煤层分段定点压裂效果的微震解译及定量评价

Coal seam hydraulic fracturing is the key technique for coalbed methane extraction, gas drainage and rockburst prevention. However, its application effect and value are far from desirable due to the restriction of theoretical research, equipment and site operation. Compared with the large-scale fracturing in oil and gas industry, coal seam fracturing is characterized by small scale. In this study, quantitative evaluation of hydraulic fracturing effect is presented. Microseismic monitoring technique is adopted to track the weak signals released in hydraulic fracturing in real time. The fine processing and temporal-spacial demonstration methods are also proposed for the signals of weak energy, high frequency and short duration. Based on the methods, the quantitative description method for fractures parameters is put forward. By introducing the fracturing effect evaluation index and non-linear prediction model, the fracturing effect can be predicted in a quantitative and dynamic way. The evaluation result can be verified and optimized by stress and flow monitoring. This project is expected to achieve quantitative prediction of hydraulic fracturing effect, and provide a theoretical and practice basis for optimization and development of site operation. The project outcomes are of crucial significance to the application of hydraulic fracturing technique to gas drainage and coalbed methane extraction.

煤层水力压裂技术是进行煤层气抽采、瓦斯抽放、冲击地压防治等工作的重要技术手段。但由于现场理论研究、技术装备及施工工艺等因素影响，其应用效果和价值远未发挥。区别于油气领域的大范围压裂，本项目以煤层分段定点水力压裂（小范围）为研究对象，以水力压裂效果的定量预测与评价优化为核心问题，应用微震监测技术对水力压裂过程中煤岩体破裂释放出的微弱信号进行实时追踪，提出“弱能量、高频率、短持续时间”微弱压裂信号的精细处理与时空展示方法，并以此为基础建立压裂裂缝参数（长度、高度、宽度及方位等）的定量描述方法，构建基于微震指标的煤层损伤程度定量表征模型，实现对压裂效果的定量化动态评价，并结合应力、流量等监测手段，对评价结果进行检验和优化。期望通过本项目研究，实现水力压裂效果的定量化评估，为水力压裂施工工艺的优化与改进提供理论依据和实践基础。项目研究成果对该技术在煤岩动力灾害防治、煤层气抽采等领域的推广应用具有重要意义。

随着煤炭资源开采逐步向深部转移，国内大批矿井将频繁面临冲击地压灾害的影响。传统的爆破预裂、大直径钻孔手段一定程度上降低了冲击灾害发生的概率，但仍无法满足深度开采的需求，且存在成本高、劳动强度大、耗时费力等缺陷。煤层水力压裂技术是进行煤层气抽采、瓦斯抽放、冲击地压防治等工作的重要技术手段。但由于现场理论研究、技术装备及施工工艺等因素影响，其应用效果和价值远未发挥。区别于油气领域的大范围压裂，本文以煤层小范围水力压裂为研究对象，以水力压裂效果的定量预测与评价优化为核心问题，应用微震监测技术对水力压裂过程中煤岩体破裂释放出的微弱信号进行实时追踪，提出“弱能量、高频率、短持续时间”微弱压裂信号的精细处理与时空展示方法，并以此为基础建立压裂裂缝参数（长度、高度、宽度及方位等）的定量描述方法，通过建立相应的压裂效果评价指标和非线性预测模型，对压裂效果进行定量化动态预测。实践结果表明，高精度定位计算获得的微震事件分布图，可以明显解释压裂区域的裂隙动态扩展情况，反馈出煤体内部应力发展与迁移状况。这与实际监测结果相吻合，也证明了微震监测技术的有效性。结合应力监测、工程地质等情况，微震监测有效获取了高应力区域的微弱岩体破裂响应，并初步实现了对裂隙扩展及影响范围的定量表征，对评价结果进行检验和优化，这为冲击地压防治提供了理论依据。通过本项目研究，初步实现水力压裂效果的定量化预测，为水力压裂施工工艺的优化与改进提供理论依据和实践基础。项目研究成果对水力压裂技术应用于瓦斯抽放、煤层气抽采等领域，具有重要意义。