煤田地质与勘探

作者：张庆利, 孙四清, 李浩哲, 吴晓眩, 杨帆, 郑玉岐, 李文博,

关键词：碎软煤层, 顶板水平井, 体积压裂, 缝网扩展, 煤层气,

目的和方法为实现碎软煤层地面水平井快速抽采，提出了煤层顶板水平井体积压裂技术。以某矿区4-1煤为研究对象，通过Abaqus有限元软件建立数值模型，探究地应力条件对多裂缝穿层延展特性的影响；通过真三轴水力压裂实验分析不同排量、簇数、簇间距下多裂缝扩展规律；运用Mshale三维压裂设计软件，对体积压裂中射孔簇数与簇间距、排量、平均砂比及压裂液规模等关键参数开展优化研究，并进行工程实践。结果和结论(1) 地应力状态决定体积压裂缝网形态，当垂向应力差异系数k≤0时，多裂缝易沿最小水平主应力方向形成水平缝，k≥0.25时，多裂缝快速穿层形成垂直缝，穿层速度随k增大而提升；层间应力差增大使多裂缝在煤层中长度增加、顶板中长度减少，且中间裂缝与两侧裂缝的长度差值及平均起裂压力随应力差增大而增大。(2) 试样中裂缝起裂后优先在顶板中扩展，低排量下煤层内缝高不足，中排量可促进裂缝在煤层中扩展并形成贯通缝网，高排量虽能使裂缝延伸至试样边界但会升高起裂压力；2簇时形成“ | ”形缝，储层改造不均，3簇时裂缝可在煤层连通，形成“∨”形缝网，4簇时会引发强烈缝间干扰，在顶板中形成“凵”形缝网，水平缝阻碍垂直缝穿层；簇间距过大时近井口射孔簇优先起裂成为优势通道，其余射孔簇难以起裂，不利于缝网形成。(3) 射孔簇数过多、簇间距过小会增强缝间干扰，抑制裂缝扩展；排量提升可增强缝内净压力，促进裂缝长、宽、高同步发育；压裂液规模增加优先驱动缝长扩展；平均砂比控制在16%~24%可避免近井砂堵并保障支撑剂远场铺置效果；确定最优压裂参数为：段长60 m，射孔3簇、簇间距20 m，排量20 m3/min，平均砂比16%，最高砂比不超过24%，压裂液规模3 500 m3。(4) 该技术现场应用效果良好，现场微震监测结果显示缝网半长212.5~225.5 m，平均219.0 m，缝网高度25~40 m，平均32.5 m，缝网贯穿煤层并在底板中有所延伸，裂缝延伸特征与理论研究一致，且缝网扩展规模较同矿区常规顶板水平井分段压裂显著提升，可为同类碎软煤层气储层高效压裂改造提供技术支撑。

来源：2026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2026年第4期