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中國煤科西安研究院創(chuàng)新煤礦井下分段壓裂技術(shù)

2022-12-13 15:26:48

碎軟煤層煤體結(jié)構(gòu)破碎、滲透率差、瓦斯災(zāi)害大，順煤層鉆探難、抽采效果差，一直是煤礦瓦斯區(qū)域防治的重點(diǎn)和難點(diǎn)。中西部礦區(qū)特殊沉積背景下形成的巨厚砂巖型堅(jiān)硬頂板，因其厚度大、堅(jiān)硬不易破碎，煤炭開采易形成大面積懸頂而誘發(fā)強(qiáng)礦壓或沖擊地壓災(zāi)害。

針對(duì)以上行業(yè)痛點(diǎn)，中國煤科西安研究院成立瓦斯與礦壓研發(fā)團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)新性地提出了煤礦井下定向長鉆孔分段水力壓裂技術(shù)，研發(fā)了煤礦井下分段壓裂裝備，實(shí)現(xiàn)了碎軟煤層瓦斯抽采和堅(jiān)硬頂板區(qū)域超前治理，有效地破解了行業(yè)難題。

要實(shí)現(xiàn)井下長鉆孔分段壓裂，必須攻克三項(xiàng)技術(shù)壁壘，一是實(shí)現(xiàn)壓裂工具的長距離輸送，二是選擇鉆孔分段方式和分段位置，三是確定分段壓裂層位。研發(fā)團(tuán)隊(duì)融合地質(zhì)、鉆探和壓裂等專業(yè)優(yōu)勢，借鑒頁巖氣和地面煤層氣開發(fā)技術(shù)的成功經(jīng)驗(yàn)，通過大量理論研究和反復(fù)實(shí)驗(yàn)測試，研制出了煤礦井下高壓力大排量壓裂泵組和分段水力壓裂裝備。首次在山西陽泉寺莊煤礦15117工作面15號(hào)煤底板開展了梳狀長鉆孔分段水力壓裂工程試驗(yàn)，鉆孔直徑120 毫米，梳狀鉆孔主孔長度534 米，下入分段壓裂工具長度490米，將主孔分5段進(jìn)行壓裂，鉆孔累計(jì)壓入水量2865方，單段大壓入水量611 方。該孔工程試驗(yàn)的成功標(biāo)志著煤礦井下分段壓裂技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“從0到1”的突破。

目前，該技術(shù)已在神東保德，山東濟(jì)寧，山西陽泉，陜西韓城、黃陵、彬長、榆林，河南焦作，內(nèi)蒙古東勝，新疆烏魯木齊、昌吉，安徽淮南、淮北，貴州黔西等8省30余個(gè)礦區(qū)成功推廣應(yīng)用，形成了適合不同地質(zhì)條件、不同開采條件、不同災(zāi)害類型的成套技術(shù)體系。該技術(shù)在典型煤礦區(qū)工程實(shí)踐應(yīng)用中，創(chuàng)造了煤礦井下分段水力壓裂定向鉆孔長度800米、單孔20段壓裂的施工紀(jì)錄；在碎軟煤層中實(shí)現(xiàn)了單孔瓦斯日抽采純量超3000方；堅(jiān)硬頂板采用分段水力壓裂措施后，在工作面煤炭回采過程中監(jiān)測，頂板來壓步距、動(dòng)載系數(shù)和高壓力值均明下降，未發(fā)生任何礦壓動(dòng)力災(zāi)害。

該技術(shù)授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng)，申請(qǐng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)，研究過程中發(fā)表科技論文30余篇，對(duì)煤礦生產(chǎn)一線技術(shù)人員進(jìn)行相關(guān)技術(shù)培訓(xùn)50余場，培訓(xùn)人員超2000人。該項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)不同礦區(qū)推廣應(yīng)用形成的成果，由中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織專家在2017年、2019年、2020年、2021年和2022年進(jìn)行鑒定，均達(dá)到國際領(lǐng)先水平。該技術(shù)的應(yīng)用推廣保障了近5億噸煤炭資源安全回采，為我國煤炭工業(yè)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。