一种水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法，属于煤矿井下区域瓦斯治理技术领域，尤其适用于在深部高瓦斯突出煤层中区域瓦斯治理的水热耦合压裂作业。
【背景技术】
[0002]中国工程院《国家能源发展战略2030?2050》报告提出2050年煤炭年产量控制在30亿吨，煤炭将长期作为我国的主导能源。但是，我国煤矿地质条件复杂，高瓦斯煤层占50% -70%，而高瓦斯低透气性煤层又占其中的70%左右。我国高瓦斯低透气性煤层赋存特征是微孔隙性、低渗透率和高吸附性，导致在开采过程中往往伴随着大量瓦斯涌出，特别是随着煤炭生产的高效集约化和开采深度的增加，瓦斯涌出量越来越大，瓦斯爆炸和瓦斯突出危险的威胁越来越严重。因此，煤矿在开采过程中常需要进行区域瓦斯治理作业，水力压裂技术是石油增产的主要措施之一，在煤矿井下的应用也取得了一定的效果。
[0003]然而，现有的煤层水力压裂技术存在技术效果不稳定、卸压不充分、抽采效率低等现象，不仅费工费时、工作量大，而且危险性高、成本高。主要是因为传统的水力压裂技术裂隙扩展不充分，没有实现区域的裂隙网络化。而且，传统水力压裂技术实施后水分的存在封堵了瓦斯流动的通道，产生抑制瓦斯解吸、扩散和渗透的作用，导致水力压裂技术逐渐受到限制。因此，为了解决现有水力压裂技术缺陷，急需一种新型的压裂技术方法，以满足煤矿现场区域瓦斯防治等工作的需要。结合并吸取现有水力压裂的优势，借鉴升温促进瓦斯解吸的思路，增加压裂后瓦斯解吸量、减少压裂后水分的封堵作用，利用合理的钻孔布置产生区域裂隙网络，形成水热耦合压裂强化瓦斯抽采技术方法。
【发明内容】
[0004]技术问题:本发明的目的是针对高瓦斯低透气性煤层中已有水力压裂技术中的不足之处，提供一种压裂影响区域大，瓦斯解吸量大，瓦斯抽采效果明显、成功率高、成本低的水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法。
[0005]技术方案:
[0006]本发明水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法，其特征在于包括以下步骤:
[0007]a.在煤层巷帮依次施工主压裂孔和三个分支压裂孔，主压裂孔布置在一个等边三角形中心位置处，三个分支压裂孔的开孔位置分别布置在该等边三角形的三个顶点处，三个分支压裂孔的终孔位置在该等边三角形中心线处相聚，形成以该等边三角形为底，以分支压裂孔为棱边的正三棱锥形，使主压裂孔、三个分支压裂孔在煤层内贯通，主压裂孔与分支压裂孔的间距为2?3m ;
[0008]b.在距离主压裂孔的5?15m位置处施工四个引导孔，使四个引导孔处在以主压裂孔为圆心，半径为5?15m的圆上；
[0009]c.在主压裂孔孔口连接压裂设备，所述压裂设备包括由智能水箱、压裂栗构成的注水设备和注粉器组成。注水设备的出水管和注粉器的出粉管通过三通连接在一起，三通的出口经高压胶管与压裂管相连接，注水设备的出水管、注粉器的出粉管上分别设有单向阀；
[0010]d.采用常规的封孔方法依次对主压裂孔、分支压裂孔和引导孔进行钻孔密封；
[0011]e.向注粉器中加入一定量的生石灰粉，通过井下风压将注粉器中的生石灰粉注入主压裂孔中，待所有分支压裂孔全部出粉时，停止注粉；
[0012]f.打开压裂栗，通过注水设备对主压裂孔进行水力压裂，在主压裂孔和分支压裂孔周围产生裂缝，生石灰粉在高压水的携带下进入裂缝，同时生石灰粉和水分发生热反应生成大量的热，实现水热耦合压裂；
[0013]g.重复步骤e、f，当四个引导孔全部出现水流出时，停止水热耦合压裂，拆除压裂设备，将主压裂孔、分支压裂孔和引导孔联入瓦斯抽采管网，进行瓦斯抽采。
[0014]有益效果:由于采用了上述技术方案，解决了现有水力压裂技术缺陷，实现了煤层水热耦合压裂，促进煤体内部裂隙发育、扩展和贯通，压裂影响区域增加；温度升高促进了高吸附性的瓦斯解吸、增加压裂后瓦斯解吸量；水分与生石灰粉反应，水分含量降低，减少压裂后水分的封堵作用。通过实施水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法，抽采瓦斯浓度增大，成本低，效果显著，满足了煤矿现场区域瓦斯治理等工作的需要。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法钻孔布置图。
[0016]图2是本发明的水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法实施例示意图。
[0017]图中:I一巷帮，2—主压裂孔，3—分支压裂孔，4一引导孔，5—智能水箱，6—压裂栗，7—高压胶管，8-1—单向阀，8-2—单向阀，9—阀门，I O—三通，11—压裂管，12—注粉器，13一生石灰粉，14一裂缝。
【具体实施方式】
:
[0018]下面结合附图对本发明【具体实施方式】作进一步的描述:
[0019]图1和图2所示，一种水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法:首先，在煤层巷帮I上依次施工主压裂孔2和三个分支压裂孔3，主压裂孔2布置在一个等边三角形中心位置处，三个分支压裂孔3的开孔位置分别布置在该等边三角形的三个顶点处，三个分支压裂孔3的终孔位置在该等边三角形中心线处相聚，形成以该等边三角形为底，以分支压裂孔3为棱边的正三棱锥形，使主压裂孔2、三个分支压裂孔3在煤层内贯通，主压裂孔2与分支压裂孔3的开孔间距为2?3m ;在距离主压裂孔2的5?15m位置处施工四个引导孔4，使四个引导孔4处在以主压裂孔2为圆心，半径为5?15m的圆上；在主压裂孔2孔口连接压裂设备，所述压裂设备包括由智能水箱5、压裂栗6构成的注水设备和注粉器12组成。注水设备的出水管和注粉器的出粉管通过三通10连接在一起，三通10的出口经高压胶管7与压裂管11相连接，注水设备的出水管、注粉器12的出粉管上分别设有单向阀8-1和单向阀8-2 ;采用常规的封孔方法依次对主压裂孔2、分支压裂孔3和引导孔4进行钻孔密封；向注粉器12中加入一定量的生石灰粉13，通过井下风压将注粉器12中的生石灰粉13注入主压裂孔2中，待所有分支压裂孔3全部出粉时，停止注粉；打开压裂栗6，通过注水设备对主压裂孔2进行水力压裂，在主压裂孔2和分支压裂孔3周围产生裂缝14，生石灰粉13在高压水的携带下进入裂缝14，同时生石灰粉13和水分发生热反应生成大量的热，实现水热耦合压裂，温度升高促进了高吸附性的瓦斯解吸、增加压裂后瓦斯解吸量；水分与生石灰粉反应，水分含量降低，减少压裂后水分的封堵作用；当四个引导孔4全部出现水流出时，停止水热耦合压裂，拆除压裂设备，将主压裂孔2、分支压裂孔3和引导孔4联入瓦斯抽采管网，进行瓦斯抽采。通过实施水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法，解决了现有水力压裂技术缺陷，实现了煤层水热耦合压裂，促进煤体内部裂隙发育、扩展和贯通，抽采瓦斯浓度增大，成本低，效果显著，满足了煤矿现场区域瓦斯治理等工作的需要。
【主权项】
1.一种水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法，其特征在于包括以下步骤: a.在煤层巷帮(I)依次施工主压裂孔(2)和三个分支压裂孔(3)，主压裂孔(2)布置在一个等边三角形中心位置处，三个分支压裂孔(3)的开孔位置分别布置在该等边三角形的三个顶点处，三个分支压裂孔(3)的终孔位置在该等边三角形中心线处相聚，使主压裂孔(2)、三个分支压裂孔(3)在煤层内贯通，主压裂孔(2)与分支压裂孔(3)的间距为2?3m ； b.在距离主压裂孔(2)5?15m位置处施工四个引导孔(4)，使四个引导孔(4)处在以主压裂孔⑵为圆心，半径为5?15m的圆上； c.在主压裂孔(2)孔口连接压裂设备，所述压裂设备包括由智能水箱(5)、压裂栗(6)构成的注水设备和注粉器(12)组成。注水设备的出水管和注粉器的出粉管通过三通(10)连接在一起，三通(10)的出口经高压胶管(7)与压裂管(11)相连接，注水设备的出水管、注粉器(12)的出粉管上分别设有单向阀(8-1)和单向阀(8-2); d.采用常规的封孔方法依次对主压裂孔(2)、分支压裂孔(3)和引导孔(4)进行钻孔密封； e.向注粉器(12)中加入一定量的生石灰粉(13)，通过井下风压将注粉器(12)中的生石灰粉(13)注入主压裂孔(2)中，待所有分支压裂孔(3)全部出粉时，停止注粉； f.打开压裂栗￠)，通过注水设备对主压裂孔(2)进行水力压裂，在主压裂孔(2)和分支压裂孔⑶周围产生裂缝(14)，生石灰粉(13)在高压水的携带下进入裂缝(14)，同时生石灰粉(13)和水分发生热反应生成大量的热，实现水热耦合压裂； g.重复步骤e、f，当四个引导孔(4)全部出现水流出时，停止水热耦合压裂，拆除压裂设备，将主压裂孔(2)、分支压裂孔(3)和引导孔⑷联入瓦斯抽采管网，进行瓦斯抽采。2.根据权利要求1所述的水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法，其特征在于:压裂管(11)为管壁均匀布置小孔的无缝钢管，小孔直径为10mm，无缝钢管直径为25mm，无缝钢管总长度为30m。
【专利摘要】本发明公开的一种水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法，首先在煤层巷帮上依次施工主压裂孔、分支压裂孔和引导孔，主压裂孔布置在一个等边三角形中心位置处，分支压裂孔的开孔位置分别布置在该等边三角形的三个顶点处，其终孔位置在该等边三角形中心线处相聚，引导孔处在以主压裂孔为圆心，半径为5～15m的圆上；压裂设备包括由智能水箱、压裂泵构成的注水设备和注粉器组成。通过井下风压将注粉器中的生石灰粉注入主压裂孔和分支压裂孔中；通过注水设备对主压裂孔进行水力压裂，生石灰粉在高压水的携带下进入裂缝，同时生石灰粉和水分发生热反应生成大量的热，实现水热耦合压裂；通过实施水热耦合压裂强化区域瓦斯抽采方法，压裂影响区域增加，抽采瓦斯浓度增大，效果显著，满足了煤矿现场区域瓦斯治理等工作的需要。
【IPC分类】E21F7/00, E21B43/26, E21B43/24
【公开号】CN105114116
【申请号】CN201510458809
【发明人】倪冠华, 程卫民, 王刚, 刘震, 于岩斌
【申请人】山东科技大学
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年7月30日