巷道定向超长钻孔大规模水力压裂增透预抽瓦斯治理工艺

摘要

巷道定向超长钻孔大规模水力压裂增透预抽瓦斯治理工艺，包括以下步骤：S1、选择压裂层段，依据钻孔综合曲线和固井成果报告，选择井径规则、煤体结构好、渗透性较好、含气量较高的煤层段；S2、开始钻孔封固作业，安装压裂井口，配备压裂液储罐，并对采油树进行固定，摆放施工设备，连接高、低压管线；S3、对地面高压管汇及井口试压；S4、试压完成后，下入裸眼封隔器工具，开始进行压裂施工作业，完成即可。与现有技术相比本发明的有益效果是：提高定向超长钻孔的瓦斯抽采效率及抽采率，进一步保障煤矿的生产安全。

说明书

技术领域

本发明涉及瓦斯开采工艺领域，具体为巷道定向超长钻孔大规模水力压裂增透预抽瓦斯治理工艺。

背景技术

目前，定向超长钻孔在煤矿瓦斯预抽中得到了广泛的应用，该工艺能大幅增加瓦斯泄压面积和瓦斯气体泄流通道。但面对大量的构造煤体、粉煤体等，定向超长钻孔在成孔后不久，孔道就被煤粉堵塞，主要是由于钻孔裸眼抽采时，孔道内的煤粉颗粒会因负压牵引产生运移，运移过程中堆叠后形成堵塞，这就导致了瓦斯预抽效果迅速降低，甚至很快无效，造成钻孔投入的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供巷道定向超长钻孔大规模水力压裂增透预抽瓦斯治理工艺，有效解决上述问题，提高定向超长钻孔的瓦斯抽采效率及抽采率，进一步保障煤矿的生产安全。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：巷道定向超长钻孔大规模水力压裂增透预抽瓦斯治理工艺，包括以下步骤：

S1、选择压裂层段，依据钻孔综合曲线和固井成果报告，选择井径规则、煤体结构好、渗透性较好、含气量较高的煤层段；

S2、开始钻孔封固作业，安装压裂井口，配备压裂液储罐，并对采油树进行固定，摆放施工设备，连接高、低压管线；

S3、对地面高压管汇及井口试压；

S4、试压完成后，下入裸眼封隔器工具，开始进行压裂施工作业，完成即可。

作为优化，所述S2中的钻孔封固作业的方法为：

（1）开设一井眼并钻至指定的长度，井眼的轨迹符合设计要求，然后进行通井、循环排量清水洗井，其中清水洗井的洗井液至少3个井筒容积以上；

（2）下入壁厚大于4mm的无缝耐压套管至井底，且每2根无缝耐压套管之间连接一组挠性扶正器，保证无缝耐压套管的居中和封固质量；

（3）计算下入井眼深度，配置短节，在最后下入5根壁厚大于5mm的无缝耐压套管并留好丝扣；

（4）洗井，洗井液不小于2倍井筒容积；

（5）向无缝耐压钢管的外部和井眼之间注入石油G级水泥浆和速凝剂，其中石油G级水泥浆为比重1.85，待返浆至井口，侯凝24小时；

（6）通过无缝耐压钢管内进行二进开钻作业，钻至指定位置。

作为优化，所述S4中的裸眼封隔器工具采用水力扩张式封隔器进行层间封隔。

作为优化，所述S4中的压裂施工作业方法为：

（1）多级无缝耐压套管之间均采用水力扩张式封隔器进行层间封隔，通过液压进行封隔器的启动；

（2）各级采用投球滑套并通过复合压裂液实现分级压裂施工，通过投入大小尺寸不同的球实现滑套的逐级开启；

（3）压裂施工完成后，无缝耐压套管不可回收，最终所有施工的无缝耐压套管留在施工井眼内。

作为优化，所述复合压裂液包括前置液、携砂液和顶替液；所述前置液的比例占复合压裂液的30%-50%，顶替液的容量是大于整套无缝耐压套管的容积；所述前置液和顶替液均使用活性水；所述携砂液包括增稠剂、胶联剂、助排剂和砂石。

作为优化，所述砂石由40-70目中细砂和20-40目中砂组成，且中细砂和中砂比例为1:2；所述砂石占携砂液中含量为3%-6%。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：通过多级压裂施工的方式，对煤层地进行压裂作业，提高了瓦斯预抽的效果；同时改进了传统的压裂施工作业方法，将作业完的所有施工管柱留在施工井眼内，以起到支撑效果及作用，防止了因地层塌陷而导致的管道堵塞情况；同时优化了复合压裂液的选择，使得其压裂后形成的地层管道更加稳固、安全性更高。

具体实施方式

巷道定向超长钻孔大规模水力压裂增透预抽瓦斯治理工艺，其特征是，包括以下步骤：

S1、选择压裂层段，依据钻孔综合曲线和固井成果报告，选择井径规则、煤体结构好、渗透性较好、含气量较高的煤层段；

S2、开始钻孔封固作业，安装压裂井口，配备压裂液储罐，并对采油树进行固定，摆放施工设备，连接高、低压管线；

S3、对地面高压管汇及井口试压；

S4、试压完成后，下入裸眼封隔器工具，开始进行压裂施工作业，完成即可。

所述S2中的钻孔封固作业的方法为：

（1）开设一井眼并钻至指定的长度，井眼的轨迹符合设计要求，然后进行通井、循环排量清水洗井，其中清水洗井的洗井液至少3个井筒容积以上；

（2）下入壁厚大于4mm的无缝耐压套管至井底，且每2根无缝耐压套管之间连接一组挠性扶正器，保证无缝耐压套管的居中和封固质量；

（3）计算下入井眼深度，配置短节，在最后下入5根壁厚大于5mm的无缝耐压套管并留好丝扣；

（4）洗井，洗井液不小于2倍井筒容积；

（5）向无缝耐压钢管的外部和井眼之间注入石油G级水泥浆和速凝剂，其中石油G级水泥浆为比重1.85，待返浆至井口，侯凝24小时；

（6）通过无缝耐压钢管内进行二进开钻作业，钻至指定位置。

整个过程中，首先通过第一次钻孔和封固确保上层通道的稳定性和可靠性，然后进行二进开钻作业，将其钻至需要进行压裂作业的位置。

所述S4中的裸眼封隔器工具采用水力扩张式封隔器进行层间封隔。

所述S4中的压裂施工作业方法为：

（1）多级无缝耐压套管之间均采用水力扩张式封隔器进行层间封隔，通过液压进行封隔器的启动；

（2）各级采用投球滑套并通过复合压裂液实现分级压裂施工，通过投入大小尺寸不同的球实现滑套的逐级开启；

（3）压裂施工完成后，无缝耐压套管不可回收，最终所有施工的无缝耐压套管留在施工井眼内。

在这个过程中，例如选用2-7/8in的3m短油管（或者也可采用钻井的3m钻杆）+第5级K344压裂封隔器+第5级分层滑套+2-7/8in的3m短油管+第4级K344压裂封隔器+第4级分层滑套+2-7/8in的3m短油管+第3级K344压裂封隔器+第3级分层滑套+2-7/8in的3m短油管+第2级K344压裂封隔器+第2级分层滑套+2-7/8in的3m短油管+第1级K344压裂封隔器+第1级坐封滑套+引鞋（具体分级数量应基于超长钻孔成孔情况来定）。

首先投第1级球，打开坐封滑套，封隔器坐封，进行第1级压裂；投第2级球，打开第2级分层滑套，同时保证第1级封隔器和上部封隔器全部坐封，实现第2级压裂；依次类推，逐级实现所有层的分层压裂。

所述复合压裂液包括前置液、携砂液和顶替液；所述前置液的比例占复合压裂液的30%-50%，顶替液的容量是大于整套无缝耐压套管的容积；所述前置液和顶替液均使用活性水；所述携砂液包括增稠剂、胶联剂、助排剂和砂石。所述砂石由40-70目中细砂和20-40目中砂组成，且中细砂和中砂比例为1:2；所述砂石占携砂液中含量为3%-6%。

为了保证压裂裂缝长度，从而提高压裂效果，结合设备能力，本井设计采用复合压裂液体系。其中前置液以高于地层破裂压力在地层中产生裂缝，起到开启裂缝和裂缝延伸的作用；携砂液是携带砂石进入裂缝进行通过稳固的作用；顶替液是将管内的携砂液替出。

在进行顶替液替换携砂液的过程中采用的是裂缝强制闭合技术，以保证携砂液在裂缝内的有效支撑，且使得压裂液快速排出，减小对储层的伤害；待压裂停泵后8小时开始放喷返排；并连接负压抽采系统，初期使用1～3mm油嘴，排量控制≤200L/min；根据压力和排量适时调整油嘴大小，排至井口无溢流；拆除油嘴节流系统后即可进行正常的瓦斯抽采。

同时排液量在井口压力下降到无溢流时，还可以采用压缩空气反循环增能助排。

因此结合整套工艺流程与常规油气开采的区别在于：

常规油气田及煤层气抽采井钻孔和压裂，采用的是控制面积内体积改造、整体破坏原始构造的方式，从而将整个构造内的资源最大量的获取。

巷道压裂的目的是进行条带治理，是在整个构造中的某个区域进行的定点治理，不会对整个构造产生其他影响，将整个区域的采煤安全放在首位的处理方式。

为了保证压裂效果和抽采的时效性，达到快速排液、防止压裂液长时间存留造成污染的效果，采用先钻压裂孔，实施压裂改造后，在同平面下方二次钻孔排水抽采的方式。二次钻孔不仅能够起到抽气降水、增大抽采流量的作用，同时可以对压裂裂缝起到了联通的作用。压裂孔使用钢管作为压裂及抽采通道，抽采孔使用PE筛管作为排水抽采通道。可以在最大程度上保护孔壁的稳定性和抽采通道的留存，保证达到条带改造治理的目的。

在孔内工具的选择方面：

常规的巷道煤层钻孔采用裸眼完成的方式，无法实施类似于石油钻井中进行精确的定点深穿刺改造。因此该工艺施工中采用的投球滑套等工具，可实现在近滑套孔位置自然选择应力薄弱点作为突破口进行的有效改造。施工过程中加入暂堵颗粒，对裂缝进行暂堵后，形成新的起裂位置，从而有效增大改造范围。

在压裂用设备的选择方法：

目前的巷道煤层水力压裂技术尚存在的问题是水力压裂设备流量小，且输水管径偏小，沿途压力损失过大，影响了压裂效果。在巷道内属于受限空间，常规设备不具备防爆功能，在巷道内使用的压裂设备必须具有煤矿安全的相关证照，具备较高的防爆性能，不产生任何明火，不成为爆炸源。具有控制简便、易于转运、安装、电力驱动（无热源）的特点。

通过对比各巷道压裂地点采用不同压裂工艺的现场试验，初步形成了不同滤失条件地层的系列化巷道压裂工艺。滤失速度大于5m3/h的地层，应选用多台压裂泵组工艺；滤失速度为1~5 m3/h之间的地层，可选用单台大泵压裂工艺或双台小泵并联压裂工艺；滤失速度小于1 m3/h的地层，可选用单台小泵压裂工艺。

但进行压裂工艺选择时，为节约压裂时间，应尽量选择大流量压裂工艺。多泵并联此工艺可以有效保证实现压裂半径的实现、暂堵颗粒的有效投送。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。