CN111608631A - 基于电脉冲激发超临界co2压裂煤层的装置及应用方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤层的装置及应用方法，包括煤矿井下超临界CO2发生装置和高压电脉冲发生装置。煤矿井下超临界CO2发生装置的液态二氧化碳槽车和空压机分别通过管路与液态二氧化碳加注装置连接。高压电脉冲发生装置的加注头以螺纹连接在超临界二氧化碳生成筒体的后端，超临界二氧化碳生成筒体前端穿过水力封隔器的中心孔，电极装设在超临界二氧化碳生成筒体内。高压电脉冲仪通过导线穿过加注头与电极连接；加注头通过管路与液态二氧化碳加注装置的出液口连接。本发明通过电容器蓄电后释放高压电脉冲激发液态二氧化碳为超临界态，比水力压裂压力更大，具备更好压裂增透效果。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿安全技术领域，特别是涉及一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤储层的置及其应用方法。
背景技术
煤与瓦斯突出矿井占我国瓦斯矿井总数的44%，国有重点煤矿中该比例高达72%，且大部分矿井煤层均为低透气性煤层，其渗透率一般在0.1×10-3～1.0×10-3mD，即便是水城、丰城、霍岗、开滦、柳林等渗透率较好的矿区也仅为0.1～1.8mD，与国外相同埋深煤层相比，其渗透率还低2～3个数量级，这一特点也自然决定了我国煤矿采用传统直接抽采瓦斯方法开展瓦斯安全治理的难度很大。在众多的突出防治手段中，保护层开采无疑是区域性防突最有效的技术手段，对于不存在保护层的单一低透气性煤层，必须借助人工致裂卸压增透方法来提高本煤层的透气性，主要采用水力措施及***措施，水力措施主要采用射流割缝、水力压裂等技术方法，***措施主要有深孔***、液态CO2气爆致裂等技术。
传统水力压裂增透技术是目前比较常用的一种增透技术,它的基本原理是通过在欲抽采的非常规天然气储层中注入由高压水泵提供的高压水,在水压的作用下将储层岩体破裂形成贯通的裂缝,然后将混入石英砂或其他支撑剂及凝胶的压裂液压入储层裂隙中,压裂液中细小而坚硬的支撑剂颗粒在卸压后可以继续支撑住裂隙,进而提储层的渗透性。但该技术的水压加载速度慢、压力上升时间长、峰值压力低,只能形成一条垂直于最小主应力方向的裂纹,而且裂纹仅沿原生弱面扩展,不能生成垂直于层面的裂纹,使裂纹不易相互联通,试验及模拟证实该技术在储层中产生的裂缝数量很少,不能显著增加储层的透气性,同时,由于非常规天然气在储层中大部分是以吸附的状态存在的,传统水压致裂技术对于吸附气体的影响甚微,因此对于提高非常规天然气的抽采效果也非常有限。
液态二氧化碳气爆压裂技术就是指将高压气体致裂低渗透煤层增透技术的现场应用主要是以液态CO2相变气爆压裂煤层增透技术为主，在国内多个高突矿井低渗透煤层进行现场试验并取得了良好的应用效果。该技术为物理***，***过程本质安全。但在应用过程中发现该技术存在致裂压力作用时间短、影响半径小、技术工艺复杂、设备现场操作不方便、由于受设备连接电阻及井下环境影响存在拒爆等缺点。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤层的装置及应用方法，该装置可产生超临界CO2连续压裂低渗透煤体达到增透的目的。
一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤层的装置，包括煤矿井下超临界CO2发生装置和高压电脉冲发生装置。
所述的煤矿井下超临界CO2发生装置，包括空压机、液态二氧化碳槽车、液态二氧化碳加注装置、第一电磁阀和第二电磁阀，其要点是所述的液态二氧化碳槽车的出液口上装设有第一电磁阀，第一电磁阀的出口通过管路与液态二氧化碳加注装置的进液口连接。所述的空压机的出气管上装设有第二电磁阀，第二电磁阀的出气口通过管路与二氧化碳加注装置的加注头的进气口连接。第一电磁阀通过导线与电控箱的对应接口连接。
所述的高压电脉冲发生装置，包括高压电脉冲仪、压力表、电极、加注头、超临界二氧化碳生成筒体、水力封隔器和高压水泵，所述的压力表装设在超临界二氧化碳生成筒体外壁上。所述的超临界二氧化碳生成筒体后端有内螺纹，加注头以螺纹连接在超临界二氧化碳生成筒体的后端，超临界二氧化碳生成筒体前端穿过水力封隔器的中心孔，且与水力封隔器固定连接。所述的电极装设在超临界二氧化碳生成筒体内，其后端与加注头固定连接。所述的水力封隔器的外径与煤层工作面上的钻孔的內径相同。所述的高压水泵的出水口通过管路与水力封隔器上的进水口连接，封孔器压力表装设在高压水泵出水口的管路上，在高压水泵上装设有高压水泵开关。所述的高压电脉冲仪通过脉冲仪电控箱控制，高压电脉冲发生器通过导线穿过加注头与电极连接。所述的加注头的加注口通过管路与液态二氧化碳加注装置的出液口连接。
本发明是采用如下的技术方案实现的基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤层的装置的应用方法，其测定方法实施依次包括以下步骤：
步骤一：在煤矿采掘工作面通过钻机施工一长度为50m-100m 的钻孔，钻孔的直径为Ø113；将超临界二氧化碳生成筒体和水力封隔器插设在钻孔内，水力封隔器的外径与煤层工作面上的钻孔的內径相同；
步骤二：打开高压水泵开关通过高压水泵给水力封隔器内注入高压水，当压力表显示压力为20MPa后停止注水，完成对钻孔的封孔；封孔后通过空压机及液态二氧化碳加注装置将液态二氧化碳槽车内的液态二氧化碳注入钻孔内，常温下注入压力为8-10MPa，直到钻孔注满且压力表显示数值为8-10MPa时，加注停止；
步骤三：输入380V～50HZ交流电给高压电脉冲仪蓄能后，通过脉冲仪电控箱控制电极放电，电极电压可达10KV～50KV，功率10KW～30KW，单次脉冲能量25KJ～100KJ；电容值200μF～1000Μf；通过电极的脉冲放电加热钻孔内液态二氧化碳，液态二氧化碳瞬间受热后生成超临界二氧化碳介质，该介质压力可达70～150MPa以上，高压超临界二氧化碳作用在钻孔壁上产生裂缝；
步骤四：高压电脉冲仪重新蓄能，重复步骤三，直至钻孔内液态二氧化碳压力降至7MPa以下，停止压裂。
本发明专利将克服液态二氧化碳气爆压裂技术存在的不足，通过电容器蓄电后释放高压电脉冲激发液态二氧化碳为超临界态，放电能量可控，通过蓄电后可持续对煤体压裂，同时比水力压裂压力更大，具备更好压裂增透效果。
附图说明
图1是本发明一种实施例结构示意图。
具体实施方式
一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤储层的装置，包括煤矿井下超临界CO2发生装置和高压电脉冲发生装置。
所述的煤矿井下超临界CO2发生装置，包括空压机1、液态二氧化碳槽车2、液态二氧化碳加注装置3、第一电磁阀4和第二电磁阀5，其要点是所述的液态二氧化碳槽车2的出液口上装设有第一电磁阀4，第一电磁阀4的出口通过管路与液态二氧化碳加注装置3的进液口连接。所述的空压机1的出气管上装设有第二电磁阀5，第二电磁阀5的出气口通过管路与液态二氧化碳加注装置3的进气口连接。第一电磁阀4通过导线与电控箱17的对应接口连接。
所述的高压电脉冲发生装置，包括高压电脉冲仪6、压力表7、电极8、加注头9、超临界二氧化碳生成筒体10、水力封隔器11和高压水泵12，所述的压力表7装设在超临界二氧化碳生成筒体10外壁上。所述的超临界二氧化碳生成筒体10后端有内螺纹，加注头9以螺纹连接在超临界二氧化碳生成筒体10的后端，超临界二氧化碳生成筒体10前端穿过水力封隔器11的中心孔，且与水力封隔器11固定连接。所述的电极8装设在超临界二氧化碳生成筒体10内，其后端与加注头9固定连接。所述的水力封隔器11的外径与煤层工作面上的钻孔13的內径相同。所述的高压水泵12的出水口通过管路与水力封隔器11上的进水口连接，封孔器压力表14装设在高压水泵12出水口的管路上，在高压水泵12上装设有高压水泵开关15。所述的高压电脉冲仪6通过脉冲仪电控箱16控制，高压电脉冲仪6通过导线穿过加注头9与电极8连接。所述的加注头9的加注口通过管路与液态二氧化碳加注装置3的出液口连接。
本发明是采用如下的技术方案实现的一种电脉冲激发超临界CO2压裂煤储层增透方法，其测定方法实施依次包括以下步骤：
步骤一：在煤矿采掘工作面通过钻机施工一长度为50m-100m 的钻孔13，钻孔13的直径为Ø113；将超临界二氧化碳生成筒体10和水力封隔器11插设在钻孔13内，水力封隔器11的外径与煤层工作面上的钻孔13的內径相同；
步骤二：打开高压水泵开关15通过高压水泵12给水力封隔器11内注入高压水，当封孔器压力表14显示压力为20MPa后停止注水，完成对钻孔13的封孔；封孔后通过空压机1及液态二氧化碳加注装置3将液态二氧化碳槽车2内的液态二氧化碳经加注头9注入钻孔13内，常温下注入压力为8-10MPa，直到钻孔13注满且压力表7显示数值为8-10MPa时，加注停止；
步骤三：输入380V～50HZ交流电给高压电脉冲仪6蓄能后，通过脉冲仪电控箱16控制电极8放电，电极8电压可达10KV～50KV，功率10KW～30KW，单次脉冲能量25KJ～100KJ；电容值200μF～1000Μf；通过电极8的脉冲放电加热钻孔13内液态二氧化碳，液态二氧化碳瞬间受热后生成超临界二氧化碳介质，该介质压力可达70～150MPa以上，高压超临界二氧化碳作用在钻孔13壁上产生裂缝；
步骤四：高压电脉冲仪6重新蓄能，重复步骤三，直至钻孔13内液态二氧化碳压力降至7MPa以下，停止压裂。
Claims (2)
1.一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤储层的装置，包括煤矿井下超临界CO2发生装置和高压电脉冲发生装置，其特征是所述的煤矿井下超临界CO2发生装置，包括空压机（1）、液态二氧化碳槽车（2）、液态二氧化碳加注装置（3）、第一电磁阀（4）和第二电磁阀（5），所述的液态二氧化碳槽车（2）的出液口上装设有第一电磁阀（4），第一电磁阀（4）的出口通过管路与液态二氧化碳加注装置（3）的进液口连接；所述的空压机（1）的出气管上装设有第二电磁阀（5），第二电磁阀（5）的出气口通过管路与液态二氧化碳加注装置（3）的进气口连接；第一电磁阀（4）与电控箱（17）的对应接口连接；
所述的高压电脉冲发生装置，包括高压电脉冲仪（6）、压力表（7）、电极（8）、加注头（9）、超临界二氧化碳生成筒体（10）、水力封隔器（11）和高压水泵（12），所述的压力表（7）装设在超临界二氧化碳生成筒体（10）外壁上；所述的超临界二氧化碳生成筒体（10）后端有内螺纹，加注头（9）以螺纹连接在超临界二氧化碳生成筒体（10）的后端，超临界二氧化碳生成筒体（10）前端穿过水力封隔器（11）的中心孔，且与水力封隔器（11）固定连接；所述的电极（8）装设在超临界二氧化碳生成筒体（10）内，其后端与加注头（9）固定连接；所述的水力封隔器（11）的外径与煤层工作面上的钻孔（13）的內径相同；所述的高压水泵（12）的出水口通过管路与水力封隔器（11）上的进水口连接，封孔器压力表（14）装设在高压水泵（12）出水口的管路上，在高压水泵（12）上装设有高压水泵开关（15）；所述的高压电脉冲仪（6）通过脉冲仪电控箱（16）控制，高压电脉冲仪（6）通过导线穿过加注头（9）与电极（8）连接；所述的加注头（9）的加注口通过管路与液态二氧化碳加注装置（3）的出液口连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤储层的装置，其特征在于测定方法实施依次包括以下步骤：
步骤一：在煤矿采掘工作面通过钻机施工一长度为50m-100m 的钻孔（13），钻孔（13）的直径为Ø113；将超临界二氧化碳生成筒体（10）和水力封隔器（11）插设在钻孔（13）内，水力封隔器（11）的外径与煤层工作面上的钻孔（13）的內径相同；
步骤二：打开高压水泵开关（15）通过高压水泵（12）给水力封隔器（11）内注入高压水，当封孔器压力表（14）显示压力为20MPa后停止注水，完成对钻孔（13）的封孔；封孔后通过空压机（1）及液态二氧化碳加注装置（3）将液态二氧化碳槽车（2）内的液态二氧化碳经加注头（9）注入钻孔（13）内，常温下注入压力为8-10MPa，直到钻孔（13）注满且压力表（7）显示数值为8-10MPa时，加注停止；
步骤三：输入380V～50HZ交流电给高压电脉冲仪（6）蓄能后，通过脉冲仪电控箱（16）控制电极（8）放电，电极（8）电压可达10KV～50KV，功率10KW～30KW，单次脉冲能量25KJ～100KJ；电容值200μF～1000Μf；通过电极（8）的脉冲放电加热钻孔（13）内液态二氧化碳，液态二氧化碳瞬间受热后生成超临界二氧化碳介质，该介质压力可达70～150MPa以上，高压超临界二氧化碳作用在钻孔（13）壁上产生裂缝；
步骤四：高压电脉冲仪（6）重新蓄能，重复步骤三，直至钻孔（13）内液态二氧化碳压力降至7MPa以下，停止压裂。
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