煤礦井下水力壓裂封孔材料及封孔長度優(yōu)化.pdf

1、近年來，煤礦井下水力壓裂增透抽采煤層氣（瓦斯）技術(shù)得到初步應(yīng)用，取得較好效果；鉆孔密封是水力壓裂技術(shù)的關(guān)鍵，直接關(guān)系到后續(xù)壓裂增透措施能否順利實施。但目前所采用的水力壓裂封孔材料存在易收縮、密封效果差、成本高及封孔長度不合理等問題，導(dǎo)致封孔材料與壓裂管和煤巖體的密封粘結(jié)質(zhì)量難以保證而出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，直接影響了卸壓增透效果。因此，開展煤礦井下水力壓裂封孔材料自身物性、力學(xué)性質(zhì)及封孔參數(shù)優(yōu)化研究，提高封孔質(zhì)量和封孔效率，節(jié)約生產(chǎn)成本和避免封

2、孔盲目性，對煤層氣抽采和煤礦安全生產(chǎn)都具有十分重要的意義。
　　本文采用理論與實驗相結(jié)合的方法，建立了煤礦井下水力壓裂封孔力學(xué)模型，分析了封孔材料與煤巖體和壓裂管粘結(jié)參數(shù)、封孔材料力學(xué)性質(zhì)、封孔參數(shù)（鉆孔直徑、封孔長度）對封孔材料承壓能力的影響；優(yōu)選了封孔材料，建立了封孔長度計算模型，最后通過現(xiàn)場試驗對研究結(jié)果進(jìn)行驗證分析。主要研究結(jié)果如下：
　?、倩诿旱V井下水力壓裂鉆孔密封原理，建立了封孔力學(xué)模型，推導(dǎo)了封孔材料能承受的

3、最大水壓與封孔材料與煤巖體和壓裂管界面粘結(jié)參數(shù)、封孔材料力學(xué)性質(zhì)（強(qiáng)度、彈性模量）、封孔參數(shù)（鉆孔直徑、封孔長度）之間的關(guān)系表達(dá)式；封孔材料能承受的最大水壓隨封孔材料強(qiáng)度、彈性模量以及封孔長度的增大而增大，當(dāng)封孔長度達(dá)到一定數(shù)值后，其長度的增加對封孔材料承水壓力的提高作用不大。
　?、诟鶕?jù)壓裂鉆孔密封對封孔材料的性能要求，研制了由水泥、早強(qiáng)減水劑、聚丙烯纖維拌合水組成的新型封孔材料；并通過抗壓強(qiáng)度和收縮率實驗，優(yōu)選出了配比范圍；高

4、壓密封性能測試和材料力學(xué)性質(zhì)、成本分析表明：該材料兼顧了性能與成本，更適用于煤礦井下水力壓裂鉆孔密封；基于材料承壓能力與封孔影響因素的表達(dá)式得到了封孔長度的計算公式，建立了密封條件、抽采條件下壓裂孔封孔長度計算模型，為現(xiàn)場封孔長度的設(shè)計提供依據(jù)。
　?、蹆?yōu)化了煤礦井下水力壓裂封孔工藝，基于封孔長度計算模型設(shè)計了重慶某礦水力壓裂試驗區(qū)壓裂鉆孔的封孔長度；現(xiàn)場工業(yè)試驗表明：該材料的強(qiáng)度和承壓能力均達(dá)到要求，運用封孔長度計算模型設(shè)計的封