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)、封孔材料力學性質(zhì)（強度、彈性模量）、封孔參數(shù)（鉆孔直徑、封孔長度）之間的關(guān)系表達式；封孔材料能承受的最大水壓隨封孔材料強度、彈性模量以及封孔長度的增大而增大，當封孔長度達到一定數(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：該材料的強度和承壓能力均達到要求，運用封孔長度計算模型設(shè)計的封