煤田地质与勘探

作者：庞涛, 姜在炳, 惠江涛, 贾秉义,

关键词：煤系, 水平井, 定向射孔, 水力压裂, 裂缝扩展,

复杂含煤地层顶板水平井射孔压裂是增加煤层透气性、提升瓦斯抽采效率的关键，而地层结构和射孔位置影响裂缝扩展形态。考虑地层结构特征及射孔位置，建立压裂工程地质模型；基于有限元方法构建数值模型，研究射孔位置、地层条件、垂向应力与水平应力差对裂缝扩展的影响，并进行工程验证，提出施工建议。结果表明：射孔孔眼位置存在全部位于煤层中、全部位于顶板岩层中和部分位于顶板部分位于煤层3种情况。孔眼位于煤层中，裂缝受到界面的“阻隔”作用，对煤层改造有利；孔眼位于顶板，当顶板层理发育，垂向应力与最小水平主应力差大于2 MPa时裂缝能够穿越层理和界面进入煤层，而顶板完整时，应力差大于−2 MPa裂缝即可在孔眼诱导作用下进入煤层，顶板层理和界面对裂缝垂向扩展具有“阻挡”作用，结构完整地层有利于裂缝的垂向穿层扩展；孔眼部分进入煤层，对裂缝起裂、扩展产生明显诱导作用，形成沿界面的水平缝和进入煤层的垂直缝，无论顶板是否完整，都能形成有效改造裂缝。当射孔孔眼距煤层较远、孔眼与煤层间弱面发育、水平应力大于垂向应力或压裂施工规模不足时，建议采用深穿透射孔、分支孔等能够沟通煤层的工程措施，以保证压裂效果。研究结果在陕西韩城某煤矿的井下分段压裂施工中进行了应用，试验孔瓦斯抽采效果良好，可为类似地质、工程条件下的压裂施工提供借鉴。

来源：2024年第4期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

查看煤田地质与勘探杂志2024年第4期