一种用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法技术

本发明专利技术公开了一种用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法，先根据矿区工作面的实际地质情况，初步设计多组压裂井水平轨迹布置方案，然后根据受压裂井水平轨迹布设影响的地质变化情况，设定五个不同的评价指标，进而获得每组压裂井水平轨迹布置方案的五个评价指标值；接着构建评价指标值原始数据矩阵，并对其处理后建立标准化矩阵；根据标准化矩阵，计算各组压裂井水平轨迹分别与理想最优解贴合程度指数；最后选择贴合程度指数最高的布置方案为最优方案，后续按照该方案施工地面压裂井，该方案能最大程度地覆盖工作面冲击危险重点区域并对目标岩层进行有效地压裂破坏，同时最大限度的保证巷道支护体稳定及卸压效果最大化。果最大化。果最大化。

【技术实现步骤摘要】
一种用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法


[0001]本申请涉及煤矿冲击地压防治
，尤其是涉及到一种用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法。

技术介绍

[0002]西部陕蒙矿区煤炭开发是我国能源安全保障的重大需求，受沉积作用、沉积环境等影响，在陕蒙矿区侏罗纪煤层上方100m范围内普遍赋存整体性强、完整性好的厚层状砂岩层组，严重威胁着矿井的安全生产，制约着陕蒙地区及其相似地质条件地区的煤炭开采。
[0003]例如，鄂尔多斯矿区红庆河煤矿、门克庆煤矿，彬长矿区孟村煤矿、胡家河煤矿等矿井冲击地压发生的共性：煤层上方赋存多层厚度超过10m的厚砂岩层，邻空工作面回采期间其侧向、后方采空区的顶板难以垮落，受悬露顶板应力传递、破断动载扰动等耦合影响，地表沉降速度慢，超前支承应力影响范围可达到400m，采场附近冲击地压显现剧烈，高位顶板大能量矿震事件诱发地表震动、建筑物破坏等。针对上述情况，在上述矿区已试验了地面水平井分段压裂工作面，预先对工作面上方的厚层顶板进行破坏。
[0004]地面水平井分段压裂防冲技术在某些矿区试验后，在当前地面压裂工艺条件下，裂隙水平方向发育半径可达到约100～150m，裂隙发育充分区域约为50m。取得了一定的防冲卸压的效果。但是对同一矿区不同压裂工作面水平井布置轨迹下，其施工难度及费用有所不同，且距断层构造、冲击危险致裂重点区域的距离也不同，最终导致不同地面压裂井水平轨迹的防冲卸压效果区别较大，同时在地面压裂井水平轨迹施工时，还要避免压裂作业与采掘活动相互扰动的影响。因此，如何针对各个矿区合理地布置压裂井水平轨迹，从而使合理布设后的地面压裂井能达到较好的防冲卸压效果，是本行业的研究方向之一。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法，能根据各个矿区的情况确定最优的压裂井水平轨迹布置方案，从而按照最优布置方案合理布设后的地面压裂井能达到较好的防冲卸压效果。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法，具体步骤为：
[0007]步骤一：初步设计多组压裂井水平轨迹布置方案：根据工作面采掘平面图、工作面宽度、巷道布置情况，在待压裂工作面区域的地面，按照设定距离等间隔设计多组压裂井水平轨迹布置方案；
[0008]步骤二：选取对压裂井水平轨迹的评价指标：
[0009]①
选取压裂井水平轨迹与有效压裂井场区域中央的水平距离作为评价指标T1，且将评价指标T1定义为极小型指标；
[0010]②
选取压裂井受大型断层构造影响较大区域的走向总长度作为评价指标T2，且将评价指标T2定义为极小型指标；
[0011]③
选取压裂井水平轨迹与井下采掘工作面间最近的水平距离作为评价指标T3，且将评价指标T3定义为极大型指标；
[0012]④
选取压裂井水平轨迹压裂目标层一定范围内砂岩层总厚度超过设定值的走向长度作为评价指标T4，且将评价指标T4定义为极大型指标；
[0013]⑤
选取压裂井水平轨迹与冲击危险治理重点区域中央的距离作为评价指标T5，且将评价指标T5定义为极小型指标；
[0014]步骤三：评价指标的处理：将步骤二获取的各组压裂井水平轨迹评价指标，基于TOPSIS方法构建评价指标值原始数据矩阵，并对其进行正向化、标准化处理，建立标准化矩阵；
[0015]步骤四：确定各组压裂井水平轨迹的评价情况：根据步骤三获得的标准化矩阵，计算各组压裂井水平轨迹分别与理想最优解贴合程度指数；
[0016]步骤五：确定最优压裂井水平轨迹：根据步骤四获得的各组与理想最优解贴合程度指数，选择贴合程度指数最大值对应的压裂井水平轨迹为最优方案，后续按照该方案施工地面压裂井。
[0017]进一步，所述步骤一中待压裂工作面区域为工作面整体区域及两条巷道外侧40m的范围，所述设定距离为20m。
[0018]进一步，所述步骤一中设计压裂井水平轨迹布置方案时，使各组压裂井水平轨迹均覆盖工作面切眼至停采线区域，各组压裂井水平轨迹的走向平行于工作面巷道，且各组压裂井水平轨迹与巷道均不在同一垂面内，这样能防止压裂井对巷道顶板造成影响，保证巷道顶板的稳定性。
[0019]进一步，所述步骤
①
具体为：搜集矿井地面地形资料，包括矿井的井上下对照图、地面建筑物及村庄分布、地面河流及湖泊分布、地面公路分布资料，地面水平井分段压裂井场选取的原则为：井场应尽可能布置在通行方便、取水便利的地势平整区域，根据该原则确定有效压裂井场区域；最后选取压裂井水平轨迹与有效压裂井场区域中央的水平距离作为评价指标T1，且将评价指标T1定义为极小型指标。另外地面压裂井水平轨迹应尽可能布置在井场正下方，以便降低压裂井施工难度及费用。
[0020]进一步，所述步骤
②
具体为：由于受矿井断层构造影响岩层原生裂隙较为发育，压裂期间人工裂缝逐渐沟通原生裂隙，导致压裂施工压力骤降，裂缝的延伸严重受限，即压裂井水平段受断层影响越大，压裂裂隙导通原生裂隙的可能性越高，压裂效果越差；定义压裂井与断层距离小于50m时，受断层影响较大，选取压裂井受大型断层构造影响较大区域的走向总长度作为评价指标T2，且将评价指标T2定义为极小型指标。由于工作面内大型断层构造发育形态、发育数量不同，导致断层对压裂井水平段的影响程度不尽相同，因此如出现该情况，将评价指标T2可进一步细分为T2‑1、T2‑2、
…
、T2‑
n
；
[0021]进一步，所述步骤
③
具体为：由于压裂期间人造裂缝容易与采掘活动产生的围岩裂隙贯通，导致压裂区域附近巷道出水溃砂较为明显，降低了压裂裂隙延伸范围；同时压裂液体携带压力流经巷道区域时增加了围岩应力水平，破坏巷道围岩稳定性；即压裂井距离巷道越远，巷道的稳定性、安全性越强，卸压效果越好；因此，选取压裂井水平轨迹与井下采掘工作面间最近的水平距离作为评价指标T3，且将评价指标T3定义为极大型指标。
[0022]进一步，所述步骤
④
具体为：由于相对致密的砂岩地层更有利于人工裂缝的延伸，
而疏松的砂质泥岩、泥岩层会延缓人工裂缝的延伸；即压裂井垂直方向内砂岩层越厚，裂缝发育效果越好；因此，选取压裂井水平轨迹压裂目标层上下各25m范围内砂岩层总厚度超过30m区域的走向长度作为评价指标T4，且将评价指标T4定义为极大型指标；其中，确定砂岩层总厚度超过30m区域的走向长度的过程为：根据钻孔坐标信息、压裂目标层上下各25m范围内的砂岩层厚度统计和工作面采掘平面图，采用surfer软件生成砂岩厚度分布图，并将各组压裂井水平轨迹下砂岩层总厚度不小于30m的区域总长度定义为砂岩层总厚度超过30m区域的走向长度。
[0023]进一步，所述步骤
⑤
具体为：微震活动是压裂期间岩本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法，其特征在于，具体步骤为：步骤一：初步设计多组压裂井水平轨迹布置方案：根据工作面采掘平面图、工作面宽度、巷道布置情况，在待压裂工作面区域的地面，按照设定距离等间隔设计多组压裂井水平轨迹布置方案；步骤二：选取对压裂井水平轨迹的评价指标：
①
选取压裂井水平轨迹与有效压裂井场区域中央的水平距离作为评价指标T1，且将评价指标T1定义为极小型指标；
②
选取压裂井受大型断层构造影响较大区域的走向总长度作为评价指标T2，且将评价指标T2定义为极小型指标；
③
选取压裂井水平轨迹与井下采掘工作面间最近的水平距离作为评价指标T3，且将评价指标T3定义为极大型指标；
④
选取压裂井水平轨迹压裂目标层一定范围内砂岩层总厚度超过设定值的走向长度作为评价指标T4，且将评价指标T4定义为极大型指标；
⑤
选取压裂井水平轨迹与冲击危险治理重点区域中央的距离作为评价指标T5，且将评价指标T5定义为极小型指标；步骤三：评价指标的处理：将步骤二获取的各组压裂井水平轨迹评价指标，基于TOPSIS方法构建评价指标值原始数据矩阵，并对其进行正向化、标准化处理，建立标准化矩阵；步骤四：确定各组压裂井水平轨迹的评价情况：根据步骤三获得的标准化矩阵，计算各组压裂井水平轨迹分别与理想最优解贴合程度指数；步骤五：确定最优压裂井水平轨迹：根据步骤四获得的各组与理想最优解贴合程度指数，选择贴合程度指数最大值对应的压裂井水平轨迹为最优方案，后续按照该方案施工地面压裂井。2.根据权利要求1所述用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法，其特征在于，所述步骤一中待压裂工作面区域为工作面整体区域及两条巷道外侧40m的范围，所述设定距离为20m。3.根据权利要求1所述用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法，其特征在于，所述步骤一中设计压裂井水平轨迹布置方案时，使各组压裂井水平轨迹均覆盖工作面切眼至停采线区域，各组压裂井水平轨迹的走向平行于工作面巷道，且各组压裂井水平轨迹与巷道均不在同一垂面内。4.根据权利要求1所述用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法，其特征在于，所述步骤
①
具体为：搜集矿井地面地形资料，包括矿井的井上下对照图、地面建筑物及村庄分布、地面河流及湖泊分布、地面公路分布资料，地面水平井分段压裂井场选取的原则为：井场应布置在通行方便、取水便利的地势平整区域，根据该原则确定有效压裂井场区域；最后选取压裂井水平轨迹与有效压裂井场区域中央的水平距离作为评价指标T1，且将评价指标T1定义为极小型指标。5.根据权利要求1所述用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法，其特征在于，所述步骤
②
具体为：由于受矿井断层构造影响岩层原生裂隙较为发育，压裂期间人工裂缝逐渐沟通原生裂隙，导致压裂施工压力骤降，裂缝的延伸严重受限，即压裂井水平段受
断层影响越大，压裂裂隙导通原生裂隙的可能性越高，压裂效果越差；定义压裂井与断层距离小于50m时，受断层影响较大，选取压裂井受大型断层构造影响较大区域的走向总长度作为评价指标T2，且将评价指标T2定义为极小型指标。6.根据权利要求1所述用于防冲卸压的地面压裂井合理水平轨迹的确定方法，其特征在于，所述步骤
③
具体为：由于压裂期间人造裂缝容易与采掘活动产生的围岩裂隙贯通，导致压裂区域附近巷道出水溃砂较为明显，降低了压裂裂隙延伸范围；同时压裂液体携带压力流经巷道区域时增加了围岩应力水平，破坏巷道围岩稳定性；即压裂井距离巷道越远，巷道的稳定性、安全性越强，卸压效果越好；因...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹安业，吕国伟，刘耀琪，薛成春，温颖远，彭雨杰，王强，王常彬，张宁，白贤栖，王崧玮，郝琪，李庚，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：