浅析高压水力割缝技术

水力割缝工艺技术水力喷砂割缝技术是采用含砂的高压水流通过井下割缝工具后，形成高速射流，在水流和磨料高速冲击下，将套管及周围岩层沿轴向切开，最后在近井地带形成多对宽约20mm，缝高200mm，缝深1200mm，互成180°的长缝，并可根据储层厚度提升管柱切割多条裂缝，从而达到增加井筒周围地层渗透率、改善近井带的渗流阻力及增产增注的目的。

水力喷砂割缝是一项增产增注新技术，相对于常规射孔而言，其解决了射孔深度不足、射孔压实带及污染的问题，同时增加了渗流面积，相对水力压裂而言，其施工简单，成本较低，所产生的裂缝易于控制，同时增产增注效果明显。

水力喷砂割缝后，油水井井筒周围岩层的几何形态发生了巨大变化，打破了原来地层的平衡状态，近井带应力重新分布，形成一对相对较深的缝隙，在强大的地应力作用下，调整了原来的应力场：在裂缝的表面区域为拉应力区，而非压应力区，使压实带的岩层发生疏松并产生新的裂纹，影响半径达到1.5米以上，从而有效提高地层的渗透能力，增大地层的渗透率。

割缝后近井地层的应力将大幅度下降，仅为钻井后井周应力的15%—5%，且影响范围达3m之多，虽然是局部地区渗透率大于其它地区的渗透率，但生产井的产量仍能得到很大的提高。

另外，水力喷砂割缝技术是利用磨料水流的磨蚀作用，能够有效减少对套管及水泥环的冲击、破坏作用，避免了常规套管射孔完井对地层的伤害，是提高油气井产量的新技术，对水力割缝过程中套管强度的变化和地应力的重新分布情况、近井地带渗透率的变化进行了有限元分析，认为割缝后套管强度仍能满足生产的需要，不会产生严重破坏，水力喷砂割缝增产增注机理，主要体现在以下几个方面：（1）清除油水井井壁泥浆污染。

通过水力喷砂割缝，在油水井筒附近割开缝，解除了由于钻井过程中泥浆侵入带来的污染，从而解除堵塞达到增产增注的目的；（2）解除密实圈，提高近井带渗透率。

钻完井后，在地应力的作用下，井筒附近形成应力集中区，其厚度大于油井直径，该区域内应力水平是远场的2.5 ~3倍，由于高主应力的作用，围岩被压实，形成密实圈，渗透率远低于远场渗透率。

煤矿井下高压水力割缝技术应用简析摘要：瓦斯抽采是瓦斯灾害治理的重要手段。

矿区煤层透气性系数普遍较低、抽采瓦斯难度大，采前瓦斯抽采困难，而且随着煤矿开采深度的逐步增加，地应力增大，瓦斯含量和瓦斯压力增加，“掘－抽－采”不平衡问题日益凸显。

寻求一种提高煤层渗透性、强化煤层瓦斯抽采率的技术显得迫在眉睫。

煤矿一直在探索如何能进一步提高瓦斯抽采效率，在采用液态CO2置换驱替煤层瓦斯方面，取得了很好的效果。

研究表明，要实现瓦斯的高效抽采，其关键点是破坏瓦斯“存、储、盖”等大环境，释放瓦斯煤体周边应力，通过施加外部动力，达到增透、促抽的瓦斯高效抽采目的。

基于此，本篇文章对煤矿井下高压水力割缝技术应用进行研究，以供参考。

关键词：煤矿井下；高压水力割缝技术；应用分析引言甲烷是煤层气和煤层气中的一种气体，甲烷是其中的主要组成部分，是清洁和高质量的能源。

中国煤矸石气藏约36.8×1012m3，低层煤矸石气藏16×1012m3，占资源总量的40%以上。

它们主要分布在西北天然气集中区和东北天然气集中区，以及中国北方天然气集中区鄂尔多斯盆地侏罗纪和白垩纪煤层气层。

目前，中国煤层气资源的合理开发利用受到高度重视，已成为能源开发利用的重点领域，预计将成为煤层气勘探开发的新领域。

为了解决我国煤层气有效开采的技术问题，提出了一种通过液压接头富集技术气体的方法，以便为在其他矿山混合使用低厚度煤层气提供技术支持。

1水力割缝破煤机理水力压裂机理主要体现在断煤的切割和破坏、断煤的牵引和破坏以及断煤的内部破坏。

(1)切断并销毁碎煤。

根据力学定律，喷水冲击煤体表面，煤体上的作用可分解为拉力和剪切应力。

当这两种应力均超过煤体所能承受的极限时，煤体开始受到拉伸和剪切损伤。

= σtan φ + c ( 1):煤体的剪切应力，mpaφ为法向应力，mpaφ是煤体内部摩擦角()；c表示煤体粘附，MPa。

(2)拉伸破坏煤的结垢效果。

当煤体第一次受到喷水的影响时，里面有牵引裂纹随着喷水不断撞击，周围的煤体受到牵引约束，裂缝逐渐向煤体深处延伸。

高压水切割一、高压水切割技术的前景随着高压水切割技术推广应用，它独特的优点被人们应用于生产、生活的许多方面。

高压水切割技术首先被用于军工企业，解决了呈各向异性的层合板结构的复合材料的加工难题。

高压水喷流也是一种理想的消除涂层工具，高速飞机的涡轮风扇发动机、燃烧室中的涡轮罩、风扇罩等部件，其表面喷涂了各种合金、碳化物的陶瓷涂层，在对其表面重新加工之前，必须将这些涂层除去。

过去的方法既费时，又污染工作环境如：磨削、手刮、浸在酸中等，用高压水射流技术来清除这些涂层，可省时80%~88%，并可控制清除深度，不损伤工件表面。

高压水射流技术还可以应用于切割布匹，陶瓷，钢筋混凝土结构，纸张；并用于清除船体，螺旋桨表面的附着海洋浮游生物和积垢等。

人们把高压水切割技术也引入了医学领域，在日本，人们实验性的应用它作外科手术，发现术后既不损伤周围组织，也不引起感染。

从近期国内外研究动向中可以看到，高压水切割技术应用水射流的多种性质，以及射流与目标物的多种作用方式，使高压水切割装置称为一类多种功能，适合现代化建设需要的破碎、切割、清洗方面的新型工具。

二、高压水切割的优点高压水切割技术首先由苏联发现，后由美国麦克卡特尼公司第一个取得了专利权。

随着这一技术的广泛应用，高压水切割技术的优点也越来越明显的体现出来。

1、改善了工作环境高压水切割时，加工切屑量少，只是传统加工工艺的15%~20%，且由于高压射流形成的真空，产生一个向下吸力，使切屑同水流一并流走，从而避免了切屑与尘埃飞扬的情况，在加工过程中，噪音小（低于80分贝），不会产生有害气体，有利于保护操作者的身体健康。

2、工艺性能好它的切缝狭窄，只有0.1~0.8mm，原材料损耗率低，切口整齐，光滑，无毛刺，板材两的切缝宽度基本相同，不产生分层和变形问题，加工后，无需对工件加以修边。

另外，高压水切割是冷加工，加工部件不产生热变形、热应力，强度也不发生变化。

当高压水切割系统与光电仿形装置、数控系统配合一起时，能作特形切割。

高压水力割缝技术问题及对策研究发布时间：2021-10-09T08:15:00.240Z 来源：《工程建设标准化》2021年14期作者：张轩[导读] 高压水力割缝技术是一种利用具有压力脉冲特性、张轩淮河能源控股集团煤业公司潘二矿，安徽淮南 232087摘要：高压水力割缝技术是一种利用具有压力脉冲特性、自激空化特性和切割破碎煤岩特性的高度聚能的射流束对煤体实施切割破碎，在煤层内部中造成空隙，改变煤体结构，使原煤体的微孔隙张开，造成新裂隙即局部卸压，来改善煤层内部瓦斯流动状况，达到提高煤层透气性、提高预抽率的目的。

文章主要介绍高压水力割缝技术原理及实施过程，并分析了技术问题，提出解决方案。

关键词：高压；水力割缝；技术问题；对策引言高压水力割缝原理是利用乳化液泵将水进行加压，通过钻杆送入切割喷嘴，再通过切割喷嘴喷出形成脉动水线切放煤层，形成缝隙，它的直径深度可达2 m，从而增加了煤层的透气通道和暴露面积，加大了煤层的透气性，加快了煤层内瓦斯的抽出，实现快速有效的消突作业。

采用高压水力割缝增透技术时，可能会遇到一些较为复杂的技术问题，为确保施工安全，在此将长期性的高压水力割缝试验过程中所遇到的一些技术问题及解决方法加以总结，以便为今后的高压水力割缝提供一定的参考作用。

1 高压水力割缝及增透技术原理1.1高压水力割缝原理低透气性松软突出危险煤层，受其成煤环境和后斯地质运动影响，其内部原生裂隙不发育或是十分微小，为了增大煤体的透气性系数，只有人为的采取措施使卸除煤层区域应力或在煤层内部中生成后生裂隙，改变煤体结构，扩展煤层内部裂隙。

高压水力割缝技术是一种利用具有压力脉冲特性、自激空化特性和切割破碎煤岩特性的高度聚能的射流束对煤体实施切割破碎，在煤层内部中造成空隙，改变煤体结构，使原煤体的微孔隙张开，造成新裂隙即局部卸压，来改善煤层内部瓦斯流动状况，达到提高煤层透气性、提高预抽率的目的。

1.2高压水力割缝增透原理高压水力割缝是在煤层中先施工一组抽采钻孔，然后选择部分钻孔进行高压水力割缝。

高压水射流切割技术在工业领域的应用研究在工业生产中，某些金属、合金及非金属材料的切割加工一直是困扰着生产者的难题。

对于传统的切割方法，如火焰切割、机械切割等，虽然也有优点，但也存在很多缺点。

比如焊接热影响区过大、光盘表面裂纹、低效率等问题。

而高压水射流切割技术的出现，可以满足这些问题，有效提高了工业的生产效率和质量。

1. 高压水射流切割技术的基本原理高压水射流切割技术是一种以高压水为切割媒介载体，通过喷嘴进行加速导致水流的速度大大加快，达到10倍于原本静态压力下的水流速度。

高速水流会将工件表面材料剥落，形成切割。

切割的深度和形状取决于喷嘴直径、水压和喷嘴的移动速度。

射流速度越高，切割厚度越大，最厚能够达到300mm以上，射流速度越低，切割精度越高。

2. 高压水射流切割技术的优点相比较传统的切割方法，高压水射流切割技术具有很多的优点:（1）切割效率高：高压水射流切割技术在切割速度、切割效果及切割深度方面均有很大的提升，可以达到高效率生产的目的。

而且切割过程不产生热影响，不会导致材料变形、氧化，也不会引起内应力。

（2）环保：高压水射流切割技术采用水作为切割介质，不像其他传统方法一样会产生废气、废水、噪音等污染问题。

水靠自然降解，不存在任何对环境的伤害。

（3）适应性好：高压水射流切割技术适用面广，可用于切割钢、铁、铜、铝、黄铜、不锈钢、陶瓷、玻璃、硬质合金等大多种材质。

（4）切割精度高：由于高压水射流切割技术没有割缝，与刀具的厚度无关，因此可以在相对简单的工艺条件下达到准确的切割精度，可达到0.1毫米。

3. 高压水射流切割技术在工业领域的应用目前，高压水射流切割技术在工业领域已经得到广泛的应用，主要是以下几个领域：（1）航空航天领域：高压水射流切割技术可用于加工飞机部件、发动机组件及宇航器部件等，可以达到高精度、高效率的切割效果。

而且高压水射流切割技术可以切割特殊复杂的形状，帮助航空航天领域的生产实现更高的精度和效率。

水力割缝技术水力割缝技术是一项先进的岩石爆破技术。

它又被称作高压水射流割缝技术。

该技术可以在爆炸弊大于利时仍然安全可靠地进行。

与传统的爆破作业相比，水力割缝技术具有诸多优势，例如对环境的影响小、作业效率高、噪声污染小等等。

下面我将为大家介绍水力割缝技术的具体步骤。

第一步，选择合适的水力割缝设备。

通常情况下，水力割缝设备是由水泵、射流喷嘴、高压软管、压力控制阀以及电气装置等部分组成。

不同的水力割缝设备在结构、性能等方面都存在差异，因此，需要根据具体的作业需求选择合适的设备。

第二步，就地选取岩石样品。

岩石样品的选取是测试水压的一个非常关键的步骤。

在选取样品时，需要一定的经验和技巧，否则，可能会出现误差。

第三步，根据实际需要，选择适当的水压。

水压是根据岩石的硬度和密度等条件来决定的。

在选择适当的水压时，需要根据实际情况进行调整，最终确定一个适合的水压范围。

第四步，安装水力割缝设备。

将水力割缝设备按照操作说明书进行正确的安装，并进行各项功能测试，确保设备正常工作。

第五步，将射流喷嘴放置在岩石的切口处。

水流冲击岩石切口，产生压裂作用，从而使岩石出现裂缝。

第六步，通过控制水压和射流角度来调节裂缝的大小和方向。

对于不同的岩石性质，需要采取不同的射流角度和水压配合，以达到更好的割缝效果。

第七步，如果需要进行分段割缝，可以通过水力割缝设备进行多次的裂缝扩大和连通。

在水力割缝作业中，需要注意安全问题，严格执行操作规程。

总之，水力割缝技术是现代化矿山工作中的一种重要技术手段，其作业效率高，裂缝质量优，是未来矿山工作的重要方向之一。

浅析高压水力割缝技术摘要：为了提高煤层透气性和瓦斯预抽效果，加快瓦斯抽采达标进程，决定在石门揭煤、掘进条带穿层、穿层网格等瓦斯抽采钻孔施工过程中全面推广应用高压水力割缝增透技术，文章对其应用进行分析。

关键词：高压水利割缝；瓦斯预抽；透气性高压水力割缝原理是利用乳化液泵将水进行加压，通过钻杆送入切割喷嘴，再通过切割喷嘴喷出形成脉动水线切放煤层，形成缝隙，它的直径深度可达2 m，从而增加了煤层的透气通道和暴露面积，加大了煤层的透气性，加快了煤层内瓦斯的抽出，实现快速有效的消突作业。

1 高压水力割缝技术原理高压水力割缝技术是一种具有压力脉冲特性、自激空化特性和切割破碎煤岩特性的新型射流形式，能以高度聚能的射流束在煤岩上产生冲蚀、空化来实现对煤岩的切割破碎。

利用高压水力割缝在低透气性煤体中钻深孔、切缝能够增大煤层瓦斯涌出自由面，促使煤体大范围快速卸压，提高煤层透气性。

同时高压水力割缝的压力脉动冲击在钻孔、煤缝隙周围煤体中产生交变应力，促使煤体动力致裂，激发裂隙连通，进一步增强煤层透气性及瓦斯解析；且高压水力割缝空化效应产生的瞬时高压和空化声振，进一步强化吸附瓦斯解析。

高压水力冲孔增透技术是利用高压水力冲孔对煤层（坚硬和软弱煤层）固有的瓦斯抽放孔内进行切割，沿抽放孔形成人工裂隙，从而提高煤层透气性和减小煤层内部压力，以达到提高瓦斯抽放效率和防止瓦斯突出的目的。

高压水力冲孔割缝是对透气性系数低、原始瓦斯含量大的煤层进行预前割缝。

这种方法是在煤层中先打瓦斯抽放钻孔，然后在钻孔内利用高压水射流沿孔对煤体进行切割，在钻孔两侧形成一条具有一定宽度和深度的扁平缝槽，利用水流将切割下来的煤体排出孔外，煤层在底层压力下产生不均匀的变形和破坏，是钻孔之间相互贯通，其目的是为了提高煤层的透气性，为瓦斯的解析和流动提供通道。

高压水射流割缝所形成较深的卸压、排瓦斯钻孔槽，能使煤层的煤体物理性质发生改变，原始应力重新分布进而增强煤层的透气性。