一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法技术

本发明专利技术属于煤矿井工开采技术领域，涉及一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，包括：根据地质勘探钻孔柱状图进行坚硬岩层层位进行预判定；初步确定工作面采后难垮岩层岩性及赋存高度；根据预判定的结果，在工作面压裂区域内进行探测钻孔，并通过钻孔测井分析设备获得目标岩层的真实岩层信息；根据真实岩层信息制作岩层的二维走向垂直剖面图；根据二维走向垂直剖面图中，各区域目标岩层赋存特征，对水力压裂的工艺参数进行调整，实现层位高精度控制。本发明专利技术中方案适用于坚硬岩层水压致裂技术条件，提高压裂目标层位判别精度、提高岩层岩性与结构可视化程度、提升水压致裂施工效率、增强压裂施工效果。率、增强压裂施工效果。率、增强压裂施工效果。

【技术实现步骤摘要】
一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法


[0001]本专利技术涉及一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，属于煤矿井工开采


技术介绍

[0002]岩层灾害作为煤矿生产五大灾害之一，对矿井生产安全造成了严重威胁，坚硬岩层赋存条件作为主要致灾因素，容易引发工作面大面积来压、端头悬顶、巷道围岩变形量、冲击地压等重大事故，导致岩层管理难度增加，巷道维护量增大、支护成本上升、人员伤亡，坚硬岩层的预裂弱化对煤矿经济运行、安全生产意义重大。
[0003]坚硬岩层主要通过水力压裂和不同形式爆破达到破坏其整体性、降低强度的目的，由于水力压裂破坏范围大而可控、安全性较好，逐渐取代爆破成为很多矿区主要的岩层弱化手段，传统压裂方案目标层位的确定依据为地质勘探钻孔信息和经验判断，对地质条件变化敏感程度低，目标岩层内有效压裂次数少，压裂效果差；压裂参数由工人凭经验进行控制，裂缝扩展程度难以确定，造成坚硬岩层弱化效果降低。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，其解决了水力压裂依据地质钻孔和经验确定方案存在的地质条件敏感程度低，目标岩层内有效压裂次数少，裂缝扩展程度难以确定等问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出了以下技术方案：一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，包括：根据地质勘探钻孔柱状图进行坚硬岩层层位进行预判定；初步确定工作面采后难垮岩层岩性及赋存高度；根据预判定的结果，在工作面压裂区域内进行探测钻孔，并通过钻孔测井分析设备获得目标岩层的真实岩层信息；根据真实岩层信息制作岩层的二维走向垂直剖面图；根据二维走向垂直剖面图中，各区域目标岩层赋存特征，对水力压裂的工艺参数进行调整，实现层位高精度控制。
[0006]进一步，水力压裂包括煤矿井下基于小流量泵组的浅孔压裂，井下基于中小流量泵组的超长孔压裂和地面基于大流量泵组的地面垂直与水平井压裂，其中小流量泵组的流量小于等于0.5m3/min，压裂钻孔长度小于等于100m；中小流量泵组的流量大于0.5m3/min且小于3m3/min；大流量泵组的流量大于等于3m3/min。
[0007]进一步，预判定获得的地质勘探信息包括坚硬岩层厚度、坚硬岩层岩性与硬度和坚硬岩层层位，坚硬岩层厚度用于确定坚硬岩层的压裂次数；坚硬岩层岩性与硬度和坚硬岩层层位用于控制坚硬岩层的起裂压力、压裂时间及压裂位置。
[0008]进一步，预判定的方法具体为：沿综采工作面支架推进方向确定压裂区域，在工作面两巷布置专用岩层探测钻孔和压裂钻孔，在汇集地质勘探钻孔信息的基础上，每超过预设距离加设一个探测钻孔，利用岩层探测钻孔进行岩层钻孔录井测井，所选地质勘探钻孔应位于压裂区域内或区域外预设范围内。
[0009]进一步，探测钻孔的最终高度高于地质勘探钻孔柱状图中难垮岩层的层位。
[0010]进一步，真实岩层信息包括钻孔视频信息、自然伽马射线检测信息、钻孔轨迹和钻孔深度。
[0011]进一步，根据自然伽马射线检测信息、钻孔轨迹和钻孔深度绘制测井曲线，将测井曲线和钻孔视频信息进行同步分析，绘制钻孔岩性柱状、钻孔岩层结构和钻孔孔斜轨迹线，从而获得岩层钻孔测井高精度分析报告。
[0012]进一步，钻孔岩层结构包括岩层岩性、厚度、岩层硬度和裂隙发育及离层。
[0013]进一步，层位高精度控制包括：压裂目标岩层的高精度定位判别分析、随岩性变化岩层内起裂压力、压裂位置和压裂时间的确定以及构造区域的水力压裂的工艺参数确定。
[0014]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0015]1、本专利技术中方案适用于坚硬岩层水压致裂技术条件，提高压裂目标层位判别精度、提高岩层岩性与结构可视化程度、提升水压致裂施工效率、增强压裂施工效果。
[0016]2、本专利技术中方案采用基于钻孔测井信息的分区高精度动态压裂方案，可以有效控制压裂层位，提高了目标层位压裂强度，保证了压裂位置准确性，降低了压裂方案设计的盲目性。
附图说明
[0017]图1是本专利技术一实施例中坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法的示意图；
[0018]图2是本专利技术一实施例中煤矿综采工作面上覆坚硬岩层水力压裂钻孔、地质勘探钻孔、岩层专用探测钻孔布置平面图，其中，箭头方向为综采工作面支架的行进方向；
[0019]图3是本专利技术一实施例中煤矿综采工作面上覆坚硬岩层水力压裂钻孔、地质勘探钻孔、岩层专用探测钻孔布置垂直剖面图。
[0020]附图标记：
[0021]1‑
综采工作面支架；2
‑
探测钻孔；3
‑
压裂钻孔；4
‑
地质勘探钻孔；5
‑
地面表土层；6
‑
综采工作面。
具体实施方式
[0022]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术的技术方向，通过具体实施例对本专利技术进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本专利技术，它们不应该理解成对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0023]为了解决现有技术中凭经验及粗略地质钻孔信息确定岩层压裂方案，不符合煤矿井下综采工作面岩层控制及顶板管理发展趋势和煤矿智能化、信息化煤炭科技创新方向，以及水力压裂依据地质钻孔和经验确定方案存在的地质条件敏感程度低，目标岩层内有效压裂次数少，裂缝扩展程度难以确定等问题。本专利技术公开了一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，其通过地质勘探钻孔信息进行预判定，确定包括压裂钻孔长度、钻孔角度、压裂位置、压裂次数、起裂压力等压裂方案，初步形成水力压裂初始设计；通过钻孔测井信息的分区高精度动态压裂方案，可以有效控制压裂层位，提高了目标层位压裂强度，保证了压裂位置准确性，降低了压裂方案设计的盲目性；通过形成二维走向垂直剖面图，提高了压
裂目标层位判别精度、岩层岩性与结构可视化程度。
[0024]图1是本专利技术一实施例中坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法的结构示意图。本实施例中的坚硬岩层的条件是：1、普氏硬度系数f≥7，2、岩层厚度m≥4m，3、岩性为砂岩类，同时满足以上至少两个条件即可。水力压裂包括煤矿井下基于小流量泵组的浅孔压裂，井下基于中小流量泵组的超长孔压裂和地面基于大流量泵组的地面垂直与水平井压裂，其中小流量泵组的流量小于等于0.5m3/min，压裂钻孔长度小于等于100m；中小流量泵组的流量大于0.5m3/min且小于3m3/min；大流量泵组的流量大于等于3m3/min；中小流量泵组和大流量泵组压裂的压裂钻孔长度大于100m。
[0025]该方法包括以下步骤：
[0026]S1根据地质勘探钻孔柱状图进行坚硬岩层层位进行预判定，初步确定一层或多层工作面采后难垮岩层岩性、赋存高度和厚度，可以以此信息为依据确定包括压裂钻孔长度、钻孔角度、压裂位置、压裂次数、起裂压力的压裂方案初始设计。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，其特征在于，包括：根据地质勘探钻孔柱状图进行坚硬岩层层位进行预判定，初步确定工作面采后难垮岩层岩性及赋存高度；根据所述预判定的结果，在工作面压裂区域内进行探测钻孔，并通过钻孔测井分析设备获得目标岩层的真实岩层信息；根据所述真实岩层信息制作岩层的二维走向垂直剖面图；根据所述二维走向垂直剖面图中，各区域目标岩层赋存特征，对水力压裂的工艺参数进行调整，实现层位高精度控制。2.如权利要求1所述的坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，其特征在于，所述水力压裂包括煤矿井下基于小流量泵组的浅孔压裂，井下基于中小流量泵组的超长孔压裂和地面基于大流量泵组的地面垂直与水平井压裂，其中小流量泵组的流量小于等于0.5m3/min，压裂钻孔长度小于等于100m；中小流量泵组的流量大于0.5m3/min且小于3m3/min；大流量泵组的流量大于等于3m3/min。3.如权利要求1所述的坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，其特征在于，所述预判定获得的地质勘探信息包括坚硬岩层厚度、坚硬岩层岩性与硬度和坚硬岩层层位，所述坚硬岩层厚度用于确定所述坚硬岩层的压裂次数；所述坚硬岩层岩性与硬度和坚硬岩层层位用于控制所述坚硬岩层的起裂压力、压裂时间及压裂位置。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的坚硬岩层水力压裂层位高精度控制方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛吉胜，于健浩，司伟明，马兆瑞，赵铁林，潘黎明，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：