顺层钻孔水力压裂增透效果试验研究

张永松

(淮南矿业(集团)有限责任公司 顾桥煤矿，安徽 淮南232001)

1 矿井及试验区概况

1613(1)工作面位于顾桥矿南三11-2 采区，为南三采区首采面。工作面可采长度1525m，面长240m，平均煤厚2.9m，工作面上限标高-600～-700m，煤层倾角1～4°，实测该区域最大原始瓦斯压力0.58MPa，最大原始瓦斯含量5.5m3/t，煤层透气性差，为了防止工作面在回采过程中出现瓦斯超限事故，进一步保证安全生产，对该面实施了瓦斯抽采措施。为提高煤层透气性和工作面瓦斯治理效率，在1613(1)工作面轨道顺槽施工6 个顺层水力压裂增透试验孔，单孔最大注水量102.74m3，平均注水量70.8m3/孔，并对压裂效果进行了考察。

2 试验方案

2.1 钻孔布置

1613(1)轨道顺槽压裂钻孔及普通抽采钻孔布置示意图如图1 所示。将1613（1）轨顺分为压裂区和未压裂区来进行压裂效果、压裂半径的考察，前200m 范围内（压裂区）压裂孔间距50m，中间940m范围（未压裂区）钻孔提前施工完毕，未进行压裂，后400m 范围（压裂区）压裂孔间距100m。

图1 压裂钻孔及普通钻孔布置平面布置图

2.2 压裂钻孔封孔工艺

压裂钻孔孔深120m，采用“三堵两注”囊袋封孔工艺，封孔深度为30m，封孔示意图如2 所示。囊袋使用特效水泥，注浆压力不低于2MPa，中间注浆段采用标号32.5 水泥，注浆压力不低于6MPa。

2.3 压裂参数

自2016 年6 月开始进行顺层钻孔水力压裂工作，已累计完成注水钻孔6 个。各单孔注水量、注水压力见表1。

表1 压裂钻孔统计表

3 压裂半径考察情况

3.1 煤层含水率测试

11-2 煤原始含水率约为2.3%，通过压裂后煤层含水率的变化情况来考察有效压裂半径，以2#压裂孔为研究对象，在距离2#压裂钻孔每隔5m 共施工了6 个考察钻孔，含水率测试情况见表2，按含水率4%为标准，确定压裂有效半径为25m。

表2 检验钻孔含水率统计表

3.2 瞬变电磁法考察压裂半径

如图3 所示，压裂注水1#、2#钻孔，其中1#孔注水22.2t，2#孔注水102.74t，根据瞬变电磁探测顺层方向结果显示：1#孔左侧倾向方向10～65m 范围有一相对低阻富水区，走向范围左侧0～18m 范围、右侧0～7m 范围有一相对低阻富水区，2#孔左右两侧倾向方向10～80m 范围有一相对低阻富水区，走向范围左侧0～30m 范围、右侧0～15m 范围有一相对低阻富水区，沿钻孔钻进方向远端未发现有明显相对低阻富水区及导水通道。可见瞬变电磁结果与煤层含水率测定结果基本吻合，顺层压裂钻孔倾向影响范围为80m，走向有效半径为25m。

图3 压裂钻孔瞬变电磁探测图

4 煤层透气性系数考察情况

通过钻孔径向法来计算煤层透气性系数，即压裂钻孔在水力压裂前进行原始瓦斯压力的测定，当压力稳定于最高值后，拆除压力表，开始自然排放瓦斯，并隔一定时间测定钻孔内的瓦斯流量，而后计算煤层透气性系数。然后采用同样的方法测定压裂后的煤层透气性系数（表3）。通过考察1#、2#、6#压裂孔在压裂前、后的透气性系数变化情况可知，采用水力压裂增透技术后，煤层透气性系数提高1 倍以上。

表3 透气性系数测定结果

5 抽采效果考察情况

将压裂区域和未压裂区域钻孔分开计量，如图4 所示的2016 年8 月至10 月的抽采量变化趋势可知，压裂区域的瓦斯抽采效果显著提高。

图4 压裂区域和未压裂区域钻孔抽采纯量对比

未压裂区域共计合茬抽采钻孔144 个，单元平均浓度10%，抽采纯量1.1m3/min，平均百孔抽采纯量为0.76m3/min。压裂区域共计合茬抽采钻孔42 个，单元平均浓度25%，抽采纯量0.53m3/min，平均百孔抽采纯量为1.26m3/min，压裂区域的百孔抽采纯量提高了65.7%。

6 结论

6.1 煤层含水率测试结果表明水力压裂走向有效半径为25m，与瞬变电磁法测试结果一致。

6.2 与未压裂区域相比，压裂区域煤层透气性系数从0.0545～1.4787 m2/(MPa2·d)，提高至0.1149～3.1829m2/(MPa2·d)，提高了1 倍以上；平均百孔抽采纯量从0.76m3/min 提高至1.26 m3/min，提高了65.7%，抽采效率明显提升。

6.3“三堵两注”囊袋封孔工艺对于压裂钻孔封孔具有良好的封堵效果。