[发明专利]一种低透气性煤层井下水砂压裂瓦斯抽采方法

说明书

一种低透气性煤层井下水砂压裂瓦斯抽采方法，目的是使气体空腔断面相互沟通，提高煤层透气性；本发明方法是从底板岩石预抽巷向工作面顺槽施工水砂压裂钻孔，进行水砂压裂后再进行打钻抽放；若最高压力在35MPa以下，采用胶囊封孔的方式进行封孔；启动压裂泵后，将前置液注入施工煤层；待煤层裂缝形成并达到要求后开始注入携砂液，施工压力快速上升时停止注入；继续注入前置液再次进行煤层压力补偿，待液体施工压力下降至10Mp，再次注入携砂液，施工压力快速上升时停止注入；接着注入顶替液；关闭井口等到煤层压力缓慢释放后，用高压水对压裂孔进行洗孔；所在区域排水；如压裂时采用胶囊封孔，取出胶囊进行封孔，接入抽采管路进行抽采。

技术领域

本发明涉及一种在井下通过压裂工艺将高压压裂液体和支撑剂压入煤层，增强煤层透气性，提高瓦斯抽放效果的方法。

背景技术

长期以来，煤矿瓦斯灾害一直是制约煤炭企业安全、高效生产的重要因素。因瓦斯事故死亡的人数占煤矿死亡总人数的70％以上，且重大、特大事故多与瓦斯有关。目前随着我国煤矿逐渐向深部开采，矿井瓦斯压力、瓦斯含量不断增大，高瓦斯矿井和突出矿井所占比例不断增加。以目前的技术来看，瓦斯治理最有效的方法是先抽后采，然而，低透气性煤层严重制约了瓦斯抽采效果，影响着煤矿安全生产。因此，对低透气性煤层实施水砂压裂施工技术研究，进行本煤层压裂增透，形成新的抽采工艺，提高煤层瓦斯抽采效果意义重大。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种可使气体空腔断面相互沟通达到导流目的、提高煤层的透气性和抽采效果的低透气性煤层井下水砂压裂瓦斯抽采方法。

本发明方法是：

（1）钻孔布孔方式及施工：从底板岩石预抽巷向工作面顺槽施工水砂压裂钻孔，进行水砂压裂后再进行打钻抽放；底板岩石预抽巷（岩巷）段封孔效果好于煤巷段；

（2）封孔：若施工最高工作压力在35MPa以下，采用胶囊封孔的方式进行封孔，胶囊封孔器要求抗压强度达到40MPa以上，扩张系数大于150%，单节胶筒长度不小于1 m；若穿层钻孔的岩石段大于20 m且施工压力超过35MPa，则采用水泥砂浆封孔，水泥砂浆封孔段长度不小于20 m；

（3）前置液注入：启动压裂泵后，将前置液注入施工煤层，液体注入量远超其在煤层中的泄漏量，故而缓慢升压，当压裂泵排出的液体泵注压力达到煤储层地质破裂压力后,迫使煤层被撑开形成裂缝，继续泵注压裂液，可以扩大裂隙直至达到理想的裂缝深度和宽度范围；前置液注入量一般为80-100m³；

所述前置液是清水或活性水压裂液，活性水压裂液按质量百分比计的配比为：活性剂0.04-0.07%，增稠剂0.04-0.07%， KCl 0.3-0.7%，其余为清水；

（4）携砂液注入：待煤层裂缝形成并达到要求、液体压力平稳后开始注入初始携砂液；初始携砂液中石英砂所占重量比为3%-5%；石英砂采用粒径为0.15-0.30 mm石英砂；当出现施工压力快速上升时应暂时停止注入初始携砂液；

（5）再次注入前置液和携砂液：继续注入前置液再次进行煤层压力补偿以扩撑裂缝，待液体施工压力下降至10MPa并保持稳定时，注入二次携砂液；二次携砂液所用石英砂是粒径为0.45-0.9mm的中粒石英砂，二次携砂液中石英砂所占重量比为8-11%；若施工压力出现快速上升时停止注入二次携砂液；

（5）顶替液注入：携砂液加注完后接着继续注入顶替液，注入压力为15-18MPa，注入液量为2-3m³；以便使设备管道和压裂孔内残留的砂粒进入到压开的煤体裂缝中，不至于堵孔影响后期的抽采效果；顶替液注入后，压裂作业完成；

（6）洗孔：关闭井口等到煤层压力缓慢释放后，用1-2MPa的高压水利用压裂孔进行洗孔作业；待只有少量煤粒或砂粒排出时停止洗孔；一般洗孔时间为5-8 分钟；