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碎软煤层分层切削细化钻屑防堵机制研究
1
作者 王永龙 麻登辉 +3 位作者 余在江 王振锋 赵澳琪 张辉 《中国安全生产科学技术》 北大核心 2025年第3期105-112,共8页
为探究分层切削钻进钻屑运移防堵功能,采用理论分析、钻进试验、数值模拟的方法,建立钻屑运移数学模型,分析钻屑粒径、排渣空间对钻孔排渣影响规律,验证分层切削钻具细化钻屑的功能及其排渣效果,并开展现场钻进对比性工业试验。研究结... 为探究分层切削钻进钻屑运移防堵功能,采用理论分析、钻进试验、数值模拟的方法,建立钻屑运移数学模型,分析钻屑粒径、排渣空间对钻孔排渣影响规律,验证分层切削钻具细化钻屑的功能及其排渣效果,并开展现场钻进对比性工业试验。研究结果表明:钻屑粒径越小、排渣空间越大,钻屑的启动风压越小,钻孔堵塞风险越小,综合考虑钻具尺寸与强度,建议优先选择终孔直径113 mm的钻头和73 mm的钻杆;钻进试验和数值模拟结果表明,分层切削钻具能够细化钻屑,其排渣效果优于常规钻具;工业性试验表明,分层切削钻具使得钻孔出渣更均匀连续,钻屑基本呈粉末状,钻进深度提升了13.89%,钻进速度提升了16.04%。研究结果可有效促进煤矿安全高效开采,并为瓦斯抽采钻孔钻具设计提供参考。 展开更多
关键词 碎软煤层 钻孔排渣 分层切削 煤渣细化 助排防堵
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低透气性煤样爆破致裂裂纹扩展特征试验研究
2
作者 张飞燕 段笑颜 韩颖 《爆破》 北大核心 2025年第2期44-51,共8页
预裂爆破是改善低透气性煤层渗透率、提高瓦斯抽采率的有效措施之一,众多学者研究视角多聚焦于爆破孔布置方式、装药结构、装药系数、装药量和爆破应力波传播过程等因素对预裂爆破效果的影响,少数学者采用数值模拟方法对爆破裂纹的扩展... 预裂爆破是改善低透气性煤层渗透率、提高瓦斯抽采率的有效措施之一,众多学者研究视角多聚焦于爆破孔布置方式、装药结构、装药系数、装药量和爆破应力波传播过程等因素对预裂爆破效果的影响,少数学者采用数值模拟方法对爆破裂纹的扩展特征进行了探讨,目前针对裂纹扩展的相关试验研究少见报道。为有效考察爆破致裂效果,以某矿低透气性煤样为研究对象,采用小药量耦合装药爆破技术和计算机断层扫描技术,试验获取了煤样爆破后的宏观破坏特征及内部裂纹的三维分布效果,进而对爆破应力作用下煤样内部裂纹的扩展特征进行了深入探讨。研究表明:以起爆药代替常用炸药,采用小药量耦合装药爆破技术进行小尺寸煤样爆破致裂试验,是切实可行的。当装药量和压药压力相同时,炮孔直径越大,裂纹扩展和增透效果越差;当炮孔直径和装药量相同时,冲压装药效果优于松散装药。当炮孔直径和压药压力相同时,并非装药量越大裂纹扩展效果越好,存在一个合理的装药量区间;对于本文采用的低透气性标准尺寸煤样而言,当装药量为25 mg时,裂纹体积占比为12.79%,单个裂纹体积为20135.03 mm^(3),裂纹扩展效果最佳,装药量为20 mg时效果次之。 展开更多
关键词 低透气性煤层 爆破致裂 裂纹扩展 耦合装药 CT扫描
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碎软煤层间接压裂破裂压力及裂缝形态演化试验
3
作者 朱帝杰 梁卫国 +3 位作者 牛栋 落弘业 任森涛 胡善为 《煤炭学报》 北大核心 2025年第4期2063-2076,共14页
顶板水平井间接压裂是一种碎软低渗煤层煤层气高效开采的有效技术,确保压裂穿层并在煤层中形成导流能力良好、形态复杂的压裂缝网是该技术的关键。为探究碎软煤层间接压裂不同射孔深度条件下破裂压力和水力裂缝形态的演化规律,开展了不... 顶板水平井间接压裂是一种碎软低渗煤层煤层气高效开采的有效技术,确保压裂穿层并在煤层中形成导流能力良好、形态复杂的压裂缝网是该技术的关键。为探究碎软煤层间接压裂不同射孔深度条件下破裂压力和水力裂缝形态的演化规律,开展了不钻孔深度煤-砂质泥岩组合体真三轴压裂试验,结合声发射技术监测水力裂缝扩展动态响应,利用三维形貌扫描技术刻画煤体水力裂缝面形貌特征,并系统分析了钻孔深度对破裂压力、穿层效果与裂缝面形貌的影响机理。试验结果表明:随着钻孔深度增大,砂质泥岩破裂压力和破裂时间显著减小,水力裂缝面更曲折粗糙。钻孔深度由25 mm增至45 mm时,破裂压力降低1.57 MPa,破裂时间减少7 s,水力裂缝由直接穿层转变为先沿界面扩展一段距离后再穿层,注入压力曲线出现“二次峰值”,对应稳定渗流的注入压力更高,煤体水力裂缝面粗糙度系数增加12.5,表明增大钻孔深度可促进砂质泥岩破裂,有助于在煤体内形成形态复杂、表面粗糙、导流能力良好的水力裂缝。钻孔深度越小,水力裂缝起裂扩展释放的能量和声发射事件数越多。相较于45 mm深钻孔,25 mm深钻孔对应声发射累积能量多0.81 nJ,对应煤岩组合体声发射事件数多70个,对应煤体声发射事件数多40个,对应水力裂缝形态因砂质泥岩断裂导致的高能冲击效应而更为平直,表明减小钻孔深度有助于水力裂缝由砂质泥岩穿层进入煤体。煤-砂质泥岩组合体的无量纲弹性参数值为0.38,明显小于应力在岩石内部均匀传递所需的0.5,导致砂质泥岩内产生张拉型内应力。该内应力是钻孔深度影响砂质泥岩破裂压力的重要原因。间接压裂顶板水平井距煤岩界面越远或射孔深度越小,水力裂缝越容易由顶板扩展至煤层,但同时在煤层内的水力裂缝形态更平直,不利于形成复杂压裂缝网。因此,间接压裂顶板水平井钻进层位和射孔深度理论上存在一个最优值,该值的确定需综合考虑穿层效果、煤层压裂缝网复杂程度及其导流能力。研究结果可为间接压裂顶板水平井层位和射孔深度优化提供理论指导。 展开更多
关键词 碎软煤层 间接压裂 破裂压力 声发射响应 裂缝面特征
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华阳二矿碎软低渗煤层大功率氮气定向钻进试验研究
4
作者 程卓尔 李泉新 +4 位作者 方俊 刘飞 杨伟锋 李帅帅 郭利佳 《煤炭工程》 北大核心 2025年第7期60-66,共7页
针对阳泉矿区煤层碎软低渗、瓦斯含量高、顺层长距离成孔难、抽采效果差等问题,以华阳二矿为示范矿井,在分析矿井瓦斯地质情况与抽采治理现状基础上,提出了采用大功率氮气定向钻进技术装备进行瓦斯抽采钻孔施工的总体方案,介绍了其技术... 针对阳泉矿区煤层碎软低渗、瓦斯含量高、顺层长距离成孔难、抽采效果差等问题,以华阳二矿为示范矿井,在分析矿井瓦斯地质情况与抽采治理现状基础上,提出了采用大功率氮气定向钻进技术装备进行瓦斯抽采钻孔施工的总体方案,介绍了其技术原理和技术优势,开发了复合定向轨迹控制工艺、复合高效排渣工艺、顺层长距离成孔工艺、定向钻孔长距离筛管护孔工艺等氮气定向钻进关键技术,对大功率定向钻机、制氮装置、大扭矩长寿命气动螺杆马达等大功率定向钻进装备进行了选型,制定了钻场设计、钻孔设计、装备配套、钻具组合等整体试验方案,并在华阳二矿81511进顺钻场进行了顺层钻孔大功率氮气定向钻进试验。试验结果表明,采用大功率氮气定向钻进技术装备可实现碎软低渗煤层内高效定向成孔和瓦斯抽采,施工完成定向钻孔主孔7个、分支孔13个,其中孔深350 m以上钻孔5个,最大孔深506 m,总进尺3363 m;成孔直径120 mm,全孔下入Φ32 mm筛管;试验钻场已稳定抽采超半年,瓦斯抽采浓度均超过50%,最大瓦斯抽采纯量达3.43 m^(3)/min,累计抽采瓦斯纯量达68.99×10^(4)m^(3),为阳泉矿区碎软低渗煤层瓦斯区域高效抽采治理提供了新的技术途径,可供类似条件矿井参考借鉴。 展开更多
关键词 碎软低渗煤层 氮气定向钻进 大功率定向钻机 制氮装置 瓦斯抽采
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螯合剂对低渗煤层气储层孔隙结构影响规律与增透作用机理
5
作者 陈书雅 蔡记华 +2 位作者 杨现禹 辛福东 张璐 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第3期264-273,共10页
我国煤层普遍具有低孔、低渗特征,采用化学增透方法溶蚀割理、裂隙中的充填矿物,增强裂隙连通性,可提高煤层渗透率和煤层气井产量。针对盐酸、土酸等常规酸体系的腐蚀和二次沉淀等问题,提出使用螯合剂进行储层改造的技术思路。以山西沁... 我国煤层普遍具有低孔、低渗特征,采用化学增透方法溶蚀割理、裂隙中的充填矿物,增强裂隙连通性,可提高煤层渗透率和煤层气井产量。针对盐酸、土酸等常规酸体系的腐蚀和二次沉淀等问题,提出使用螯合剂进行储层改造的技术思路。以山西沁水盆地成庄矿3号煤层为研究对象,采用化学滴定、静态溶蚀、表面形貌观察、岩心酸化流动、标准试片腐蚀速率评价和压汞等试验方法,探究了EDTA、HEDTA、GLDA、MGDA 4种螯合剂在不同pH条件下对煤中矿物的溶蚀效果,以及在驱替过程中煤岩心的渗透率动态变化过程,最后比较了螯合剂与常规盐酸对N-80型试片的腐蚀速率,并明确了所优选的螯合剂对煤孔隙结构影响规律及其增透作用机理。结果表明:4种螯合剂中,HEDTA对Ca^(2+)和Fe^(3+)的螯合能力最强;5%GLDA浸泡后的煤样基质产生了微裂缝和孔隙,有利于煤层气的解吸和运移;向煤岩心中注入约80倍孔隙体积(PV)的5%GLDA后,其渗透率增加68.75%;压汞结果表明,经过GLDA处理后的煤样总孔隙度由5.91%增至28.8%,这主要是由于10~100 nm和>1000 nm孔径范围内的孔隙增加;5%GLDA对N-80型试片的腐蚀速率仅为5%HCl腐蚀速率的7.53%,因此无需额外添加缓蚀剂,可有效降低酸化作业成本。环保型螯合剂通过酸化作用和螯合作用能有效溶蚀煤层中的无机矿物(方解石、铁白云石等),生成稳定、可溶的螯合物,从而提高煤层的渗透率,同时降低对储层的二次伤害,研究成果可为低渗煤层气高效勘探开发提供新的技术思路。 展开更多
关键词 低渗煤层 煤层气 渗透率 化学增透 螯合剂
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碎软煤层顶板长钻孔定向压裂瓦斯超前治理工程实践 被引量：1
6
作者 贾秉义 李树刚 +1 位作者 陈冬冬 张群 《煤田地质与勘探》 北大核心 2025年第3期34-43,共10页
【目的和方法】针对碎软强突煤层瓦斯含量高、压力大,区域预抽钻孔施工过程中喷孔强度大易造成瓦斯超限,钻孔施工效率低等问题,在分析现有区域瓦斯超前抽采卸压技术现状及适应性、近煤层顶板钻孔间接压裂的裂缝扩展延伸特征研究基础上,... 【目的和方法】针对碎软强突煤层瓦斯含量高、压力大,区域预抽钻孔施工过程中喷孔强度大易造成瓦斯超限,钻孔施工效率低等问题,在分析现有区域瓦斯超前抽采卸压技术现状及适应性、近煤层顶板钻孔间接压裂的裂缝扩展延伸特征研究基础上,提出了泥岩层顶板长钻孔套管内定向喷砂射孔分段水力加砂压裂区域瓦斯超前抽采卸压技术,并根据地层特征优化设计了钻孔孔身结构。在安徽淮北芦岭煤矿开展了现场工程试验,完成1个钻孔的钻探施工和套管固孔,孔深520 m,下入一级套管110 m,直径219 mm,二级套管520 m,直径114.3 mm,水泥浆带压固孔。分9段进行射孔压裂,累计射孔39次,形成78个孔眼;单段注液量210~420 m^(3),最大泵注压力17.8~28.3 MPa,加砂比例2.5%~3.3%。【结果与结论】压裂钻孔抽采第257天时,累计抽采瓦斯纯量超过8×10^(5)m^(3),区域预抽率达15.5%。压裂钻孔水平段左右两侧0~15 m和15~30 m范围内瓦斯体积分数降幅分别达27.05%和11.36%;距压裂钻孔平面距离0、15 m处瓦斯压力由2.78 MPa分别降低至1.14 MPa和1.75 MPa,压力降低幅度超过37%。区域瓦斯超前抽采卸压效果明显,技术可行性和有效性得到了验证。超前抽采卸压区域预抽钻孔百孔喷孔率和喷孔强度分别降低了57.89%和67.11%;预抽钻孔一次成孔率提高19%,补孔率降幅达74.87%,钻机施工平均台班效率同比提高了34%。预抽钻孔施工期间,未发生瓦斯异常事件,安全效益显著。该技术可为类似地质条件矿井瓦斯灾害超前治理提供借鉴,已进一步推广至淮南矿区。 展开更多
关键词 碎软煤层 超前抽采卸压 定向压裂 顶板长钻孔 泥岩 瓦斯抽采
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煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂增透抽采技术
7
作者 刘军 《中国煤炭》 北大核心 2025年第5期88-95,共8页
针对碎软煤层钻孔施工困难、覆盖范围小、抽采效果不佳的难题,以韩城矿区为背景,在定向长钻孔技术和水力压裂技术的基础上,结合现场实际顶板情况,提出了煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂增透抽采技术,并在桑树坪二号井3310工作面成功试... 针对碎软煤层钻孔施工困难、覆盖范围小、抽采效果不佳的难题,以韩城矿区为背景,在定向长钻孔技术和水力压裂技术的基础上,结合现场实际顶板情况,提出了煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂增透抽采技术,并在桑树坪二号井3310工作面成功试验。试验结果表明,煤层顶板梳状定向长钻孔分段压裂技术有效解决了钻孔施工过程中塌孔、卡钻等现象,压裂影响范围为32~40 m,实现了煤层瓦斯大范围预抽;瓦斯抽采分为4个阶段,即缓慢增长阶段、快速增长阶段、衰减阶段和稳定阶段,稳定阶段平均瓦斯抽采纯量为1.2 m^(3)/min,平均抽采浓度为42.6%,百米钻孔瓦斯抽采纯量为0.101 m^(3)/min;与邻近工作面常规顺层钻孔瓦斯抽采相比,顶板定向梳状长钻孔分段水力压裂钻孔瓦斯抽采浓度和抽采纯量分别提高了1.8倍和4.2倍。 展开更多
关键词 煤层顶板 梳状长钻孔 分段压裂 增透抽采 碎软低渗
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碎软煤层钻孔干式孔口除尘装置研究与应用
8
作者 陈颖兴 《煤炭工程》 北大核心 2025年第3期206-210,共5页
为治理瓦斯抽放干式钻孔施工过程中产生的大量粉尘,基于碎软煤层钻孔产生的呼吸性粉尘占比较高的特点,提出干式孔口除尘的新技术,即以煤矿井下压风作为除尘装置的动力,首先利用旋风除尘技术进行初级除尘后,再通过布袋除尘技术进一步过... 为治理瓦斯抽放干式钻孔施工过程中产生的大量粉尘,基于碎软煤层钻孔产生的呼吸性粉尘占比较高的特点,提出干式孔口除尘的新技术,即以煤矿井下压风作为除尘装置的动力,首先利用旋风除尘技术进行初级除尘后,再通过布袋除尘技术进一步过滤净化,进而实现高效除尘。重点研究了除尘装置的结构参数,根据旋风除尘和布袋除尘的阻力,对除尘装置的动力进行了优化设计,并在碎软煤层钻孔进行现场试验,结果表明:干式孔口除尘装置总粉尘除尘效率达98%以上,呼吸性粉尘除尘效率达96%以上,能有效解决碎软煤层钻孔过程中的粉尘污染。 展开更多
关键词 碎软煤层 干式钻孔 粉尘 干式除尘 除尘效率
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碎软煤层气动定向钻孔套铣打捞技术研究与应用
9
作者 杨伟锋 方俊 +3 位作者 刘飞 刘建林 邵国杰 褚志伟 《煤炭工程》 北大核心 2025年第5期64-69,共6页
卡钻是碎软煤层气动定向钻进主要事故类型之一,针对碎软煤层气动定向钻进卡钻事故特征,提出采用气体套铣打捞的技术方案,开发了以氮气为循环介质的碎软煤层套铣打捞技术,设计了气体套铣打捞钻具组合。并基于孔内钻进工况反馈优化了套铣... 卡钻是碎软煤层气动定向钻进主要事故类型之一,针对碎软煤层气动定向钻进卡钻事故特征,提出采用气体套铣打捞的技术方案,开发了以氮气为循环介质的碎软煤层套铣打捞技术,设计了气体套铣打捞钻具组合。并基于孔内钻进工况反馈优化了套铣打捞关键工艺参数,计算分析了套铣打捞钻杆在弯曲孔段的通过能力。在山西华阳新能股份有限公司二矿成功处理2起碎软煤层气动定向钻进卡钻事故,应用实践表明:通过Ф168 mm套铣打捞钻具组合可增大钻孔环空排渣通道、提升事故钻具通过能力;采用“中低钻压、中低回转速度”钻进工艺参数,可有效降低事故处理风险、提升事故处理成功率。该研究成果可为碎软煤层钻孔事故处理提供重要借鉴。 展开更多
关键词 碎软煤层 定向钻孔 卡钻 套铣打捞 钻具磨损
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水力冲孔协同注气驱替强化瓦斯抽采技术及应用研究
10
作者 屈花荣 《煤炭工程》 北大核心 2025年第6期106-114,共9页
为提高低透煤层水力冲孔钻孔卸压瓦斯抽采效果,消除冲孔诱发的集中应力对瓦斯流动的负效应,提出了水力冲孔协同注气驱替强化瓦斯抽采方法。同时,为探讨影响水力冲孔协同注气驱替增抽瓦斯效果的因素,建立了多组分气体储运过程流-固耦合模... 为提高低透煤层水力冲孔钻孔卸压瓦斯抽采效果,消除冲孔诱发的集中应力对瓦斯流动的负效应,提出了水力冲孔协同注气驱替强化瓦斯抽采方法。同时,为探讨影响水力冲孔协同注气驱替增抽瓦斯效果的因素,建立了多组分气体储运过程流-固耦合模型,分析了不同冲孔钻孔等效直径、注气压力和钻孔间距对瓦斯增流和消突效果的影响规律。结果表明:冲孔钻孔等效直径越大,注气初期增流效果越显著;注气后期冲孔钻孔等效直径对增流效果的影响逐渐减小。注气时间小于25 d时,等效直径2.4 m条件瓦斯抽采纯量明显高于等效直径1.6 m条件。当注气时间大于25 d时,两种条件下的瓦斯抽采纯流量逐接近并在后期出现等效直径2.4 m条件瓦斯抽采纯流量小于1.6 m条件的现象。注气初期注气压力对增流效果影响不大;注气时间逐渐增大时,注气压力对增流效果的影响逐渐减小。钻孔间距对瓦斯增流和消突效果影响并不显著,但钻孔间距较大时可能出现增产滞后现象。因此,虽然较大的冲孔钻孔等效直径与注气压力条件,能有效缩短消突周期,但是注气驱替后期效果并不显著。现场工程试验结果表明,采用低透煤层水力冲孔与注气驱替协同增抽瓦斯技术后,钻孔瓦斯抽采流量最大提高至0.0325 m^(3)/min,增流44%~85%。与此同时,钻孔瓦斯抽采浓度最大提高至79.3%,浓度提高了103%~167%。 展开更多
关键词 低透煤层 水力冲孔 注气驱替 集中应力 多物理场耦合
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碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展 被引量：13
11
作者 桑树勋 皇凡生 +7 位作者 单衍胜 周效志 刘世奇 韩思杰 郑司建 刘统 王梓良 王峰斌 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期196-210,共15页
我国碎软低渗煤储层分布广泛,然而由于其煤体松软、破碎、渗透性差,常规的直井/水平井煤储层直接压裂技术应用于碎软低渗煤储层强化及其煤层气地面开发的效果并不理想,碎软低渗煤储层煤层气的高效开发是制约我国煤层气产业大规模发展以... 我国碎软低渗煤储层分布广泛,然而由于其煤体松软、破碎、渗透性差,常规的直井/水平井煤储层直接压裂技术应用于碎软低渗煤储层强化及其煤层气地面开发的效果并不理想,碎软低渗煤储层煤层气的高效开发是制约我国煤层气产业大规模发展以及煤矿瓦斯高效治理的重要技术瓶颈。在系统分析我国碎软低渗煤储层特征及煤层气地面开发中存在的问题基础上,以水平井为基础井型,围绕间接压裂、应力释放和先固结后压裂3种不同的技术方向,梳理了目前碎软低渗煤储层强化与煤层气地面开发技术进展。归纳评述了以顶板间接压裂、夹矸层间接压裂以及硬煤分层间接压裂为内涵的间接压裂煤层气开发技术,以水力喷射造穴、气体动力造穴、扩孔+水力喷射+流体加卸载诱导失稳造穴、水力割缝为不同应力释放方式的应力释放煤层气开发技术,以及先微生物诱导碳酸钙固结碎软煤储层再进行水力压裂的先固结后压裂煤层气开发技术。间接压裂技术的工程实践探索已有较多积累,在地质条件适宜地区对碎软低渗煤储层强化取得了较好效果,而以应力释放为代表的碎软低渗煤储层强化新技术探索已取得重大进展,并进入工程试验和验证阶段。水平井应力释放技术针对碎软低渗煤储层特性和新的开发原理,其对储层改造潜力更大、煤层气开发效果会更好。基于水平井应力释放技术,围绕扩大应力释放范围、提高煤层气开发效果以及实现煤与煤层气共采3个方面,对碎软低渗煤储层强化及煤层气地面开发技术的发展趋势进行了展望,以期为改善我国碎软低渗煤储层增产改造效果以及提高煤层气单井产量提供参考。 展开更多
关键词 煤层气 碎软低渗煤储层 储层强化技术 地面开发 水力压裂
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煤层顶板间接压裂裂缝扩展机制及影响因素 被引量：9
12
作者 李勇 陈涛 +1 位作者 马啸天 吴翔 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期171-182,共12页
碎软低渗煤层在我国普遍发育,制约煤层气单井产气量提高和产业发展。间接压裂是通过在邻近层产生垂直裂缝沟通煤层进而实现煤层有效改造的一种压裂方式,可以有效应对钻井塌陷、煤粉产出、压裂液滤失和煤层厚度薄等不利因素。通过间接压... 碎软低渗煤层在我国普遍发育,制约煤层气单井产气量提高和产业发展。间接压裂是通过在邻近层产生垂直裂缝沟通煤层进而实现煤层有效改造的一种压裂方式,可以有效应对钻井塌陷、煤粉产出、压裂液滤失和煤层厚度薄等不利因素。通过间接压裂物理模拟试验和扩展有限元数值模拟分析,揭示煤层顶板间接压裂裂缝扩展影响因素,明确裂缝扩展机制,以期为间接压裂技术提供指导。通过直接压裂煤层和不同起裂位置、垂向应力和施工排量影响下间接压裂试验表明,起裂压力高,更易产生长裂缝,且受原生裂缝影响程度减小;但起裂点距离煤层越远,起裂所需能量越大,高破裂压力会对煤层造成粉碎性破坏;大施工排量下,起裂压力对应升高,起裂时间变短,原生裂缝影响程度变小。考虑地应力、起裂位置、岩石力学和施工排量等参数的数值模拟结果显示,在模型参数设置条件下,最大水平主应力和垂向应力差在<4 MPa,煤层与顶板有效应力差>3 MPa、弹性模量差<15 GPa的地层和岩性组合适合间接压裂,起裂位置距离煤层最优距离为<6 m,施工排量需要根据力学性质、断裂能密度等参数确定最优范围。 展开更多
关键词 碎软低渗煤层 间接压裂 储层改造 裂缝扩展 数值模拟 压裂模拟 地应力
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煤层瓦斯含量测定技术及装备研究进展 被引量：9
13
作者 孙四清 杨帆 +1 位作者 郑玉岐 张庆利 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期164-176,共13页
瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得... 瓦斯含量是煤与瓦斯突出危险预测、煤层瓦斯资源量估算、矿井瓦斯治理工程设计的重要参数。围绕如何在大区域准确快速测定煤层瓦斯含量,依托国家科技重大专项、国家自然科学基金和煤炭企业联合基金等项目科技攻关,在取样、测试方面取得了一定进展。主要表现在如下4个方面:①煤层瓦斯含量测定取样经历了孔口接样、岩心管定点取样、压力引射定点取样和密闭取样4个阶段,密闭取样装备保压能力达到11.5 MPa,煤心直径达到38 mm;②针对不同煤层地质条件,发展形成了顺煤层定向长钻孔密闭取样、底板穿层钻孔密闭取样和顶(底)板梳状定向长钻孔密闭取样3种取样技术;③在河南焦作和山西晋城矿区硬煤层中,顺层定向长钻孔取样深度达到516 m,密闭取样法测得煤层瓦斯含量较常规取样法分别平均提高了0.44倍和1.04倍。在安徽淮南矿区碎软煤层中,穿层钻孔密闭取样深度达到209 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.26倍;在安徽淮北矿区碎软煤层中,顶(底)板梳状钻孔密闭取样深度达到484 m,测得煤层瓦斯含量较常规取样法平均提高了0.19倍,密闭取样法在煤层瓦斯含量测定精度、探测范围上优于常规取样法;④在瓦斯含量测试方面,除了传统解吸法测试,发展了系列煤矿井下瓦斯含量快速测试装备,可实现最快30 min内测得煤层瓦斯含量,一般用于百米孔内的瓦斯含量测试。提出了煤层瓦斯含量测定密闭取样装备需向小型化、轻量化的方向发展,并能实现随钻密闭取样。在测试上,应根据实际情况确定合理的解吸终止限,并将测试装备和密闭取样装备进一步结合,以实现深孔瓦斯含量快速准确测定。密闭取样技术已成为煤层瓦斯含量大区域精准勘查、预测的主要手段,是煤炭安全高效开采的重要技术保障。 展开更多
关键词 煤层瓦斯含量 定点取样 密闭取样 碎软煤层 硬煤
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低透气性煤层高压脉冲射流割缝-压裂增透技术应用研究 被引量：2
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作者 秦江涛 覃俊 +1 位作者 龙称心 郭邵金 《矿业安全与环保》 CAS 北大核心 2024年第5期23-28,共6页
针对盘州平关镇大坪煤矿18采区20号煤层复杂地质条件及瓦斯抽采难题,提出一种高压脉冲射流割缝导向压裂增透技术。为验证该技术效果,分析了其增透技术机理,并设计了4种试验方案进行对比分析。结果表明,采用高压脉冲射流割缝导向压裂方... 针对盘州平关镇大坪煤矿18采区20号煤层复杂地质条件及瓦斯抽采难题,提出一种高压脉冲射流割缝导向压裂增透技术。为验证该技术效果,分析了其增透技术机理,并设计了4种试验方案进行对比分析。结果表明,采用高压脉冲射流割缝导向压裂方案在瓦斯抽采效果方面显著优于其他方法,与普通抽采、高压脉冲射流割缝、高压水力压裂抽采瓦斯相比,其平均每日抽采瓦斯浓度分别提高了3.01倍、1.41倍和1.67倍;平均每日抽采瓦斯纯流量也相应提升了2.86倍、1.42倍和1.62倍。经过90 d的抽采,该方案的抽采影响半径达到了5.06 m,分别为普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂抽采方案的2.56倍、1.25倍和1.29倍;在抽采效果相同的条件下,钻孔施工时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了60%、32%和20%,瓦斯抽采达标所需时间分别比普通抽采、高压脉冲射流割缝和高压水力压裂方案缩短了70%、50%和62%。高压脉冲射流割缝导向压裂技术对低透气性煤层瓦斯治理效果较为理想,可供类似矿井借鉴。 展开更多
关键词 低透气性煤层 瓦斯抽采 煤体增透 高压脉冲射流割缝 高压水力压裂
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低透气煤层无泵式钻扩一体化增透技术与钻具研究 被引量：1
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作者 田东庄 杨文佳 田宏杰 《中国煤炭》 北大核心 2024年第5期73-76,共4页
针对在低透气煤层常规机械掏穴、水力冲孔等增透施工中存在的施工效率低、掏穴装置稳定性差以及需要配备高压泵等问题,提出了无泵式钻扩一体化增透施工技术,研制了配套的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置,并进行了现场工业性试验。... 针对在低透气煤层常规机械掏穴、水力冲孔等增透施工中存在的施工效率低、掏穴装置稳定性差以及需要配备高压泵等问题,提出了无泵式钻扩一体化增透施工技术,研制了配套的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置,并进行了现场工业性试验。结果表明:钻扩一体化增透施工技术在煤矿井下静压水条件下,可实现一趟下钻完成先导孔和机械掏穴的同时作业,解决了常规掏穴装置刀翼开合不稳定、必须配套高压泵的问题,降低了该技术的使用成本;研发的双通道送水器、双通道钻杆和造穴装置工作灵活稳定且可靠性高,造穴段单孔直接扩大至原常规钻孔孔径的4.4倍,显著提升了瓦斯抽采效果,该技术的成功应用为煤矿井下低透气煤层瓦斯抽采钻孔施工提供了技术支撑。 展开更多
关键词 低透气煤层 钻扩一体化 增透技术 瓦斯抽采 钻孔施工
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中国海油低渗及非常规油气藏储层改造技术进展及展望 被引量：18
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作者 孙福街 徐文江 +1 位作者 姜维东 郑强 《中国海上油气》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期109-116,共8页
中国海上低渗及非常规油气开发存在产能低、投资大、操作费用高、收益较低及单井经济任务重等问题。经过技术攻关,中国海油形成了平台压裂、钻井船压裂和拖轮压裂等海上储层改造作业模式,研发出集海上低渗储层改造液体系、海上控水支撑... 中国海上低渗及非常规油气开发存在产能低、投资大、操作费用高、收益较低及单井经济任务重等问题。经过技术攻关,中国海油形成了平台压裂、钻井船压裂和拖轮压裂等海上储层改造作业模式,研发出集海上低渗储层改造液体系、海上控水支撑剂技术、低渗储层压裂管柱设计和海上储层改造监测技术为一体的海上低渗储层改造技术,以及适用于陆上深煤层大规模压裂技术。本文综述了中国海上低渗油气储层改造技术及陆上深煤层大规模压裂技术研究进展,展望了未来储层改造重点发展方向,对推动中国海油低渗及非常规油气开发技术进步有重要指导意义。 展开更多
关键词 海上低渗油藏 非常规油气 陆上深煤层 储层改造 压裂
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煤矿井下碎软煤层气动定向钻进技术与装备研究 被引量：9
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作者 田宏亮 张金宝 +2 位作者 王力 方俊 王建强 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期154-165,共12页
【目的】我国煤层赋存地质条件复杂,碎软煤层分布广泛,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井众多,目前采用钻孔瓦斯抽采是防治瓦斯灾害的有效措施。碎软煤层常规回转钻进存在轨迹不可控、成孔深度浅、抽采盲区大,常规定向钻进卡埋钻事故多、成孔困... 【目的】我国煤层赋存地质条件复杂,碎软煤层分布广泛,高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井众多,目前采用钻孔瓦斯抽采是防治瓦斯灾害的有效措施。碎软煤层常规回转钻进存在轨迹不可控、成孔深度浅、抽采盲区大,常规定向钻进卡埋钻事故多、成孔困难、钻进效率低等问题。【方法】系统阐述了煤矿井下碎软煤层钻进技术的发展历程与应用现状,研制了气动螺杆钻具、定向钻机、随钻测量系统、除尘泵车、空压机或制氮机、油雾润滑装置等组成的煤矿井下气动定向钻进装备,并配套开发了气动定向钻进工艺和筛管完孔技术等关键技术,解决碎软煤层定向钻进成孔难题,保障瓦斯抽采效果。利用该成套技术与装备在两淮、山西、贵州等地区煤矿进行的碎软煤层定向钻孔试验。【结果和结论】研究表明:(1)气动定向钻进技术是碎软煤层钻孔瓦斯治理的有效技术手段,其钻进深度普遍达到200 m以上,最大钻孔深度达607 m,且可有效控制钻孔轨迹在目标煤层中延伸,煤层钻遇率达90%以上。(2)现场试验表明,气动定向钻进成孔效果好、施工效率高,最大效率达到3 594 m/(台·月),有力推动气动定向钻进技术从小规模试验到大规模的工业化推广应用。结合此成套技术与装备的应用现状和煤矿安全高效生产对钻探技术装备的发展需求,提出煤矿井下气动定向钻进技术与装备的拓展应用方向以及向自动化、智能化和集约化方向发展的现实需求和必然趋势。 展开更多
关键词 碎软煤层 气动定向钻进 钻探装备 钻进工艺 瓦斯抽采
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碎软低渗煤层水平井水力喷砂射孔工艺优化 被引量：3
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作者 张永成 赵祉友 +6 位作者 汪奇 文贤利 刘亮亮 李德慧 张为 王旭超 李大冬 《煤炭工程》 北大核心 2024年第2期17-23,共7页
针对碎软低渗煤层水平井煤粉产出危害,提出采用水力喷砂射孔压裂来实现“射孔-增透-控粉”为一体的压裂改造理念,具体工艺包含水力喷砂射孔、高压射流、环空压裂以及水力补射孔清洗。通过成本及工艺对比,选择油管拖动水力喷砂射孔方式... 针对碎软低渗煤层水平井煤粉产出危害,提出采用水力喷砂射孔压裂来实现“射孔-增透-控粉”为一体的压裂改造理念,具体工艺包含水力喷砂射孔、高压射流、环空压裂以及水力补射孔清洗。通过成本及工艺对比,选择油管拖动水力喷砂射孔方式进行压裂,并对工艺和关键工具进行优化。首先,优化防反冲蚀破坏一体化硬质合金圆锥收敛型喷嘴,能实现排量2.0~2.5 m3/min时,射流压力为16.5~25.8 MPa。其次,优化喷射器本体,能有效射穿套管、水泥塞,并射入岩石一定深度。配套一体化管柱顺利完成了煤层气U型水平井压裂和补射孔施工各8段,每段射孔时间15 min以上,并充分顶替返排煤粉,投产3年后产气量仍达到3500 m3/d以上,表明优化工艺达到了碎软低渗煤层改造效果。与连续油管分段压裂技术相比,油管拖动水力喷射压裂单段压裂作业成本降低了28.5%。 展开更多
关键词 碎软低渗煤层 水平井 水力喷砂射孔 压裂
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基于FLAC^(3D)-COMSOL序贯耦合的钻割煤体三维卸压瓦斯流场数值分析 被引量：3
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作者 张浩 郭军伟 +4 位作者 王穗芳 范楠 杨淑晴 常家美 雷倩茹 《西安科技大学学报》 CAS 北大核心 2024年第3期478-489,共12页
水力割缝技术通过高压水射流在煤层中构建人工裂隙,可实现低渗煤层的区域性卸荷增透和瓦斯高效抽采。然而,经典的COMSOL软件难以对钻割煤体的三维卸压瓦斯流场进行解算,严重制约了水力割缝技术的工程应用。鉴于此,采用FLAC3D-COMSOL序... 水力割缝技术通过高压水射流在煤层中构建人工裂隙,可实现低渗煤层的区域性卸荷增透和瓦斯高效抽采。然而,经典的COMSOL软件难以对钻割煤体的三维卸压瓦斯流场进行解算,严重制约了水力割缝技术的工程应用。鉴于此,采用FLAC3D-COMSOL序贯耦合的数值解算方法,以中厚煤层钻割卸荷增透为例,对不同割缝半径、割缝厚度、埋深和割缝方式下钻割煤体的三维卸压瓦斯流场进行了数值分析。结果表明:水力割缝过程中,钻割煤体发生了卸荷损伤,形成了较大范围的圆台形塑性损伤区,煤体渗透率可大幅提高2~3个数量级;随着割缝半径和割缝厚度的增加,煤体的增透范围和瓦斯抽采半径逐渐增大,但在相同出煤量情况下增加割缝半径更有利于中厚煤层的卸荷增透和瓦斯抽采;深部高地应力环境导致煤层初始渗透率下降,但也可提高钻割煤体的增透范围和增透幅度,因此钻孔早期瓦斯抽采效果好,后期抽采效果差,在抽采过程中应尽量增加钻孔密度,缩短抽采周期;割缝方式对中厚煤层的整体卸压瓦斯抽采效果具有显著影响,单缝钻孔平行布置情况下煤层卸压瓦斯抽采效果最好,单缝交错布置情况下次之,而双缝间隔布置情况下最差。 展开更多
关键词 低透煤层 水力割缝 卸荷损伤 瓦斯抽采
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阳泉矿区碎软煤层深孔气动定向钻进关键技术与实践 被引量：1
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作者 刘飞 李泉新 +5 位作者 方俊 刘建林 杨伟锋 褚志伟 赵建国 王四一 《煤田地质与勘探》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期184-191,共8页
【目的】针对山西阳泉矿区碎软煤层瓦斯精准、超前、区域治理需求,提出采用气动定向钻进煤层预抽钻孔的技术方案。【方法】在分析气动定向钻进成孔技术难题的基础上,开发了适用于阳泉矿区碎软煤层赋存条件的气动螺杆钻具稳定运转技术、... 【目的】针对山西阳泉矿区碎软煤层瓦斯精准、超前、区域治理需求,提出采用气动定向钻进煤层预抽钻孔的技术方案。【方法】在分析气动定向钻进成孔技术难题的基础上,开发了适用于阳泉矿区碎软煤层赋存条件的气动螺杆钻具稳定运转技术、钻孔轨迹精确控制技术、深孔高效排渣技术、气动套铣打捞技术,优化了气动定向钻进装备配套方案,并在阳泉矿区碎软煤层中开展了现场工业性试验。【结果和结论】结果表明:(1)通过优化气动螺杆钻具结构和工艺流程、设计低风阻管路,有效解决了气动螺杆钻具的异常制动,实现了稳定高效运转。(2)通过优化钻孔设计轨迹和工艺参数、设计大角度造斜钻具组合和研制气动冲击螺杆钻具,保障了钻孔轨迹的精确调控,提高了煤层钻遇率。(3)通过复合强排渣技术和短起钻冲孔工艺的应用,有效提升了钻孔排渣效率。(4)通过采用气动套铣打捞技术,配套设计的专用可退式打捞筒,满足阳泉区矿区碎软煤层孔内复杂事故处理需要,并成功处理2起严重卡钻事故。(5)在阳泉矿区某矿施工完成孔径120 mm的10个定向钻孔,成孔深度均达到450 m以上,最大钻孔深度达到607 m,最大单班进尺76 m。碎软煤层定向孔取得了显著的瓦斯抽采效果,单孔日均抽采瓦斯纯量最大达971.96 m^(3),实现了阳泉矿区碎软煤层瓦斯长时间稳定抽采。研究成果为阳泉矿区碎软煤层瓦斯高效治理提供了新的技术途径,具有显著的应用和推广价值。 展开更多
关键词 阳泉矿区 碎软煤层 定向钻进 气动螺杆钻具 瓦斯抽采 钻孔轨迹控制
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