一種煤層水力壓裂效果時空評價方法
2023-06-07 01:24:46 2
一種煤層水力壓裂效果時空評價方法
【專利摘要】一種煤層水力壓裂效果時空評價方法，在選定的採掘巷道巷幫施工壓裂鑽孔，封孔並連接水力壓裂系統。其特徵在於：以壓裂孔為軸對稱中心，在壓裂孔所在水平線上沿巷道走向均勻布置銅質電極，電極一端與巷幫煤體良好耦合，另一端利用漆包線與高密度電法儀相連接；啟動電法儀，測試壓裂前的煤層電阻率；啟動水力壓裂系統對煤體進行壓裂，同時利用電法儀連續採集電阻率數據，直至正常壓裂結束後關閉儀器；最後進行數據的分析與處理。這種基於電阻率變化監測及評價煤層水力壓裂有效作用範圍的方法可通過反演煤體內部壓力水的運移實現對水力壓裂過程煤層內部裂縫分布及擴展情況的連續監測，適用於煤層水力壓裂有效作用範圍的監測與評價。該方法操作簡單，不留「盲區」，測試費用低，準確度高。
【專利說明】一種煤層水力壓裂效果時空評價方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種煤層水力壓裂效果時空評價方法，屬煤礦安全及瓦斯災害防治領域，尤其適用於在含瓦斯煤中實施煤層水力壓裂有效作用範圍的測定與評價。
【背景技術】
[0002]瓦斯災害是制約我國煤礦安全、高效生產的最重要因素。近年來的實踐證明，水力壓裂能夠對煤體起到良好的卸壓增透作用，大大提高瓦斯抽採效率，達到良好的抽採及防關效果。
[0003]然而，目前水力壓裂的效果評價僅停留在非常傳統的手段，在壓裂孔附近布置瓦斯抽採鑽孔，考察鑽屑量、含水量等傳統指標及考察瓦斯抽採效果，這些參數均是對水力壓裂潛在影響區域的「點評價」，無法實現區內煤巖體結構演化的時空連續評價，從而必然造成效果考察及後期瓦斯抽採施工的盲目性，不僅影響煤礦安全生產，也會導致施工成本的大幅提高。《煤炭學報》2012年37卷第12期的論文「定向水力壓裂工作面煤體應力監測及其演化規律」監測了水力壓裂工作面煤體的應力狀態，通過應力變化反映水力壓裂效果的方法雖然能連續觀測，但是工作面應力受採動過程以及周期來壓有關，因此並不能有效、全面反映水力壓裂的影響。《鑽採工藝》2010年3月的論文「射孔參數對水力壓裂效果的影響實例分析」利用閉合應力監測對水力壓裂效果進行評價，監測方法複雜，而且反演過於繁瑣，實用性不強。因此，發明一種可靠的、能夠對水力壓裂過程實現時間、空間兩方面連續評價的技術方法是非常有意義的。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對已有技術中的問題，提供一種方法簡單、操作方便、準確性高的煤層水力壓裂效果時空評價方法。
[0005]為實現上述目的，本發明的煤層水力壓裂效果時空評價方法，包括在選定的採掘巷道巷幫施工壓裂鑽孔，封孔並連接水力壓裂系統；其特徵在於:
[0006](I)以壓裂孔為軸對稱中心，在壓裂孔所在水平面上，距離底板(2) 1.1?1.3m處間隔距離向煤幫內插入多個銅質電極，多個銅質電極沿巷道走向均勻布置；
[0007](2)利用漆包線將每個電極直接與電法儀相連接，多根漆包線捋成導線束沿巷幫與巷道底板夾角處整齊伸直固定；
[0008](3)水力壓裂前20min，啟動電法儀，測試水壓為時的煤層電阻率並反演出視電阻
率雲圖；
[0009](4)啟動水力壓裂系統對煤體進行水力壓裂，同時通過電法儀連續採集電阻率數據，直至水力壓裂結束30min後關閉電法儀；
[0010](5)分析電阻率信號，基於電阻率信號的時空變化反演煤層內壓力水的分布情況，實現對水力壓裂效果的時空評價:
[0011]電阻率減小20%以上的區域，即認為是水力壓裂有效作用區域，水力壓裂有效區域為電阻率減小20%的區域面積之和。
[0012]所述的銅質電極為圓柱或圓錐形，其直徑為0.8?1.2cm,長度10?15cm。
[0013]所述的多個銅質電極垂直於煤壁插入煤體,插入深度為30?50cm。
[0014]所述的多個銅質電極間隔的距離為4?6m。
[0015]有益效果:本發明利用電法勘探技術以介質導電性差異為物性基礎，通過人工激發形成地下直流電流場，觀測探測區周圍不同方向由直流點電源激發電場所產生的電位差，通過數據反演，重建地質體內部結構圖像。基於電阻率信號對水的敏感響應，在煤層水力壓裂之後，裂縫充滿導電液體，電阻率發生變化，通過電法測試與數據反演，可以連續觀測裂縫的變化情況，從而實現了對煤層水力壓裂效果的時空評價。其主要優點在於:
[0016](I)本方法是通過水力壓裂過程煤層電阻率的變化對壓裂效果進行評價的，電阻率對水非常敏感，水力壓裂時水流動到何處就會引起該處煤體電阻率的變化；同時，只要壓裂過程不結束，電阻率信號就會持續採集。因此，該方法在時間上和空間上實現了對水力壓裂過程的連續監測與評價。避免了以往傳統水力壓裂效果考察(主要以打鑽為主)的「點評價」形式，降低了施工盲目性；
[0017](2)本方法操作簡單，避免了在煤層中施工效檢鑽孔，大大降低了施工成本，最大限度的降低了對井下正常生產的影響。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明原理框圖。
[0019]圖2是本發明的結構示意圖。
[0020]圖中:1_頂板，2-底板，3-煤層，4-電極，5-導線束，6-電法儀，7-壓裂孔，8-無縫鋼管，9-高壓膠管，10-閥門，11-高壓水泵。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明的一個實施例作進一步的描述:
[0022]本發明的煤層水力壓裂效果時空評價方法，具體步驟如下:
[0023](I)在選定的煤層3下巷巷幫施工壓裂鑽孔7，壓裂孔孔口距離頂板I為2.7?
2.9m，距離底板2為1.1?1.3m，按現場要求封孔並連接水力壓裂系統，水力壓裂系統由無縫鋼管8、高壓膠管9、閥門10及高壓水泵11構成；
[0024](2)以壓裂孔7為軸對稱中心，在其所在水平線上，距離底板2為1.1?1.3m處每隔一段距2為離向煤幫內插入一個銅質電極4，沿巷道走向均勻布置32根電極，電極間距為4?6m ;所述的多個銅質電極4為圓柱或圓錐形,其直徑為0.8?1.2cm,長度為10?15cm ;所述的多個銅質電極4垂直於煤壁插入煤體,插入深度為30?50cm ；
[0025](3)利用漆包線將每個電極直接與高密度電法儀6相連接，多根漆包線捋成導線束5沿巷幫與巷道底板2夾角處整齊伸直固定；
[0026](4)水力壓裂前20min，啟動電法儀6，測試水壓為O時的煤層電阻率數據，並反演出視電阻率雲圖；
[0027](5)啟動水力壓裂系統對煤體進行水力壓裂，同時利用電法儀6連續採集電阻率數據，直至水力壓裂結束30min後關閉電法儀6 ;[0028](6)分析電阻率信號，基於電阻率信號的時空變化反演煤層內壓力水的分布情況，實現對水力壓裂效果的時空評價；
[0029]基於電阻率信號變化反演煤層內水的分布時，判斷準則為:電阻率減小20%以上的區域，即認為是水力壓裂有效作用區域，水力壓裂有效區域為電阻率減小20%的區域面積之和。
【權利要求】
1.一種煤層水力壓裂效果時空評價方法，包括在選定採掘巷道巷幫施工壓裂鑽孔(7)，封孔並連接水力壓裂系統；其特徵在於: (1)以壓裂孔⑵為軸對稱中心，在壓裂孔(7)所在水平面上，距離底板(2)1.1~1.3m處間隔距離向煤幫內插入多個銅質電極(4)，多個銅質電極(4)沿巷道走向均勻布置； (2)利用漆包線將每個銅質電極(4)直接與電法儀(6)相連接，將多根漆包線捋成導線束(5)沿巷幫與巷道底板(2)夾角處整齊伸直固定； (3)水力壓裂前20min，啟動電法儀(6)，測試水壓為O時的煤層電阻率數據，並反演出視電阻率雲圖； (4)啟動水力壓裂系統對煤體進行水力壓裂，同時通過電法儀(6)連續採集電阻率數據，直至水力壓裂結束30min後關閉電法儀(6)； (5)分析電阻率信號，基於電阻率信號的時空變化反演煤層內壓力水的分布情況，對水力壓裂效果的時空評價: 電阻率減小20%以上的區域，即認為是水力壓裂有效作用區域，水力壓裂有效區域為電阻率減小20%的區域面積之和。
2.根據權利要求1所述的一種煤層水力壓裂效果時空評價方法，其特徵在於:所述的銅質電極(4)為圓柱或圓錐形，其直徑為0.8~1.2cm,長度10~15cm。
3.根據權利要求1或2所述的一種煤層水力壓裂效果時空評價方法，其特徵在於:所述的多個銅質電極(4)垂直於煤壁插入煤體，插入深度為30~50cm。
4.根據權利要求1或2所述的一種煤層水力壓裂效果時空評價方法，其特徵在於:所述的多個銅質電極⑷間隔的距離為4~6m。
【文檔編號】E21B49/00GK104018830SQ201410283307
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月23日 優先權日:2014年6月23日
【發明者】宋大釗, 王恩元, 王勃, 邱黎明, 黃蘭英 申請人:中國礦業大學