煤礦井下氣液兩相交替相驅(qū)壓裂煤體強(qiáng)化瓦斯抽采方法
【專利摘要】一種煤礦井下氣液兩相交替相驅(qū)壓裂煤體強(qiáng)化瓦斯抽采方法，在本煤層或穿層中施工壓裂鉆孔、導(dǎo)水孔，對兩個鉆孔進(jìn)行耐高壓封孔；連接壓裂設(shè)備，以不超過3MPa的壓力水注入壓裂鉆孔，對壓裂鉆孔實施水力壓裂10min后關(guān)閉水泵，停止水力壓裂；開啟氣體增壓器對壓裂鉆孔進(jìn)行氣相壓裂，壓力達(dá)到3MPa時，關(guān)閉氣體增壓器，停止氣相壓裂；如此重復(fù)多次，當(dāng)距離壓裂鉆孔一側(cè)的導(dǎo)水孔出現(xiàn)水流出時，停止水力壓裂，繼續(xù)氣相壓裂，當(dāng)導(dǎo)水孔水流停止，或有氣體涌出時，結(jié)束氣相壓裂；對壓裂鉆孔和導(dǎo)水孔聯(lián)入瓦斯抽采管網(wǎng)，進(jìn)行瓦斯抽采。該方法有效解決了單一水力壓裂后水分殘留阻礙瓦斯釋放和解析的問題，使得煤體內(nèi)部裂隙發(fā)育更為充分，提高了煤層透氣性和瓦斯抽采效果。
【專利說明】煤礦井下氣液兩相交替相驅(qū)壓裂煤體強(qiáng)化瓦斯抽采方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦井下氣液兩相交替相驅(qū)壓裂煤體強(qiáng)化瓦斯抽采方法，屬于煤礦井下區(qū)域瓦斯治理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其適用于煤礦井下高瓦斯低透氣性煤層的卸壓增透。
【背景技術(shù)】
[0002]我國煤層瓦斯具有微孔隙、低滲透率、高吸附的特性，80%以上的煤層是高瓦斯低透氣性煤層。高瓦斯低透氣性煤層的開采往往伴隨著大量瓦斯涌出，特別是隨著煤炭生產(chǎn)的高效集約化和開采深度的增加，瓦斯涌出量越來越大，瓦斯爆炸和瓦斯突出危險的威脅越來越嚴(yán)重。解決高瓦斯低透氣性煤層開采過程中的瓦斯問題的主要措施是預(yù)先實施煤層瓦斯抽采，常規(guī)的瓦斯抽采方法有效影響范圍小，工作面鉆孔施工工程量大，抽采效率低，對于高瓦斯低透氣性煤層難以起到理想效果。若要做到抽采達(dá)標(biāo)，消除煤層瓦斯災(zāi)害，需要采取增透的方法，擴(kuò)大單個鉆孔有效影響范圍，提高瓦斯抽采效果。目前采用的高瓦斯低透氣性煤層卸壓增透措施是采用人為方法預(yù)先松動原始煤體，提高煤層的透氣性，主要采取的方法有以下深孔松動爆破、水射流割縫技術(shù)、水力沖孔技術(shù)和井下煤層水力壓裂技術(shù)等。深孔松動爆破、水射流割縫技術(shù)、水力沖孔技術(shù)存在鉆孔有效影響范圍小、工作量大、施工工藝復(fù)雜、抽采效率低等問題。
[0003]水力壓裂技術(shù)石油增產(chǎn)的主要措施之一已被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代石油工業(yè)中，在煤礦井下的應(yīng)用也取得了一定的效果。隨著應(yīng)用范圍的推廣、煤層賦存條件復(fù)雜以及低透氣性煤層的增多，水力壓裂技術(shù)逐漸受到限制，主要表現(xiàn)在松軟煤層中高壓水進(jìn)入煤體后，受煤體毛細(xì)管力作用，水難以排出，堵塞了瓦斯涌出的通道，減弱了水力壓裂增透煤體、提高瓦斯抽采的效果。
[0004]當(dāng)前，對于煤礦井下氣體壓裂的研究和應(yīng)用多見于高能氣體壓裂(C02、N2等)，對于煤體增透取得一定效果，但是高能氣體制備、輸送以及壓裂控制均有一定的難度，阻礙了高能氣壓裂的推廣。
[0005]借鑒高能氣體壓裂的思路，使用井下壓風(fēng)系統(tǒng)提供的風(fēng)壓，利用氣體增壓器，配合水力
壓裂技術(shù)，形成煤礦井下氣液兩相交替相驅(qū)壓裂煤體強(qiáng)化瓦斯抽采技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:要本發(fā)明的目的是針對高瓦斯低透氣性松軟煤層中水力壓裂技術(shù)的不足，提出氣液兩相交替相驅(qū)壓裂煤體強(qiáng)化瓦斯抽采方法，通過氣液兩相交替壓裂，提高煤層透氣性，從而提高瓦斯抽采效果。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的煤礦井下氣液兩相交替相驅(qū)壓裂煤體強(qiáng)化瓦斯抽采方法，包括如下步驟:
a.在本煤層或穿層中施工一個鉆孔作為壓裂鉆孔，在距離壓裂鉆孔一側(cè)施工一個同樣參數(shù)的鉆孔作為導(dǎo)水孔，導(dǎo)水孔與壓裂鉆孔的距離L為2_4m，按常規(guī)技術(shù)安裝壓裂管，對兩個鉆孔進(jìn)行耐高壓封孔；
b.在壓裂鉆孔孔口連接壓裂設(shè)備，所述壓裂設(shè)備包括由自動控制水箱、水泵構(gòu)成的供水裝置和氣體增壓器，供水裝置的出水管和氣體增壓器的出氣管經(jīng)Y形三通連接在一起，Y形三通的出口經(jīng)高壓膠管與壓裂管相連接，供水裝置的出水管、氣體增壓器出氣管和壓裂管入口管上分別設(shè)有單向閥，高壓膠管上裝有溢流閥；
C.調(diào)節(jié)溢流閥的溢流量，打開水泵，以不超過3MPa的壓力水經(jīng)壓裂管進(jìn)入壓裂鉆孔，對壓裂鉆孔實施水力壓裂，壓裂IOmin后，關(guān)閉水泵，停止水力壓裂；
d.開啟氣體增壓器，對壓裂鉆孔進(jìn)行氣相壓裂，壓力達(dá)到3MPa時，關(guān)閉氣體增壓器，停止氣相壓裂；
e.重復(fù)步驟c、d多次，每重復(fù)一次提高水壓和氣壓2_3MPa，當(dāng)距離壓裂鉆孔一側(cè)的導(dǎo)水孔出現(xiàn)水流出時，停止水力壓裂，繼續(xù)氣相壓裂，當(dāng)導(dǎo)水孔水流停止，或有氣體涌出時，結(jié)束氣相壓裂；
f.關(guān)閉壓裂管上的閥門，拆除壓裂設(shè)備，對壓裂鉆孔和導(dǎo)水孔聯(lián)入瓦斯抽采管網(wǎng)，進(jìn)行瓦斯抽米。
[0008]有益效果:本發(fā)明通過水力和氣體氣液兩相交替相驅(qū)致裂煤體，促進(jìn)煤體內(nèi)部裂隙發(fā)育、擴(kuò)展和貫通，利用水力壓裂驅(qū)趕瓦斯，再利用氣相壓裂驅(qū)動水力，有效解決了單一水力壓裂后水分殘留水中阻礙瓦斯釋放和解析的問題，提高了瓦斯抽采效果。同時，氣液兩相交替相驅(qū)充分利用兩相的優(yōu)點，逐級提高壓裂壓力，使得煤體內(nèi)部裂隙發(fā)育更為充分，煤體增透效果大幅提高。其方法簡單，操作方便，要本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)具有廣泛的實用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是本發(fā)明煤礦井下氣液兩相交替相驅(qū)壓裂煤體強(qiáng)化瓦斯抽采方法布局示意圖。
[0010]圖中:1 —壓裂鉆孔，2—導(dǎo)水孔，3—自動控制水箱，4 一水泵，5 —氣體增壓器，6-1—單向閥一，6-2—單向閥二，6-3—單向閥三，7—三通，8—高壓膠管，9一溢流閥，IO—壓裂管，11 一閥門。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進(jìn)一步的描述:
本發(fā)明的煤礦井下氣液兩相交替相驅(qū)壓裂煤體強(qiáng)化瓦斯抽采方法:
a.首先在本煤層或穿層中施工一個鉆孔作為壓裂鉆孔1，在距離壓裂鉆孔I一側(cè)施工一個同樣參數(shù)的鉆孔作為導(dǎo)水孔2，導(dǎo)水孔2與壓裂鉆孔I的距離L為2-4m，按常規(guī)技術(shù)安裝壓裂管10，對兩個鉆孔進(jìn)行耐高壓封孔；
b.在壓裂鉆孔I孔口處連接壓裂設(shè)備，并檢驗水力壓裂設(shè)備和氣體壓裂設(shè)備的性能，所述壓裂設(shè)備包括由自動控制水箱3、水泵4構(gòu)成的供水裝置和氣體增壓器5，供水裝置的出水管和氣體增壓器5的出氣管經(jīng)Y形三通7連接在一起，Y形三通7的出口經(jīng)高壓膠管8與壓裂管10相連接，供水裝置的出水管上設(shè)有單向閥一 6-1，氣體增壓器5出氣管上設(shè)有單向閥二 6-2，壓裂管10的入口管上單向閥三6-3，Y形三通7連接壓裂管10的高壓膠管8上裝有溢流閥9 ； C.調(diào)節(jié)溢流閥9的溢流量，打開水泵4，以不超過3MPa的壓力水依次通過單向閥6_1、三通7、高壓膠管8、再經(jīng)壓裂管10進(jìn)入壓裂鉆孔1，對壓裂鉆孔I實施水力壓裂，壓裂IOmin后，關(guān)閉水泵4，停止水力壓裂；
d.開啟氣體增壓器5，對壓裂鉆孔I進(jìn)行氣相壓裂，通過溢流閥9調(diào)節(jié)壓力，當(dāng)壓力達(dá)到3MPa時，關(guān)閉氣體增壓器4，停止氣相壓裂；
e.重復(fù)步驟C、d多次，每重復(fù)一次提高水壓和氣壓2_3MPa，當(dāng)距離壓裂鉆孔I一側(cè)的導(dǎo)水孔2出現(xiàn)水流出時，停止水力壓裂，繼續(xù)氣相壓裂，當(dāng)導(dǎo)水孔2水流停止，或有氣體涌出時，結(jié)束氣相壓裂；例如:以水壓力為3MPa低壓壓裂鉆孔IOmin后切換至氣相壓裂，氣相壓力達(dá)到水力壓裂最大壓力時切換至水力壓裂，提高水壓力至6MPa，壓裂IOmin后切換至氣相壓裂，氣相壓力達(dá)到水力壓裂最大壓力時切換至水力壓裂，提高水壓力至9MPa，壓裂IOmin后切換至氣相壓裂，所相壓力達(dá)到水力壓裂時的最大壓力時切換至水力壓裂。導(dǎo)水孔2出水時，停止水力壓裂，切換至氣相壓裂至導(dǎo)水孔無水，結(jié)束壓裂作業(yè)；
f.關(guān)閉壓裂管10上的閥門11，拆除壓裂設(shè)備，對壓裂鉆孔I和導(dǎo)水孔2聯(lián)入瓦斯抽采管網(wǎng)，進(jìn)行瓦斯抽采。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦井下氣液兩相交替相驅(qū)壓裂煤體強(qiáng)化瓦斯抽采方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: a.在本煤層或穿層中施工一個鉆孔作為壓裂鉆孔(1)，在距離壓裂鉆孔(I)一側(cè)施工一個同樣參數(shù)的鉆孔作為導(dǎo)水孔(2)，導(dǎo)水孔⑵與壓裂鉆孔⑴的距離L為2-4m，按常規(guī)技術(shù)安裝壓裂管(10)，對兩個鉆孔進(jìn)行耐高壓封孔； b.在壓裂鉆孔(I)孔口連接壓裂設(shè)備，所述壓裂設(shè)備包括由自動控制水箱(3)、水泵(4)構(gòu)成的供水裝置和氣體增壓器(5)，供水裝置的出水管和氣體增壓器(5)的出氣管經(jīng)Y形三通(7)連接在一起，Y形三通(7)的出口經(jīng)高壓膠管(8)與壓裂管(10)相連接，供水裝置的出水管、氣體增壓器(5)出氣管和壓裂管(10)入口管上分別設(shè)有單向閥，高壓膠管(8)上裝有溢流閥(9)； c.調(diào)節(jié)溢流閥(9)的溢流量，打開水泵(4)，以不超過3MPa的壓力水經(jīng)壓裂管(10)進(jìn)入壓裂鉆孔(1)，對壓裂鉆孔(I)實施水力壓裂，壓裂IOmin后，關(guān)閉水泵(4)，停止水力壓裂; d.開啟氣體增壓器(5)，對壓裂鉆孔(I)進(jìn)行氣相壓裂，壓力達(dá)到3MPa時，關(guān)閉氣體增壓器(4)，停止氣相壓裂； e.重復(fù)步驟C、d多次，每重復(fù)一次提高水壓和氣壓2_3MPa，當(dāng)距離壓裂鉆孔(I)一側(cè)的導(dǎo)水孔(2)出現(xiàn)水流出時，停止水力壓裂，繼續(xù)氣相壓裂，當(dāng)導(dǎo)水孔(2)水流停止，或有氣體涌出時，結(jié)束氣相壓裂； f.關(guān)閉壓裂管(10)上的閥門(11)，拆除壓裂設(shè)備，對壓裂鉆孔(I)和導(dǎo)水孔(2)聯(lián)入瓦斯抽采管網(wǎng)，進(jìn)行瓦斯抽采。
【文檔編號】E21F7/00GK103541710SQ201310483277
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】林柏泉, 翟成, 李全貴, 倪冠華, 彭深, 余旭 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)