顶板水平井分段分簇压裂治理掘进巷道瓦斯模式研究
王博1
侯恩科2
马良3
孙四清4
杜新峰4
杨建超4
王正喜4
单元伟4
1.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 710054;中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安 7100772.西安科技大学地质与环境学院,陕西西安 7100543.中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安 710077;中国地质大学地球科学学院,湖北武汉 4300744.中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西西安 710077
摘要：为了解决淮南矿区碎软低渗煤层掘进巷道瓦斯抽采效率低的问题,提出了煤层顶板水平井分段分簇压裂瓦斯治理模式.运用数值模拟方法和物理相似模拟方法研究了煤层顶板水平井水力压裂裂缝扩展过程;运用产能模拟的方法研究了分段分簇压裂的产气效果,对分簇压裂和不分簇压裂进行了剩余瓦斯含量对比分析.裂缝扩展数值模拟结果表明:煤层顶板水平井内的裂缝能够扩展至煤层,将煤层全部压开,且由于煤层的塑性大于顶板砂质泥岩,煤层形成比顶板更为宽泛的压裂缝.裂缝扩展物理相似模拟结果表明:在考虑了泥岩伪顶发育的条件下,水平钻孔布置在碎软煤层顶板的砂岩内,在合理的垂直距离和大排量压裂液施工的环境下,若煤层发育有较薄的泥岩伪顶,裂缝能沿着射孔孔眼穿过直接顶-伪顶界面(粉砂岩-泥岩界面)和伪顶-煤层界面(泥岩-煤层界面),扩展至下伏煤层内,裂缝延伸形成 1条弯曲不规则的阶梯型裂缝,能实现对碎软煤层的压裂改造目标.但是,当煤层发育有较厚的泥岩伪顶时,泥岩对水力压裂产生了阻挡作用,导致裂缝难以压开下伏煤层.产能模拟结果表明:在相同的地层环境和施工条件下,经过 3a的抽采,单段不分簇压裂能够产生更大的瓦斯抽采影响范围,但不能均匀降低掘进巷道的瓦斯含量,压裂段之间出现了瓦斯抽采空白带,分簇压裂产生的瓦斯抽采影响范围小,却能够更均匀的降低掘进巷道的瓦斯含量.经过在淮南地区潘谢煤矿的工程验证,在10 m3/min的施工排量下,裂缝长度最长可以达到193.8 m,最大缝高27.0 m,单井日产气量最高达到 1 490 m3/d,2 a的瓦斯抽采量达到 31×104 m3,说明煤层顶板水平井分段分簇压裂技术是淮南地区碎软低渗煤层掘进巷道瓦斯高效抽采的有效模式.
关键词：掘进巷道瓦斯治理顶板水平井分段分簇压裂裂缝形态产能模拟
分类号：TD712.6(矿山安全与劳动保护)
资助基金：国家自然科学基金(42374176)陕西省自然科学基础研究计划重点资助项目(2022JZ-16)陕西省创新能力支撑计划资助项目(2022TD-02)
论文发表日期：2024-05-25
在线出版日期：2025-08-15（本平台首次上网日期，不代表文献的发表时间）
页数：13( 114-126 )
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