
…………………………〔4〕
式中：
Lf——单翼裂缝长度,单位为米〔m〕；
E——岩石弹性模量,单位为帕〔Pa〕；
Ape——孔隙弹性常数,
………………………….〔5〕
式中：
v——泊松比；
a——毕奥特常数,a=1-CM/CR；
CM——岩石压缩系数,Pa-1；
CR——综合压缩系数,〔不渗透介质a=0〕Pa-1；
b> 不具备保护层开采条件的高瓦斯煤层；开采保护层时有煤与瓦斯突出危险的保护层,被保护层宜优先选择穿层压裂；
c> 抽采不达标的煤层。
4.2 未卸压煤层进行压裂预抽,依据煤层瓦斯抽放的难易程度分为三类,见表1。
表1 煤层压裂情况分类表
类别
钻孔流量衰减系数
d-1
煤层透气性系数
m2/MPa2.d
选择类别
容易抽放
Sv——上覆层应力,单位为帕〔Pa〕；
Shi——在无上覆层和孔隙压力条件下的初始水平应力,单位为帕〔Pa〕；
σT——岩石抗强度,单位为帕〔Pa〕；
pi——地层孔隙压力,单位为帕〔Pa〕。
5.3.6.1压裂管路液柱压力
PH=压裂管路高程落差H〔m〕乘以压裂液密度〔MPa/m〕。
5.3.6.2压裂液沿程摩阻Pr〔MPa〕
3.4
压裂液效率 fracture liquid efficiency
造缝体积与压裂液总注入液量体积之比的百分数。
3.5
独立风流 independent airflow
从主要进风巷分出的,经过爆炸材料库或充电硐室后再进入主要回风巷的风流。
4 一般规定
4.1有下列情况之一的矿井应进行压裂：
a> 生产矿井和在建矿井面临煤与瓦斯突出威胁的；
6压裂施工组织及质量控制
6.1 施工组织
6.1.1施工准备
6.1.1.1在压裂设备入井前,应对井口、井下巷道进行勘察。
6.1.1.2巷道移运压裂设备时,运输线路一侧从巷道轨面起1.6m的高度,运输车上压裂设备的最突出部分,与巷帮支护、管道和线缆吊挂的距离不得小于0.3m。
6.1.1.3巷道组装压裂设备时,压裂设备与巷帮最突出部分、管道和线缆的距离应不小于0.5m；压裂泵泵头和动力端与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要,应不小于0.7m。
f> 矿井井下配电系统概况：各级配电的额定电压等级,馈出线的短路、过负荷保护的整定值,熔断器熔体的额定电流值以及被保护干线和支线最远点两相短路电流值,配电设备的装设地点,线路电缆的用途、型号、电压、截面和长度,保护接地装置的安设地点等；
g> 矿井自然发火危险性评价、防治水能力、冲击地压危险性等；
h> 发生瓦斯动力现象地点的情况。
煤矿井下压裂设计施工规
1围
本标准规定了煤矿井下压裂钻孔布置、压裂方式选择、方案设计原则、施工组织、安全与质量控制、资料录取、施工总结等技术要求。
本标准适用于煤矿井下煤层、岩层压裂的设计与施工。
2 规性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅在所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本〔包括所有的修改单〕适用于本文件。
GB 150 钢制压力容器
AQ 1028 煤矿井工开采通风技术条件
AQ 1027 煤矿瓦斯抽放规
AQ 1017 煤矿井下安全标志
AQ 1023 煤矿井下低压供电系统及装备通用安全技术要求
MT694煤矿自动隔爆装置通用技术条件
《煤矿安全规程》
《防治煤与瓦斯突出规定》
3术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
b>孔口段围岩裂隙较发育或施工压力高时,封孔长度可取全岩段长,封孔深度以过煤层顶底板1m为宜；
c>在煤壁开孔的钻孔,封孔深度可取15m~60m,封孔段长度与封孔深度相。
5.3.4.4封孔质量检查标准：
a>压裂施工过程中孔口不应出水渗水；
b> 封孔器械和封孔充填材料耐压强度应大于40MPa；
c> 充填材料封孔时,应带压封孔,压力不低于5MPa；
f>预处理措施；
g>压裂施工执行表；
h>压裂钻孔结构图；
i>施工准备；
j>施工步骤；
k>施工要求。
5.3.3压裂钻孔
根据压裂方式要求,综合孔口所处煤〔岩〕层位、岩性、构造、巷道通风、施工参数、管材性能等因素,设计选择符合本区块构造特点的压裂钻孔结构和封孔工艺。
钻孔位置选择：
a>目标层有合适的煤体结构和裂隙发育度,孔口煤岩体岩石力学参数应能满足压裂封孔要求,目标层岩性要求的施工参数在设备能力围,目标层及其上下围岩赋存完好；
对矿井瓦斯涌出来源多、分布围广、煤层赋存条件复杂的矿井,应采用多种压裂方式相结合的综合压裂方式。
5.3 压裂施工设计
5.3.1设计
按压裂方案设计格式,见附录A〔规性附录〕,依据设计原则编写施工设计。
5.3.2容
施工设计容包括以下容：
Байду номын сангаасa〕矿井概况：
b>施工目的；
c>基础数据；
d>设计的压裂层位；
e>工艺参数、施工参数,用表格列出；
3.1
水力压裂 hydraulic cracking
在钻孔以水作为动力,在无自由面的情况下使煤体裂隙畅通的一种措施。
3.2
封孔器 hole packers
压裂钻孔孔口的密封装置。
3.3
滤失系数filtration coefficient
单位滤失时间平方根、单位面积上的滤失量,m /min0.5,以C表示。
b>压裂孔裸眼成孔质量良好,孔深能满足压裂层位选择要求；
c> 宜免受采动影响,保证足够的抽采时间；
d>距地质构造带、含水〔煤〕岩层、保护煤〔岩〕柱、采空区、瓦斯抽放钻孔和地质探孔的距离不小于30m；
e> 施工巷道应具有独立通风系统,风速不应低于1m/s,高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井还应设置有专用回风巷,应符合AQ 1028的要求；
c>当目标区为多煤层发育区、煤体结构破坏严重,煤层间距在20m之,可以从底板抽放巷〔或顶板抽放巷〕施工仰/俯角钻孔3和4,对此夹层实施压裂,钻孔仰角不限。
5.2.2压裂方式选择原则
压裂方式的选择,应充分结合煤矿井下巷道布置情况,应简便安全、不损坏管路和设备、不污染井下作业环境,压裂孔口应有承压保护装置,压裂施工参数的选择应符合《防治煤与瓦斯突出规定》的要求。
R——预计压裂半径,单位为米〔m〕；
r——孔眼半径,单位为米〔m〕；
π——圆周率；
H——地层厚度,单位为米〔m〕；
φ——孔隙度,%。
6.1.2.4顶替阶段
当前置液用量达到设计数量时,开始计顶替液。应准确计算顶替时间及液量,不得减少或增加顶替液量。顶替液用量计算公式如下：
地下流体粘度,Pa.s
目标层氏模量 MPa
顶底板岩性
地下液体压缩系数,l/MPa
目标层岩石硬度,HB
顶底板厚度,m
瓦斯体积系数,l/MPa
目标层岩石泊松比
顶底板承压能力,MPa
断层发育情况
目标层含水饱和度
钻孔方位结构
5.3.6基本参数计算
将5.1.4提供的参数和相关经验参数进行计算,计算结果按表3形式列出。
表3工艺参数运算结果表
造缝长 m
造缝宽 mm
造缝高 m
破裂压力 MPa
前置液量 m3
压裂液用量m3
施工排量 m3/min
压裂液沿程摩阻 MPa
施工总水功率 kw
5.3.6.1地层破裂压力〔pK〕、延伸压力〔pE〕和闭合压力〔pC〕计算公式如下：
…………………………〔1〕
…………………………〔2〕
延伸压力取pFP与破裂压力pK的最小值：
6.1.1.12仪表、防爆微机、压裂泵组及遥控操作台应性能良好,由压裂泵组、高压管汇、孔口传送来的信号稳定可信,通讯畅通。
6.1.1.13距离压裂孔10m,安设图像、声音传感器等监测仪器。
6.1.2压裂施工
6.1.2.1泵前垫液阶段
按照设计要求在压裂液中添加适当浓度和配量与压裂液相溶的防膨剂压入压裂孔。
＜0.003
＞10
可压裂
可以抽放
0.003~0.05
10~0.1
宜压裂
较难抽放
＞0.05
＜0.1
应压裂
4.3压裂地点、压裂基本参数、压裂孔施工等均应严格遵守安全第一的原则。
4.4 煤矿井下注水和压裂施工应使用专用压裂泵。
4.5施工操作人员应经过专门培训,应熟悉设备各项性能和操作要求,经考核合格持证上岗。
设计基本参数目标层埋深m目标层孔隙度封孔质量目标层温度目标层瓦斯含量m控制半径m目标层厚度m原始地层压力mpa控制面积m目标层渗透率md煤层瓦斯压力mpa地下流体粘度pas目标层氏模量mpa顶底板岩性地下液体压缩系数lmpa目标层岩石硬度hb顶底板厚度m瓦斯体积系数lmpa目标层岩石泊松比顶底板承压能力mpa断层发育情况目标层含水饱和度钻孔方位结构536基本参数计算将514提供的参数和相关经验参数进行计算计算结果按表3形式列出
5.2 压裂方式选择
5.2.1压裂方式〔如图1所示〕
图1 压裂方式示例
可供选择的压裂方式如下：
a>当煤体结构相对完整或发育相对完整的分层,能够在煤层中形成完整钻孔时,根据巷道布置情况可以采用巷道施工顺煤层钻孔1、2,压裂煤层；
b>当煤体结构破坏严重、难以成孔时,可以采用从底板抽放巷〔或顶板抽放巷〕中施工仰/俯角穿层钻孔3和4,岩段封孔,压裂煤层；
5.3.5.3应收集必要的基础数据和基本参数。一般应符合附录A施工设计书格式容要求,基本参数及资料项目容,见表2的规定。
表2设计基本参数
目标层埋深,m
目标层孔隙度,%
封孔质量
目标层温度℃
目标层瓦斯含量,m3/t
控制半径,m
目标层厚度,m
原始地层压力,MPa
控制面积,m2
目标层渗透率,mD
煤层瓦斯压力,MPa
5.3.4.2 煤层钻孔,宜采用充填材料进行注浆封孔,条件许可时,也可采用封孔器封孔。封孔材料可选择新型膨胀材料等,不宜选用水泥砂浆或其他不符合封孔质量要求的材料。
5.3.4.3封孔长度和封孔深度：
a>孔口段围岩条件好、构造简单、施工压力中等时,封孔长度可取10m~20m,封孔深度以过煤层顶底板1m为宜；
6.1.1.4压裂设备一般应水平摆放,巷道坡角在3‰以上时,应有可靠的防滑装置或落地。
6.1.1.5摆放压裂设备,如图2连接管路流程至孔口。
6.1.1.6低压管汇到压裂泵组的供水管线应用钢丝缠绕胶管,并尽可能减少弯曲。
6.1.1.7高压管汇安装,由孔口到泵头的连接顺序应为：孔口、活动弯头、压力传感器、放空旋塞阀、泵头。
f>对煤层压裂,除按压裂半径确定合理的孔间距外,应尽量增加钻孔在煤层中的长度；
g>钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理；
h>穿层钻孔终孔位置,应在穿过煤层顶〔底〕板2m处；
i>特殊需要时应按具体方案要求进行选择。
5.3.4封孔要求
5.3.4.1岩壁钻孔,宜采用封孔器封孔。封孔器械应满足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、可回收的要求。
压裂液在管路中沿程摩阻Pr为：
Pr=管路长度乘以管路该型号压裂液摩阻系数〔MPa/m〕。
5.3.6.3压裂液在管路末端孔眼处的摩阻Pf〔MPa〕。
5.3.6.4泵注施工压力Pw〔MPa〕为：
Pw=Pk- PH+Pr+Pf…………………………〔6〕
5.3.6.5压裂施工泵功率为施工压力乘以施工排量,压裂泵组数为压裂施工水功率除以单泵水功率。
图2 压裂设备连接流程示例
6.1.1.8压裂泵排出口高压管路50m,应采用合格的活接头〔由壬接头〕连接的硬管线。
6.1.1.9压裂储液容器应完整、清洁,检查合格后方可使用。压裂用液要清洁环保。添加剂数量符合设计要求。
6.1.1.10按设计要求,在压裂钻孔下入压裂管路,封孔并验封合格。
6.1.1.11监测仪表和控制面板应摆放在避灾指挥舱。
6.1.2.2预处理阶段
进行水力射孔作业,采用的预处理液应能降低裂缝端部流动阻力,预处理措施应能降低地层的破裂压力,能控制裂缝的起裂和延伸方向。
6.1.2.3前置阶段
按照设计要求分别添加适当比例表面活性剂、阻燃剂,随同压裂液压入压裂孔。前置液用量按下列式计算：
…………………………〔7〕
式中：
V前——前置液用量,单位为立方米〔m3〕；
d>当钻孔封孔质量达不到上述标准时,应改进封孔参数或工艺,仍达不到上述标准的,应作为废孔,全孔封实。
5.3.4.5当压裂钻孔周边有常规瓦斯抽排钻孔、地质探孔时,压裂施工前应将其全孔封实。
5.3.5压裂工艺
5.3.5.1工艺类型应符合第6章压裂方式选择的要求。
5.3.5.2应明确施工目的、压裂层位、施工要求、封孔方式。
5压裂设计
5.1资料收集
压裂方案设计收集以下资料：
a> 压裂施工相关矿井情况；
b> 矿井基本情况；
c> 矿井地质概况：所属煤田、成煤时代、地质构造、煤层赋存；
d> 矿井生产概况：开拓方式、采煤方法、顶板管理方法、巷道断面和长度等；
e> 矿井通风瓦斯概况：通风方式、通风系统〔尤其专用回风巷断面〕风量、风阻、瓦斯涌出量、瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯抽放方法及抽放量等；
前 言
煤矿井下压裂是煤矿瓦斯强化抽采、区域治理的重要技术措施。为规煤矿井下压裂设计与施工,特制订本标准。
本标准由中国煤炭工业协会科技发展部提出。
本标准由煤炭行业煤矿安全标准化技术委员会技术归口。
本标准起草单位：省煤层气开发利用、中国矿业大学、煤炭科学研究总院。
本标准主要起草人：光杰、王思鹏、郭启文、史小卫、锡慧、东科、梁安民、明闯、袁宗柱、红晓、白新华、林萌、付江伟。
…………………………〔3〕
…………………………〔4〕
式中：
Lf——单翼裂缝长度,单位为米〔m〕；
E——岩石弹性模量,单位为帕〔Pa〕；
Ape——孔隙弹性常数,
………………………….〔5〕
式中：
v——泊松比；
a——毕奥特常数,a=1-CM/CR；
CM——岩石压缩系数,Pa-1；
CR——综合压缩系数,〔不渗透介质a=0〕Pa-1；
b> 不具备保护层开采条件的高瓦斯煤层；开采保护层时有煤与瓦斯突出危险的保护层,被保护层宜优先选择穿层压裂；
c> 抽采不达标的煤层。
4.2 未卸压煤层进行压裂预抽,依据煤层瓦斯抽放的难易程度分为三类,见表1。
表1 煤层压裂情况分类表
类别
钻孔流量衰减系数
d-1
煤层透气性系数
m2/MPa2.d
选择类别
容易抽放
Sv——上覆层应力,单位为帕〔Pa〕；
Shi——在无上覆层和孔隙压力条件下的初始水平应力,单位为帕〔Pa〕；
σT——岩石抗强度,单位为帕〔Pa〕；
pi——地层孔隙压力,单位为帕〔Pa〕。
5.3.6.1压裂管路液柱压力
PH=压裂管路高程落差H〔m〕乘以压裂液密度〔MPa/m〕。
5.3.6.2压裂液沿程摩阻Pr〔MPa〕
3.4
压裂液效率 fracture liquid efficiency
造缝体积与压裂液总注入液量体积之比的百分数。
3.5
独立风流 independent airflow
从主要进风巷分出的,经过爆炸材料库或充电硐室后再进入主要回风巷的风流。
4 一般规定
4.1有下列情况之一的矿井应进行压裂：
a> 生产矿井和在建矿井面临煤与瓦斯突出威胁的；
6压裂施工组织及质量控制
6.1 施工组织
6.1.1施工准备
6.1.1.1在压裂设备入井前,应对井口、井下巷道进行勘察。
6.1.1.2巷道移运压裂设备时,运输线路一侧从巷道轨面起1.6m的高度,运输车上压裂设备的最突出部分,与巷帮支护、管道和线缆吊挂的距离不得小于0.3m。
6.1.1.3巷道组装压裂设备时,压裂设备与巷帮最突出部分、管道和线缆的距离应不小于0.5m；压裂泵泵头和动力端与巷帮支护的距离应满足设备检查和维修的需要,应不小于0.7m。
f> 矿井井下配电系统概况：各级配电的额定电压等级,馈出线的短路、过负荷保护的整定值,熔断器熔体的额定电流值以及被保护干线和支线最远点两相短路电流值,配电设备的装设地点,线路电缆的用途、型号、电压、截面和长度,保护接地装置的安设地点等；
g> 矿井自然发火危险性评价、防治水能力、冲击地压危险性等；
h> 发生瓦斯动力现象地点的情况。
煤矿井下压裂设计施工规
1围
本标准规定了煤矿井下压裂钻孔布置、压裂方式选择、方案设计原则、施工组织、安全与质量控制、资料录取、施工总结等技术要求。
本标准适用于煤矿井下煤层、岩层压裂的设计与施工。
2 规性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅在所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本〔包括所有的修改单〕适用于本文件。
GB 150 钢制压力容器
AQ 1028 煤矿井工开采通风技术条件
AQ 1027 煤矿瓦斯抽放规
AQ 1017 煤矿井下安全标志
AQ 1023 煤矿井下低压供电系统及装备通用安全技术要求
MT694煤矿自动隔爆装置通用技术条件
《煤矿安全规程》
《防治煤与瓦斯突出规定》
3术语和定义
下列术语和定义适用于本标准。
b>孔口段围岩裂隙较发育或施工压力高时,封孔长度可取全岩段长,封孔深度以过煤层顶底板1m为宜；
c>在煤壁开孔的钻孔,封孔深度可取15m~60m,封孔段长度与封孔深度相。
5.3.4.4封孔质量检查标准：
a>压裂施工过程中孔口不应出水渗水；
b> 封孔器械和封孔充填材料耐压强度应大于40MPa；
c> 充填材料封孔时,应带压封孔,压力不低于5MPa；
f>预处理措施；
g>压裂施工执行表；
h>压裂钻孔结构图；
i>施工准备；
j>施工步骤；
k>施工要求。
5.3.3压裂钻孔
根据压裂方式要求,综合孔口所处煤〔岩〕层位、岩性、构造、巷道通风、施工参数、管材性能等因素,设计选择符合本区块构造特点的压裂钻孔结构和封孔工艺。
钻孔位置选择：
a>目标层有合适的煤体结构和裂隙发育度,孔口煤岩体岩石力学参数应能满足压裂封孔要求,目标层岩性要求的施工参数在设备能力围,目标层及其上下围岩赋存完好；
对矿井瓦斯涌出来源多、分布围广、煤层赋存条件复杂的矿井,应采用多种压裂方式相结合的综合压裂方式。
5.3 压裂施工设计
5.3.1设计
按压裂方案设计格式,见附录A〔规性附录〕,依据设计原则编写施工设计。
5.3.2容
施工设计容包括以下容：
Байду номын сангаасa〕矿井概况：
b>施工目的；
c>基础数据；
d>设计的压裂层位；
e>工艺参数、施工参数,用表格列出；
3.1
水力压裂 hydraulic cracking
在钻孔以水作为动力,在无自由面的情况下使煤体裂隙畅通的一种措施。
3.2
封孔器 hole packers
压裂钻孔孔口的密封装置。
3.3
滤失系数filtration coefficient
单位滤失时间平方根、单位面积上的滤失量,m /min0.5,以C表示。
b>压裂孔裸眼成孔质量良好,孔深能满足压裂层位选择要求；
c> 宜免受采动影响,保证足够的抽采时间；
d>距地质构造带、含水〔煤〕岩层、保护煤〔岩〕柱、采空区、瓦斯抽放钻孔和地质探孔的距离不小于30m；
e> 施工巷道应具有独立通风系统,风速不应低于1m/s,高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井还应设置有专用回风巷,应符合AQ 1028的要求；
c>当目标区为多煤层发育区、煤体结构破坏严重,煤层间距在20m之,可以从底板抽放巷〔或顶板抽放巷〕施工仰/俯角钻孔3和4,对此夹层实施压裂,钻孔仰角不限。
5.2.2压裂方式选择原则
压裂方式的选择,应充分结合煤矿井下巷道布置情况,应简便安全、不损坏管路和设备、不污染井下作业环境,压裂孔口应有承压保护装置,压裂施工参数的选择应符合《防治煤与瓦斯突出规定》的要求。
R——预计压裂半径,单位为米〔m〕；
r——孔眼半径,单位为米〔m〕；
π——圆周率；
H——地层厚度,单位为米〔m〕；
φ——孔隙度,%。
6.1.2.4顶替阶段
当前置液用量达到设计数量时,开始计顶替液。应准确计算顶替时间及液量,不得减少或增加顶替液量。顶替液用量计算公式如下：
地下流体粘度,Pa.s
目标层氏模量 MPa
顶底板岩性
地下液体压缩系数,l/MPa
目标层岩石硬度,HB
顶底板厚度,m
瓦斯体积系数,l/MPa
目标层岩石泊松比
顶底板承压能力,MPa
断层发育情况
目标层含水饱和度
钻孔方位结构
5.3.6基本参数计算
将5.1.4提供的参数和相关经验参数进行计算,计算结果按表3形式列出。
表3工艺参数运算结果表
造缝长 m
造缝宽 mm
造缝高 m
破裂压力 MPa
前置液量 m3
压裂液用量m3
施工排量 m3/min
压裂液沿程摩阻 MPa
施工总水功率 kw
5.3.6.1地层破裂压力〔pK〕、延伸压力〔pE〕和闭合压力〔pC〕计算公式如下：
…………………………〔1〕
…………………………〔2〕
延伸压力取pFP与破裂压力pK的最小值：
6.1.1.12仪表、防爆微机、压裂泵组及遥控操作台应性能良好,由压裂泵组、高压管汇、孔口传送来的信号稳定可信,通讯畅通。
6.1.1.13距离压裂孔10m,安设图像、声音传感器等监测仪器。
6.1.2压裂施工
6.1.2.1泵前垫液阶段
按照设计要求在压裂液中添加适当浓度和配量与压裂液相溶的防膨剂压入压裂孔。
＜0.003
＞10
可压裂
可以抽放
0.003~0.05
10~0.1
宜压裂
较难抽放
＞0.05
＜0.1
应压裂
4.3压裂地点、压裂基本参数、压裂孔施工等均应严格遵守安全第一的原则。
4.4 煤矿井下注水和压裂施工应使用专用压裂泵。
4.5施工操作人员应经过专门培训,应熟悉设备各项性能和操作要求,经考核合格持证上岗。
设计基本参数目标层埋深m目标层孔隙度封孔质量目标层温度目标层瓦斯含量m控制半径m目标层厚度m原始地层压力mpa控制面积m目标层渗透率md煤层瓦斯压力mpa地下流体粘度pas目标层氏模量mpa顶底板岩性地下液体压缩系数lmpa目标层岩石硬度hb顶底板厚度m瓦斯体积系数lmpa目标层岩石泊松比顶底板承压能力mpa断层发育情况目标层含水饱和度钻孔方位结构536基本参数计算将514提供的参数和相关经验参数进行计算计算结果按表3形式列出
5.2 压裂方式选择
5.2.1压裂方式〔如图1所示〕
图1 压裂方式示例
可供选择的压裂方式如下：
a>当煤体结构相对完整或发育相对完整的分层,能够在煤层中形成完整钻孔时,根据巷道布置情况可以采用巷道施工顺煤层钻孔1、2,压裂煤层；
b>当煤体结构破坏严重、难以成孔时,可以采用从底板抽放巷〔或顶板抽放巷〕中施工仰/俯角穿层钻孔3和4,岩段封孔,压裂煤层；
5.3.5.3应收集必要的基础数据和基本参数。一般应符合附录A施工设计书格式容要求,基本参数及资料项目容,见表2的规定。
表2设计基本参数
目标层埋深,m
目标层孔隙度,%
封孔质量
目标层温度℃
目标层瓦斯含量,m3/t
控制半径,m
目标层厚度,m
原始地层压力,MPa
控制面积,m2
目标层渗透率,mD
煤层瓦斯压力,MPa
5.3.4.2 煤层钻孔,宜采用充填材料进行注浆封孔,条件许可时,也可采用封孔器封孔。封孔材料可选择新型膨胀材料等,不宜选用水泥砂浆或其他不符合封孔质量要求的材料。
5.3.4.3封孔长度和封孔深度：
a>孔口段围岩条件好、构造简单、施工压力中等时,封孔长度可取10m~20m,封孔深度以过煤层顶底板1m为宜；
6.1.1.4压裂设备一般应水平摆放,巷道坡角在3‰以上时,应有可靠的防滑装置或落地。
6.1.1.5摆放压裂设备,如图2连接管路流程至孔口。
6.1.1.6低压管汇到压裂泵组的供水管线应用钢丝缠绕胶管,并尽可能减少弯曲。
6.1.1.7高压管汇安装,由孔口到泵头的连接顺序应为：孔口、活动弯头、压力传感器、放空旋塞阀、泵头。
f>对煤层压裂,除按压裂半径确定合理的孔间距外,应尽量增加钻孔在煤层中的长度；
g>钻孔方向应尽可能正交或斜交煤层层理；
h>穿层钻孔终孔位置,应在穿过煤层顶〔底〕板2m处；
i>特殊需要时应按具体方案要求进行选择。
5.3.4封孔要求
5.3.4.1岩壁钻孔,宜采用封孔器封孔。封孔器械应满足密封性能好、操作便捷、封孔速度快、可回收的要求。
压裂液在管路中沿程摩阻Pr为：
Pr=管路长度乘以管路该型号压裂液摩阻系数〔MPa/m〕。
5.3.6.3压裂液在管路末端孔眼处的摩阻Pf〔MPa〕。
5.3.6.4泵注施工压力Pw〔MPa〕为：
Pw=Pk- PH+Pr+Pf…………………………〔6〕
5.3.6.5压裂施工泵功率为施工压力乘以施工排量,压裂泵组数为压裂施工水功率除以单泵水功率。
图2 压裂设备连接流程示例
6.1.1.8压裂泵排出口高压管路50m,应采用合格的活接头〔由壬接头〕连接的硬管线。
6.1.1.9压裂储液容器应完整、清洁,检查合格后方可使用。压裂用液要清洁环保。添加剂数量符合设计要求。
6.1.1.10按设计要求,在压裂钻孔下入压裂管路,封孔并验封合格。
6.1.1.11监测仪表和控制面板应摆放在避灾指挥舱。
6.1.2.2预处理阶段
进行水力射孔作业,采用的预处理液应能降低裂缝端部流动阻力,预处理措施应能降低地层的破裂压力,能控制裂缝的起裂和延伸方向。
6.1.2.3前置阶段
按照设计要求分别添加适当比例表面活性剂、阻燃剂,随同压裂液压入压裂孔。前置液用量按下列式计算：
…………………………〔7〕
式中：
V前——前置液用量,单位为立方米〔m3〕；
d>当钻孔封孔质量达不到上述标准时,应改进封孔参数或工艺,仍达不到上述标准的,应作为废孔,全孔封实。
5.3.4.5当压裂钻孔周边有常规瓦斯抽排钻孔、地质探孔时,压裂施工前应将其全孔封实。
5.3.5压裂工艺
5.3.5.1工艺类型应符合第6章压裂方式选择的要求。
5.3.5.2应明确施工目的、压裂层位、施工要求、封孔方式。
5压裂设计
5.1资料收集
压裂方案设计收集以下资料：
a> 压裂施工相关矿井情况；
b> 矿井基本情况；
c> 矿井地质概况：所属煤田、成煤时代、地质构造、煤层赋存；
d> 矿井生产概况：开拓方式、采煤方法、顶板管理方法、巷道断面和长度等；
e> 矿井通风瓦斯概况：通风方式、通风系统〔尤其专用回风巷断面〕风量、风阻、瓦斯涌出量、瓦斯压力、瓦斯含量、瓦斯抽放方法及抽放量等；