CN107842352B - 一种提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的方法 - Google Patents
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Abstract
一种提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的方法，包括以下步骤：（1）制作与水力压裂管连接的增产容器；（2）装入增产剂；（3）将水力压裂管与增产容器连接，根据预计水力压裂影响范围大小及所需压裂起裂点，连接方式采用多支增产容器连续串联或者增产容器与水力压裂管间隔相连；然后将水力压裂管与增产容器推进到预压裂钻孔内，在预压裂钻孔的孔口处安装封孔装置；（4）启动水力压裂泵组，注入压裂液；（5）水力压裂结束，将水力压裂泵组与水力压裂管分离，水力压裂管连接瓦斯抽采管进行联管抽采作业。本发明具有安全、高效、工程量小、效果显著的特点，可广泛应用与煤矿井下瓦斯抽采领域。
Description
技术领域
本发明属于煤矿水力压裂技术领域，具体涉及一种提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的方法。
背景技术
煤矿井下钻孔水力压裂作为井下煤层增透的一项技术措施，具有增透范围大、增透效果显著，能够较大幅度的提高煤层瓦斯的抽采效率的特点，因此，在目前得到了较为广泛的应用。但在水力压裂过程中也存在着不少问题，如：（1）水力压裂过程中向煤层注入了大量的高压水，在水的作用下，抑制了煤层瓦斯的解吸和涌出，使水力压裂效果受到了一定程度的影响；（2）水力压裂仅是在煤层中开启、延伸、沟通裂缝，煤体本身仅有很少的煤粉从压裂钻孔排出，卸压效果不显著，因此，水力压裂完成后，水力裂缝在短期之内闭合，起不到卸压增透的效果；（3）水力裂缝的方向主要受应力和煤体弱面的影响，在煤层赋存均质，构造不发育的区域则主要受应力影响，因此，在水力压裂过程中往往仅仅形成一条由应力控制的主裂缝，主裂缝周边由于无弱面，难以再形成裂缝分支，使水力裂缝并不能均匀控制作用的煤层范围；（4）在水力压裂过程中，仅有少许的煤粉排出孔外，而水力压裂本身是一个向煤层注压的过程，由于仅有少量煤粉排出及无裂缝分支的影响，会对煤层造成一定程度的应力集中，对煤矿安全生产造成一定的影响。
基于以上原因，有必要将煤矿井下水力压裂工艺进一步的完善，以克服其弊端，高效提高煤层瓦斯抽采效果。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种便于操作、安全、高效、工程量小、效果显著的提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的方法，包括以下步骤：
（1）制作与水力压裂管连接的增产剂容器：截取一定长度的钢管，钢管两端分别设置公螺纹接头和母螺纹接头，钢管的外圆周上均匀开设有若干个孔眼；公螺纹接头的内部设置有内螺纹，公螺纹接头的内螺纹内连接有透气限位组件，母螺纹接头的内壁螺纹连接有透气限位盘；
（2）装入增产剂：先将增产剂装入单层白纱囊袋，增产剂采用金属钾或钠粉末，然后将透气限位盘从母螺纹接头取出，再把单层白纱囊袋塞入至钢管内，再安装上透气限位组件；
（3）将水力压裂管与增产剂容器连接，根据预计水力压裂影响范围大小及所需压裂起裂点，连接方式采用多支增产剂容器连续串联或者增产剂容器与水力压裂管间隔相连；然后将水力压裂管与增产剂容器推进到预压裂钻孔内，在预压裂钻孔的孔口处安装封孔装置，将预压裂钻孔的内壁与水力压裂管的外壁之间的环形空间密封；预压裂钻孔由外向内依次为封孔装置以及水力压裂管和增产剂容器的连续串联或水力压裂管和增产剂容器的间隔串联，在预压裂钻孔外连接水力压裂泵组，检查水力压裂泵组运行情况以及封孔装置的密封情况，准备进行压裂；
（4）启动水力压裂泵组，注入压裂液，压裂液采用清水，当压裂液进入预压裂钻孔内，与增产剂容器内的钾或钠粉末相遇并发生化学反应，燃烧且释放出大量的热，单层白纱囊袋破坏，增产剂通过增产剂容器上的孔眼进入预压裂钻孔内，同时产生氢气，在预压裂钻孔内氢气、甲烷及空气的共同作用下，在预压裂钻孔内再次发生燃烧或***，预压裂钻孔壁在燃烧、热、***波的作用下产生弱面，使煤体破坏，通过后期排渣起到了煤体卸压的作用；同时，由于热的作用，加速了煤层瓦斯的解吸和流动；
（5）水力压裂在煤层中由于受应力产生了主裂缝，同时，也由于预压裂钻孔壁弱面的存在，由预压裂钻孔壁受热或***所产生的水力裂缝沿弱面扩展、延伸，使水力裂缝更加均匀，同时，在水力作用下，产生的热能、***波及进入预压裂钻孔的增产剂也进入至水力裂缝中，进而再次发生燃烧或***，使更大均匀范围内的煤层瓦斯得以解吸，产生了更大范围内的裂缝沟通，直至因孔内氧气不足或压裂结束而停止作用；
（6）水力压裂结束，将水力压裂泵组与水力压裂管分离，水力压裂管连接瓦斯抽采管进行联管抽采作业。
透气限位组件包括第一安装盘和第二安装盘，第一安装盘和第二安装盘的外圆周上设置有与公螺纹接头的内螺纹配合的外螺纹，第一安装盘和第二安装盘上均开设有透孔，第一安装盘朝向第二安装盘的一侧面固定连接有与第二安装盘顶压配合的防滑块；
步骤（2）中安装上透气限位组件时，使用Y型的转杆工具***到透孔内旋动第二安装盘和第一安装盘，第二安装盘位于第一安装盘内侧，使第一安装盘上的防滑块与第二安装盘侧面顶压接触。
步骤（3）中在安装封孔装置时，在封孔装置内部穿设有一根与水力压裂管平行的空气输入管，空气输入管的内端伸出封孔装置内侧，空气输入管的外端连接有空压机，空气输入管上设置有气流调节阀。
步骤（4）和步骤（5）中在预压裂钻孔内氢气、甲烷在燃烧过程中，当预压裂钻孔内氧气不足，将气流调节阀打开，启动空压机或者通过巷道内铺设的压风管，通过空气输入管向预压裂钻孔内送入空气，之后关闭气流调节阀，继续进行步骤（4）和步骤（5）的水力压裂。
采用上述技术方案，由于预压裂钻孔内空间较小，氧气存在量也较小，因此，在孔内发生的燃烧或者***是可控的，也在一定程度上制约了煤层增透的范围及煤层瓦斯的解吸量，因此，本发明在水力压裂过程中，在预压裂钻孔的孔口外置空压机，通过空气输入管输入至钻孔内，以急速燃烧和***，形成更大范围之内的煤层瓦斯解吸和增透，达到提高瓦斯抽采量的目的。
通过采用该方法，可以达到以下效果：（1）将增产剂容器放置钻孔内数个位置，增产剂容器中国增产剂发生燃烧及引发的***，可在钻孔内数个位置孔壁产生弱面，水力压裂裂缝能够通过弱面开启、延伸、沟通，在煤层之内形成均匀的缝网，大幅提高了煤层的渗透路，使瓦斯运移产出通道更加畅通，提高了抽采效率；（2）煤层瓦斯的解吸受制于压力和温度两个因素，通过孔内的燃烧或***，一是使煤层致裂出煤，二是加大了钻孔内的温度，促进了钻孔内及水力裂缝内吸附瓦斯向游离瓦斯转换，提高了转换效率，为瓦斯抽采提供了持续不断的物质基础；（3）通过该方法的适用，能够较大的提高水力压裂有效半径及压裂效果；（4）该方法也可广泛应用与水力冲孔、水力割缝等煤矿井下水力化措施及地面煤层气开发应用之中。
综上所述，本发明具有安全、高效、工程量小、效果显著的特点，可广泛应用与煤矿井下瓦斯抽采领域。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中增产剂容器的放大图；
图3是图2中透气限位组件的纵向剖视图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明的一种提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的方法，包括以下步骤：
（1）制作与水力压裂管1连接的增产剂容器2：截取一定长度的钢管3，钢管3两端分别设置公螺纹接头4和母螺纹接头5，钢管3的外圆周上均匀开设有若干个孔眼6；公螺纹接头4的内部设置有内螺纹，公螺纹接头4的内螺纹内连接有透气限位组件7，母螺纹接头5的内壁螺纹连接有透气限位盘8；
（2）装入增产剂：先将增产剂装入单层白纱囊袋，增产剂采用金属钾或钠粉末，然后将透气限位盘8从母螺纹接头5取出，再把单层白纱囊袋塞入至钢管3内，再安装上透气限位组件7；
（3）将水力压裂管1与增产剂容器2连接，根据预计水力压裂影响范围大小及所需压裂起裂点，连接方式采用多支增产剂容器2连续串联或者增产剂容器2与水力压裂管1间隔相连，相邻两根钢管3的公螺纹接头4和母螺纹接头5连接，或者钢管3的公螺纹接头4和母螺纹接头5分别与水力压裂管1的两端接头连接；然后将水力压裂管1与增产剂容器2推进到预压裂钻孔9内，在预压裂钻孔9的孔口处安装封孔装置10（为现有成熟技术，具体构造不再赘述），将预压裂钻孔9的内壁与水力压裂管1的外壁之间的环形空间密封；预压裂钻孔9由外向内依次为封孔装置10以及水力压裂管1和增产容器2的连续串联或水力压裂管1和增产容器2的间隔串联，在预压裂钻孔9外连接水力压裂泵组11，检查水力压裂泵组11运行情况以及封孔装置10的密封情况，准备进行压裂；
（4）启动水力压裂泵组11，注入压裂液，压裂液采用清水，当压裂液进入预压裂钻孔9内，与增产剂容器内的钾或钠粉末相遇并发生化学反应，燃烧且释放出大量的热，单层白纱囊袋破坏，增产剂通过增产剂容器2上的孔眼6进入预压裂钻孔9内，同时产生氢气，在预压裂钻孔9内氢气、甲烷及空气的共同作用下，在预压裂钻孔9内再次发生燃烧或***，预压裂钻孔9壁在燃烧、热、***波的作用下产生弱面，使煤体破坏，通过后期排渣起到了煤体卸压的作用；同时，由于热的作用，加速了煤层瓦斯的解吸和流动；
（5）水力压裂在煤层中由于受应力产生了主裂缝，同时，也由于预压裂钻孔9壁弱面的存在，由预压裂钻孔9壁受热或***所产生的水力裂缝沿弱面扩展、延伸，使水力裂缝更加均匀，同时，在水力作用下，产生的热能、***波及进入预压裂钻孔9的增产剂也进入至水力裂缝中，进而再次发生燃烧或***，使更大均匀范围内的煤层瓦斯得以解吸，产生了更大范围内的裂缝沟通，直至因孔内氧气不足或压裂结束而停止作用；
（6）水力压裂结束，将水力压裂泵组11与水力压裂管1分离，水力压裂管1连接瓦斯抽采管进行联管抽采作业。
透气限位组件7包括第一安装盘12和第二安装盘13，第一安装盘12和第二安装盘13的外圆周上设置有与公螺纹接头4的内螺纹配合的外螺纹，第一安装盘12和第二安装盘13上均开设有透孔17，第一安装盘12朝向第二安装盘13的一侧面固定连接有与第二安装盘13顶压配合的防滑块18，这样使第一安装盘12和第二安装盘13在公螺纹接头4内固定牢靠，避免由于高压水的振动冲击以及产生的***使第一安装盘12和第二安装盘13产生移位；透气限位盘8、第一安装盘12和第二安装盘13的结构相同，透气限位盘8的外径大于第一安装盘12和第二安装盘13的外径。
步骤（2）中安装上透气限位组件7时，使用Y型的转杆工具***到透孔17内旋动第二安装盘13和第一安装盘12，第二安装盘13位于第一安装盘12内侧，使第一安装盘12上的防滑块18与第二安装盘13侧面顶压接触。
步骤（3）中在安装封孔装置10时，在封孔装置10内部穿设有一根与水力压裂管1平行的空气输入管14，空气输入管14的内端伸出封孔装置10内侧，空气输入管14的外端连接有空压机15，空气输入管14上设置有气流调节阀16。
步骤（4）和步骤（5）中在预压裂钻孔9内氢气、甲烷在燃烧过程中，当预压裂钻孔9内氧气不足，将气流调节阀16打开，启动空压机15或者通过巷道内铺设的压风管，通过空气输入管14向预压裂钻孔9内送入空气，之后关闭气流调节阀16，继续进行步骤（4）和步骤（5）的水力压裂。
本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制作与水力压裂管连接的增产剂容器：截取一定长度的钢管，钢管两端分别设置公螺纹接头和母螺纹接头，钢管的外圆周上均匀开设有若干个孔眼；公螺纹接头的内部设置有内螺纹，公螺纹接头的内螺纹内连接有透气限位组件，母螺纹接头的内壁螺纹连接有透气限位盘；
（2）装入增产剂：先将增产剂装入单层白纱囊袋，增产剂采用金属钾或钠粉末，然后将透气限位盘从母螺纹接头取出，再把单层白纱囊袋塞入至钢管内，再安装上透气限位组件；
（3）将水力压裂管与增产剂容器连接，根据预计水力压裂影响范围大小及所需压裂起裂点，连接方式采用多支增产剂容器连续串联或者增产剂容器与水力压裂管间隔相连；然后将水力压裂管与增产剂容器推进到预压裂钻孔内，在预压裂钻孔的孔口处安装封孔装置，将预压裂钻孔的内壁与水力压裂管的外壁之间的环形空间密封；预压裂钻孔由外向内依次为封孔装置以及水力压裂管和增产剂容器的连续串联或水力压裂管和增产剂容器的间隔串联，在预压裂钻孔外连接水力压裂泵组，检查水力压裂泵组运行情况以及封孔装置的密封情况，准备进行压裂；
（4）启动水力压裂泵组，注入压裂液，压裂液采用清水，当压裂液进入预压裂钻孔内，与增产剂容器内的钾或钠粉末相遇并发生化学反应，燃烧且释放出大量的热，单层白纱囊袋破坏，增产剂通过增产剂容器上的孔眼进入预压裂钻孔内，同时产生氢气，在预压裂钻孔内氢气、甲烷及空气的共同作用下，在预压裂钻孔内再次发生燃烧或***，预压裂钻孔壁在燃烧、热、***波的作用下产生弱面，使煤体破坏，通过后期排渣起到了煤体卸压的作用；同时，由于热的作用，加速了煤层瓦斯的解吸和流动；
（5）水力压裂在煤层中由于受应力产生了主裂缝，同时，也由于预压裂钻孔壁弱面的存在，由预压裂钻孔壁受热或***所产生的水力裂缝沿弱面扩展、延伸，使水力裂缝更加均匀，同时，在水力作用下，产生的热能、***波及进入预压裂钻孔的增产剂也进入至水力裂缝中，进而再次发生燃烧或***，使更大均匀范围内的煤层瓦斯得以解吸，产生了更大范围内的裂缝沟通，直至因孔内氧气不足或压裂结束而停止作用；
（6）水力压裂结束，将水力压裂泵组与水力压裂管分离，水力压裂管连接瓦斯抽采管进行联管抽采作业。
2.根据权利要求1所述的一种提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的方法，其特征在于：透气限位组件包括第一安装盘和第二安装盘，第一安装盘和第二安装盘的外圆周上设置有与公螺纹接头的内螺纹配合的外螺纹，第一安装盘和第二安装盘上均开设有透孔，第一安装盘朝向第二安装盘的一侧面固定连接有与第二安装盘顶压配合的防滑块；
步骤（2）中安装上透气限位组件时，使用Y型的转杆工具***到透孔内旋动第二安装盘和第一安装盘，第二安装盘位于第一安装盘内侧，使第一安装盘上的防滑块与第二安装盘侧面顶压接触。
3.根据权利要求2所述的一种提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的方法，其特征在于：步骤（3）中在安装封孔装置时，在封孔装置内部穿设有一根与水力压裂管平行的空气输入管，空气输入管的内端伸出封孔装置内侧，空气输入管的外端连接有空压机，空气输入管上设置有气流调节阀。
4.根据权利要求3所述的一种提高煤矿井下水力压裂增透增产效果的方法，其特征在于：步骤（4）和步骤（5）中在预压裂钻孔内氢气、甲烷在燃烧过程中，当预压裂钻孔内氧气不足，将气流调节阀打开，启动空压机或者通过巷道内铺设的压风管，通过空气输入管向预压裂钻孔内送入空气，之后关闭气流调节阀，继续进行步骤（4）和步骤（5）的水力压裂。
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