第11期 杨宏伟：低透气性煤层井下分段点式水力压裂增透 ·1237· 首先将注水胶管、注水铁管、注水胶囊、注水器和注 水泵进行连接形成一个高压注水系统，整个系统在 地面上进行漏水和强度试验，之后将注水器放入钻 3 孔当中，并将注水器进行固定，可以连接多个封孔器 和注水器进行多点压裂.试验中三点同时进行水力 压裂，全部连接工作完成之后，在注水泵处进行远距 离操作，由于是高压注水，所以需要做好安全防范工 003579山8579212325 作.本次试验结果见表2和表3. 水力压裂时间min 表2控制孔和压裂孔参数 图3注水压力为10MPa时水力压裂时间与裂隙半径关系 Table 2 Parameters of control holes and fracturing holes Fig.3 Relationship of hydraulic fracturing time and crack radius when the injection pressure is 10 MPa 孔号类别孔深/m倾角/(）方位角/()间距/m孔径/mm 1控制孔19.5 0 70 > 75 2压裂孔20.0 0 70 5 75 3控制孔21.5 0 70 15 4压裂孔16.6 0 70 5 75 5控制孔23.0 0 70 75 6压裂孔18.0 0 号 7 75 7控制孔21.0 0 90 234567891011121314 表3压裂孔压裂情况 水力压裂时间min Table 3 Situation of fracturing holes 图4注水压力为12.8MPa时水力压裂时间与裂隙半径关系 Fig.4 Relationship of hydraulic fracturing time and crack radius 孔段/ 压裂时 开裂压 最终稳定 孔号 效果 m 间/min 力/MPa 压力MPa when the injection pressure is 12.8 MPa 18.0 60.0 8.5 未压开 置，工作面尚未回采，适宜安装试验设备.试验钻孔 16.0,14.5 20.0 16 10.0 压开 的布置如图5，压裂孔和控制孔相隔布置，间距为 14.0 10.0 一 6.0 未压开 5m或7m. 10.0 5.2 14 20.0 压开 16.0 5.2 15 20.0 压开 14.0 14.0 14 20.0 水力设备 6 压开 12.0,10.5 14.0 14 20.0 压开 封孔器 3.3注水压力变化分析 图6~图11为现场试验结果.可见试验地点煤 层的初始压裂压力为14MPa以上，即试验地点煤体 压裂区 压裂点 点压裂的临界压力为14MPa.操作中必须有足够的 初始压力，否则靠时间和水量无法达到目的，2号孔 18m处用8.5MPa的压力压裂1h也没有起到效果， 说明需要初始压力使煤体破裂到一定程度，后续水 压裂孔 控制孔 压裂孔 控制孔压裂孔 量才能使裂隙继续扩展.另外，钻孔需要用水冲洗， 图5分段点式水力压裂试验钻孔布置 否则容易使胶囊产生点破裂，2号孔在试验过程中 Fig.5 Drilling arrangement of segmentation point hydraulic fractu- 出现过密封胶囊破裂现象.试验证明分段水力压裂 ring test 方便快捷，一般能够在5min内完成压裂过程.胶囊 3.2试验过程 封孔是否漏水与钻孔成孔的程度有密切关系，否则 在施工完控制孔和压裂孔之后，进行注水试验， 容易产生短路现象，即压力水从压裂孔直接流出，无 主要考察水是否从控制孔流出，以及流出量的大小. 法达到使煤体破裂的临界压力，有些封孔段压力无第 11 期 杨宏伟: 低透气性煤层井下分段点式水力压裂增透 图 3 注水压力为 10 MPa 时水力压裂时间与裂隙半径关系 Fig． 3 Relationship of hydraulic fracturing time and crack radius when the injection pressure is 10 MPa 图 4 注水压力为 12. 8 MPa 时水力压裂时间与裂隙半径关系 Fig． 4 Relationship of hydraulic fracturing time and crack radius when the injection pressure is 12. 8 MPa 置，工作面尚未回采，适宜安装试验设备． 试验钻孔 的布置如图 5，压裂孔和控制孔相隔布置，间距为 5 m或 7 m． 图 5 分段点式水力压裂试验钻孔布置 Fig． 5 Drilling arrangement of segmentation point hydraulic fractu￾ring test 3. 2 试验过程 在施工完控制孔和压裂孔之后，进行注水试验， 主要考察水是否从控制孔流出，以及流出量的大小． 首先将注水胶管、注水铁管、注水胶囊、注水器和注 水泵进行连接形成一个高压注水系统，整个系统在 地面上进行漏水和强度试验，之后将注水器放入钻 孔当中，并将注水器进行固定，可以连接多个封孔器 和注水器进行多点压裂． 试验中三点同时进行水力 压裂，全部连接工作完成之后，在注水泵处进行远距 离操作，由于是高压注水，所以需要做好安全防范工 作． 本次试验结果见表 2 和表 3． 表 2 控制孔和压裂孔参数 Table 2 Parameters of control holes and fracturing holes 孔号 类别 孔深/m 倾角/( °) 方位角/( °) 间距/m 孔径/mm 1 控制孔 19. 5 0 70 7 75 2 压裂孔 20. 0 0 70 5 75 3 控制孔 21. 5 0 70 5 75 4 压裂孔 16. 6 0 70 5 75 5 控制孔 23. 0 0 70 5 75 6 压裂孔 18. 0 0 90 7 75 7 控制孔 21. 0 0 90 — 75 表 3 压裂孔压裂情况 Table 3 Situation of fracturing holes 孔号 孔段/ m 压裂时 间/min 开裂压 力/MPa 最终稳定 压力/MPa 效果 2 18. 0 60. 0 — 8. 5 未压开 16. 0，14. 5 20. 0 16 10. 0 压开 4 14. 0 10. 0 — 6. 0 未压开 10. 0 5. 2 14 20. 0 压开 16. 0 5. 2 15 20. 0 压开 6 14. 0 14. 0 14 20. 0 压开 12. 0，10. 5 14. 0 14 20. 0 压开 3. 3 注水压力变化分析 图 6 ～ 图 11 为现场试验结果． 可见试验地点煤 层的初始压裂压力为 14 MPa 以上，即试验地点煤体 点压裂的临界压力为 14 MPa． 操作中必须有足够的 初始压力，否则靠时间和水量无法达到目的，2 号孔 18 m 处用 8. 5 MPa 的压力压裂 1 h 也没有起到效果， 说明需要初始压力使煤体破裂到一定程度，后续水 量才能使裂隙继续扩展． 另外，钻孔需要用水冲洗， 否则容易使胶囊产生点破裂，2 号孔在试验过程中 出现过密封胶囊破裂现象． 试验证明分段水力压裂 方便快捷，一般能够在 5 min 内完成压裂过程． 胶囊 封孔是否漏水与钻孔成孔的程度有密切关系，否则 容易产生短路现象，即压力水从压裂孔直接流出，无 法达到使煤体破裂的临界压力，有些封孔段压力无 ·1237·