[發明專利]一種沿空留巷厚硬頂板分段定向水力壓裂方法

有效

• 申請號: 202110361261.6
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN112855155B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 張飛騰;王襄禹;柏建彪;吳博文;王廣輝;趙嘉鑫;孟寧康;李冠軍
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C37/12
• 分類號: E21C37/12;E21C41/18
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李翩

1.一種沿空留巷厚硬頂板分段定向水力壓裂方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

S1、設計壓裂鉆孔(1)參數；施工壓裂鉆孔(1)，根據壓裂鉆孔(1)傾斜角度α、切頂高度H_c、單個封孔器長度L_P、封孔距離L_F來確定壓裂鉆孔(1)長度L_b，計算公式為：L_b＝H_csin^-1α+L_P+L_F/2，壓裂鉆孔(1)自巷道肩窩處以傾角α、長度L_b施工至指定位置；

S2、施工壓裂鉆孔(1)和導向孔(2)；根據單個壓裂鉆孔(1)水力壓裂試驗測試得出壓裂半徑，以小于2倍壓裂半徑的施工間距L_h來布置壓裂鉆孔(1)，在相鄰的兩個壓裂鉆孔(1)中間施工導向孔(2)，導向孔(2)參數與壓裂鉆孔(1)一致；

S3、高壓射流切割徑向弱面(8)；選用側向射流切割設備(3)并將其射流端推送至壓裂鉆孔(1)內垂直高度為H_c、孔深為L_c的位置后固定，使其無法沿軸向移動，開啟側向射流切割設備(3)，當高壓水到達射流端時緩慢旋轉側向射流切割設備(3)使其噴射出的高壓射流(7)沿徑向切割壓裂鉆孔(1)，形成環狀的徑向弱面(8)，然后關閉側向射流切割設備(3)；

S4、高壓射流切割軸向弱面；使側向射流切割設備(3)后退一個封孔器長度L_P的距離，當側向射流切割設備(3)的射流端到達孔內垂直高度H_a所在位置后，轉動側向射流切割設備(3)使兩側的射流方向連線與巷道走向一致后將其固定，使其無法沿徑向旋轉，開啟側向射流切割設備(3)后沿壓裂鉆孔(1)軸向緩慢后退，使高壓射流(7)沿軸向切割壓裂鉆孔(1)形成連續軸向弱面(9)，當射流噴嘴退至孔內垂直高度為H_c、孔深為L_c處的位置時，關閉側向射流切割設備(3)并將其退出壓裂鉆孔(1)，結束射流切割施工；

S5、實施頂板徑向水力壓裂；將前封孔器(10)、后封孔器(11)通過封孔器連接件連通后接入供水系統，將前封孔器(10)、后封孔器(11)送入壓裂鉆孔(1)內垂直高度為H_c的徑向弱面(8)所在位置，然后開啟供水系統，前封孔器(10)和后封孔器(11)受高壓水作用膨脹體積變大，封堵鉆孔，前封孔器(10)和后封孔器(11)之間形成的空間為封隔段，隨著高壓水的持續注入，封孔器連接件自身設置的閥門會自動開啟，高壓水從閥門涌出后充滿前封孔器(10)和后封孔器(11)之間的封隔段，然后高壓水開始沿徑向弱面(8)致裂厚硬頂板，制造沿壓裂鉆孔(1)徑向的水力裂縫面(12)，水力裂縫面(12)擴展至導向孔(2)時，會有水流從導向孔(2)內涌出，此時結束水力壓裂施工；

S6、將前封孔器(10)和后封孔器(11)后退至壓裂鉆孔(1)內垂直高度為H_a～H_s的連續軸向弱面(9)區間內，根據壓裂鉆孔(1)該段的長度重復步驟S5的水力壓裂施工流程若干次，制造若干組沿壓裂鉆孔(1)的軸向水力裂縫面(13)，多組軸向水力裂縫面(13)互相貫通形成連續軸向裂縫面(14)；

S7、判斷壓裂效果與補充施工；通過鉆孔窺視儀觀測壓裂鉆孔(1)相鄰的導向孔(2)內情況，判斷壓裂鉆孔(1)內垂直高度為H_c的徑向壓裂段是否存在徑向水力裂縫面(12)、孔內垂直高度為H_a～H_s的軸向壓裂段是否存在軸向水力裂縫面(13)；若徑向水力裂縫面(12)或軸向水力裂縫面(13)存在，則判斷水力壓裂施工效果良好；若兩者均不存在，則在導向孔(2)內的相應分段，重復步驟S3和S5或重復步驟S4和S6，補充施工徑向水力壓裂和軸向水力壓裂來提高壓裂效果。

2.如權利要求1所述的一種沿空留巷厚硬頂板分段定向水力壓裂方法，其特征在于，步驟S1中，壓裂鉆孔(1)角度α應根據鉆機(4)設備情況，角度α＝90°；切頂高度H_c與煤層厚度和頂板碎脹系數有關，設為煤層厚度的3～5倍。