[发明专利]一种煤矿井下割缝保压导向压裂增透方法

摘要

本发明公开了一种煤矿井下割缝保压导向压裂增加煤层透气性的方法，适用于低透气煤层的增透作业。该种导向压裂增透方法的特点在于在布置压裂孔的同时也布置导向孔，并根据煤层地质状况设计出合适的割缝参数，对压裂孔和导向孔进行割缝，之后对导向孔保持一定的水压，对压裂孔进行水力压裂。该导向压裂方法与常规水力压裂相比能够有效引导裂缝扩展，达到对裂缝扩展的控制效果，减少水力压裂“空白带”，增大压裂孔的压裂范围；同时该方法能使煤体产生局部卸压区，有效降低水力压裂的起裂压力，克服了破坏顶底板并造成次生灾害等缺点，强化裂缝形态，最终达到增强压裂效果、高效抽采瓦斯的目的。

主权项

1.一种煤矿井下割缝保压导向压裂增透方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1，确定施工参数，包括导向孔数量n1、压裂孔及导向孔缝槽数量n2、缝槽长轴a、缝槽短轴b、缝槽方位角α、压裂孔注水压力pw、导向孔注水压力pd；(1)根据煤层的远场地应力σ1、σ3，煤的弹性模量E，抗拉强度为σt，计算得到起裂压力pf；(2)通过以下公式计算缝槽设计参数：上式中，σρ应力重新分布前的最小主应力，σθ应力重新分布前的最大主应力，A1、A2、A3、B1、B2、B3为系数，pw为压裂孔注水压力；且系数A1、A2、A3、B1、B2、B3满足下列方程式：上式中，α为缝槽方位角，ρ为映射导向距离，m＝(a‑b)/(a+b)，a、b为椭圆形割缝孔的长轴和短轴；当径向应力σρ＞切向应力σθ时，裂纹能按照设计的方向持续扩展，同时，上式化简为：σ1·f(ρ)+σ3·g(ρ)+Pw·h(x)≥0即满足该条件时，能对裂纹进行导向，式中各参数意义如下：(3)根据上述关系，得到压裂孔注水压力pw、缝槽长轴a、短轴b、缝槽方位角α与映射导向距离ρ的关系，即压裂孔注水压力pw、缝槽长轴a与映射导向距离ρ正相关，短轴b、缝槽方位角α与映射导向距离ρ负相关，并根据上述关系在最大主应力侧少布置且远距离布置导向孔，在最小主应力侧多布置且近距离布置导向孔，最终应根据施工地点参数确定导向孔位置及数量，所述α取弧度，范围为0～π/2；其中，导向孔数量与压裂孔缝槽数量相同，且位于压裂孔缝槽的延长线上；导向孔缝槽按照压裂孔缝槽布置方式进行布置，压裂孔注水压力pw大于起裂压力pf，导向孔注水压力pd小于起裂压力pf且大于最小水平主应力σ3；步骤2，按照步骤1对压裂孔与导向孔的设计，从岩巷向煤层钻进压裂孔及导向孔，导向孔布置位置及数量结合煤层地质情况进行设计，为2～8个且距压裂孔为15～35m；步骤3，按照步骤1中对缝槽方位角α、缝槽长轴a、缝槽短轴b的设计，对压裂孔及导向孔进行水力割缝，缝槽为矩形，沿导向孔或压裂孔轴向布置，方位角α接近最小主应力σ3方向，缝槽数量为2～8个，缝槽深度为1～3m；步骤4，对压裂孔及导向孔进行封孔，封孔至煤层底板，养护；步骤5，连接各个导向孔与压裂泵A，多个导向孔连接一个压裂泵，导向孔孔口安装有压力表，导向孔与压裂泵间装有截止阀，也可根据需要导向孔连接多个压裂泵以产生不同压力的导向孔；步骤6，连接压裂孔与压裂泵B，压裂孔孔口安装有压力表，压裂孔与压裂泵间装有截止阀和流量计；步骤7，启动压裂泵A至设计压力pd并保持恒定，该压力pd小于起裂压力pf且大于最小水平主应力σ3；步骤8，待导向孔压力稳定后启动压裂泵B，缓慢升高泵压直至煤层起裂，然后保持压裂泵压力稳定；步骤9，压裂过程中随时观察各个导向孔的压力，若导向孔压力升高，则表明已压裂至该导向孔，关闭该导向孔与压裂泵A之间的截止阀，待各个导向孔全部连通之后关闭压裂泵A；步骤10，先关闭压裂孔与压裂泵B之间的截止阀，再关闭压裂泵B，开始对是压裂孔进行保压。