一种地面直井水力压裂范围监测方法与流程

1.本发明涉及煤矿竖井超高压水力压裂监测技术领域，特别是指一种地面直井水力压裂范围监测方法。


背景技术：

2.近年来，我国一些矿区受到关键层断裂型矿震的影响，造成政府和居民的担忧和恐慌，发生此类矿震的主要地质特点是开采层上方数百米范围内具有单层或多层厚硬关键层，这些大面积悬顶的厚硬关键层突然断裂、回转引起整个矿区发生大能量矿压事件。这对矿区的安全和生产危害日益突出，已成为我国部分地区矿山生产所面临的关键问题之一。
3.煤矿上覆厚硬关键层地面竖井超高压水力压裂技术是解决上述问题的有效措施之一。通过对工作面上方厚硬关键层实施地面竖井水力压裂，使水力压裂裂隙在厚硬关键层长、宽、高三个维度上充分发育，从而预裂厚硬岩层，破坏其完整性，切断厚硬关键层发生大面积悬顶、断裂和回转的条件。
4.现有技术中公开了一种煤矿井下水力压裂裂缝扩展规律的微震监测方法，其在布置好的压裂孔布置多个监测孔并布置拾震器，将所有拾震器信号接入同一个监测站。进行压裂作业并采集压裂信息。最后基于微震信息反演围岩中每个微震事件的空间位置。该监测方法针对井下水力压裂裂缝规律扩展，未考虑煤层上覆岩层对压裂裂缝的影响，同时未涉及井上下联合监测，检测精度不够高。另现有技术中公开了一种煤岩水力压裂裂缝微震定位及扩展机理监测方法，其根据实际情况布置微震传感器，采集压裂过程中的原始波形信号，通过定义波形敏感值筛选出煤岩体水力压裂诱发的有效微震事件，并且计算出破裂源的位置，同时根据波形信息反演震源机制，从而得到水力压裂缝隙的扩展规律。该方法采用微震传感器对隧道施工过程中进行微震监测，根据岩体破裂微震事件进行定位，获得岩体微震事件进行定位。所应用的方法更适合定位微震中心。对矿山井下施工不适用。另现有技术中公开了一种井上下微震监测系统及方法，其提出在地面上增加井上微震监测系统，使得包含监测区域在内的整个井下处于三维立体监测，可以有效的提高井下微震事件在垂直方向的监测精度。所应用的方法适合寻找微震发生位置，对压裂发育范围监测不够详细。
5.厚硬关键层中的压裂裂隙发育效果是解决矿震问题的关键，目前常用的水力压裂缝隙监测手段常借用石油领域的技术(声波、位移、微震等)，这些监测手段成本高，搬运难度大，并不完全适合进行煤矿上覆厚硬关键层地面竖井超高压水力压裂发育缝隙的监测，因此本发明拟提供一种高精度、便携的监测方法,基于便携式高精度微震采集仪监测厚硬关键层压裂缝隙发育产生的震动波来监测压裂井发育缝隙效果。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是提供一种地面直井水力压裂范围监测方法。
7.该方法包括步骤如下：
8.s1：以超高压水压致裂井井口为原点，按照工作面走向朝向切眼方向每隔50m钻取
一个直径90mm的地面监测孔用于安装微震深孔检波器，共钻取三个，分别为地面1#监测孔、地面2#监测孔和地面3#监测孔；
9.s2：按s1同样的钻取方法在地面压裂孔朝向工作面推进方向钻取三个地面监测孔，分别为地面4#监测孔、地面5#监测孔和地面6#监测孔；
10.s3：在超高压水压致裂井井口两边垂直工作面走向方向采用同s1相同的方法实施两个监测孔，分别为地面7#监测孔和地面8#监测孔，地面7#监测孔和地面8#监测孔均距离超高压水压致裂井井口60m，钻孔深度分别为20m、30m；
11.s4：以超高压水压致裂井井口为原点，按照工作面走向距离130m施工监测井并在关键层间放置检波器；
12.s5：在工作面切眼与实体煤顺槽倾斜75
°
向煤壁钻取井下监测孔并将微震深孔检波器安装在孔底，每个井下监测孔孔深25m；井下监测孔在轨顺和运顺方向每隔50m布置一个，每个方向布置四个；
13.s6：确保微震深孔检波器安装正常后，在井上和井下分别铺设微震深孔检波器到地面便携式高精度微震监测系统之间的通信电缆、微震深孔检波器到井下便携式高精度微震监测系统之间的通信电缆；
14.s7：将地面便携式高精度微震监测系统和井下便携式高精度微震监测系统与微震深孔检波器进行连通调试，确保检波器正常、线序连接正确；
15.s8：对每个微震深孔检波器的孔口坐标进行精准测量，并计算出微震深孔检波器坐标，将坐标输入对应连接的便携式高精度微震监测系统；
16.s9：对压裂效果进行测试，水力压裂开始后，地面便携式高精度微震监测系统与井下便携式高精度微震监测系统同时监测，通过便携式高精度微震监测系统记录的每个微震深孔检波器的微震事件和时间，进行微震事件精准定位，进而得出压裂裂隙的发育范围。
17.其中，s1中的监测孔用清水冲洗孔后将孔内积水抽出，然后用水泥封孔，再用1.5m套管固孔，地面1#监测孔、地面2#监测孔和地面3#监测孔的钻孔深度分别为20m、30m、25m。
18.s2中地面4#监测孔、地面5#监测孔和地面6#监测孔的钻孔深度分别为25m、20m、30m；s3中地面7#监测孔和地面8#监测孔钻孔深度分别为20m、30m。
19.地面1#监测孔、地面2#监测孔、地面3#监测孔、地面4#监测孔、地面5#监测孔、地面6#监测孔、地面7#监测孔和地面8#监测孔中的微震深孔检波器安装高度为孔深。
20.s8中微震深孔检波器坐标精确到小数点后两位，保证后期定位的准确性。
21.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
22.上述方案中，基于便携式高精度微震监测采集仪井上井间井下联合监测煤矿超高压水压压裂井压裂缝隙扩展范围，用于保证超高压水压致裂厚硬关键层效果，能有效监测超高压水力压裂缝隙发育范围，得出厚硬关键层的压裂效果，是一种便携、经济、监测精度高、成本低的技术。
附图说明
23.图1为本发明的地面直井水力压裂范围监测方法工艺布置图；
24.图2为本发明的地面微震监测监测孔的工艺布置图；
25.图3为本发明的地面便携式微震采集监测系统工艺布置图；
26.图4为本发明的井下便携式微震采集监测系统工艺布置图。
27.其中：1—超高压水压致裂井；2—工作面；3—切眼；4—水泥；5—套管；6—地面1#监测孔；7—地面2#监测孔；8—地面3#监测孔；9—地面4#监测孔；10—地面5#监测孔；11—地面6#监测孔；12—地面7#监测孔；13—地面8#监测孔；14—微震深孔检波器；15—井下监测孔；16—地面便携式高精度微震监测系统；17—井下便携式高精度微震监测系统；18—厚硬关键层；19—通信电缆；20—监测井；21—巷道。
具体实施方式
28.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
29.本发明提供一种地面直井水力压裂范围监测方法，基于便携式高精度微震采集仪监测厚硬关键层18压裂缝隙发育产生的震动波来监测压裂井发育缝隙效果。
30.如图1所示，该方法包括步骤如下：
31.s1：以超高压水压致裂井1井口为原点，按照工作面2走向朝向切眼3方向每隔50m钻取一个直径90mm的地面监测孔用于安装微震深孔检波器，共钻取三个，分别为地面1#监测孔6、地面2#监测孔7和地面3#监测孔8；
32.s2：按s1同样的钻取方法在地面压裂孔朝向工作面推进方向钻取三个地面监测孔，分别为地面4#监测孔9、地面5#监测孔10和地面6#监测孔11；
33.s3：在超高压水压致裂井1井口两边垂直工作面走向方向采用同s1相同的方法实施两个监测孔，分别为地面7#监测孔12和地面8#监测孔13，地面7#监测孔12和地面8#监测孔13均距离超高压水压致裂井1井口60m，钻孔深度分别为20m、30m；
34.至此，完成的地面便携式微震采集监测系统布置如图3所示；
35.s4：以超高压水压致裂井1井口为原点，按照工作面走向距离130m施工监测井20并在关键层间放置检波器；
36.s5：在工作面切眼3与实体煤顺槽倾斜75
°
向煤壁钻取井下监测孔15并将微震深孔检波器14安装在孔底，每个井下监测孔15孔深25m；井下监测孔15在巷道21内在轨顺和运顺方向每隔50m布置一个，每个方向布置四个，如图4所示；
37.s6：确保微震深孔检波器安装正常后，在井上和井下分别铺设微震深孔检波器到地面便携式高精度微震监测系统16之间的通信电缆19、微震深孔检波器到井下便携式高精度微震监测系统17之间的通信电缆19；电缆敷设过程中注意不可强力拖拽，以免破坏电缆，另外电缆敷设时在线路上应尽量避免大功率的电器设备，电缆两端各余5m，不能余量过多出现盘线的情况，以免产生线路干扰；
38.s7：将地面便携式高精度微震监测系统16和井下便携式高精度微震监测系统17与微震深孔检波器进行连通调试，在系统稳定运行后敲击地面、井下各个检波器，并记录敲击通道与敲击时间。在数据分析软件中查看记录的事件，确保检波器正常、线序连接正确；
39.s8：对每个微震深孔检波器的孔口坐标进行精准测量，并计算出微震深孔检波器坐标，将坐标输入对应连接的便携式高精度微震监测系统；
40.s9：对压裂效果进行测试，水力压裂开始后，地面便携式高精度微震监测系统与井下便携式高精度微震监测系统同时监测，通过便携式高精度微震监测系统记录的每个微震
深孔检波器的微震事件和时间，进行微震事件精准定位，进而得出压裂裂隙的发育范围。
41.如图2所示，s1中的监测孔用清水冲洗孔后将孔内积水抽出，然后用水泥4封孔，再用1.5m套管5固孔，地面1#监测孔6、地面2#监测孔7和地面3#监测孔8的钻孔深度分别为20m、30m、25m。
42.上述s2中地面4#监测孔9、地面5#监测孔10和地面6#监测孔11的钻孔深度分别为25m、20m、30m；s3中地面7#监测孔12和地面8#监测孔13钻孔深度分别为20m、30m。
43.地面1#监测孔6、地面2#监测孔7、地面3#监测孔8、地面4#监测孔9、地面5#监测孔10、地面6#监测孔11、地面7#监测孔12和地面8#监测孔13中的微震深孔检波器安装高度为孔深。
44.s8中微震深孔检波器坐标精确到小数点后两位，保证后期定位的准确性。
45.具体到每个监测孔检波器的安装：
46.在检波器安装之前，提前进行调试，确保安装的微震深孔检波器都能正常运行，每个检波器安装完成之后，连接便携式高精度微震采集仪，进行再一次试波，再次确保每个微震深孔检波器的正常运行。
47.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。