煤層氣體壓裂與瓦斯驅(qū)趕的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氣體壓裂方法，尤其是一種適用于煤層增透、提高瓦斯抽采率的煤層氣體壓裂與瓦斯驅(qū)趕的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氣體壓裂較水力壓裂對煤層的透氣性影響更小，對煤層的瓦斯吸附解吸效應(yīng)影響也更小。研究煤層氣體壓裂技術(shù)，為增加煤層的透氣性，提高煤層的瓦斯抽采效率，提供一種新的思路。在單一突出煤層中，提高煤層的透氣性，提高瓦斯抽采效率是單一突出煤層開采的關(guān)鍵。目前常用的提高單一煤層透氣性的方法是:水力壓裂和水力割縫，兩種方法雖然都具有增透煤層的效果，但都不可避免的存在水對瓦斯的解吸造成的影響，同時煤層中孔隙裂隙中殘余的水分容易形成“水鎖效應(yīng)”，堵塞瓦斯的運移通道，不利于瓦斯的抽采。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種方法簡單、安全可靠、效果好的煤層氣體壓裂與瓦斯驅(qū)趕的方法。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明的煤層氣體壓裂與瓦斯驅(qū)趕的方法，該方法包括封孔壓裂和瓦斯驅(qū)趕兩個階段，步驟如下:
[0005]a.根據(jù)煤層地質(zhì)信息參數(shù)，確定鉆孔間距，在預(yù)開采的煤層中施工一組水平分布的鉆孔，鉆孔的數(shù)量根據(jù)壓裂范圍設(shè)定，至少有3個，在已施工完成的鉆孔中插裝高壓膠管，然后用封孔材料進(jìn)行封孔；
[0006]b.封孔完成后，選擇任意一個鉆孔作為壓裂鉆孔，將壓裂鉆孔中的高壓膠管與高壓氣栗相連接，同時在管路中依次接入閥門、氣體壓力傳感器和氣體流量傳感器，通過高壓氣栗向壓裂鉆孔中注入高壓氣體，進(jìn)入該鉆孔中的高壓氣體的壓能破壞煤層的整體性，導(dǎo)通煤層本身的孔隙裂隙，增加煤層透氣性的同時不影響煤層對瓦斯的吸附解吸效應(yīng)；
[0007]c.將與注入高壓氣體的壓裂鉆孔相鄰的其他鉆孔的高壓膠管與瓦斯抽采管路連接;
[0008]d.由于煤層中的瓦斯由孔隙壓力高的位置向孔隙壓力低的位置移動，注入高壓氣體的壓裂鉆孔周圍會形成較高的孔隙壓力，與之相鄰的其他鉆孔周圍則形成較低的孔隙壓力，較高的孔隙壓力與較低的孔隙壓力之間形成了孔隙壓力梯度，即瓦斯壓力梯度，此時進(jìn)入氣壓驅(qū)趕瓦斯階段，瓦斯抽采系統(tǒng)開始抽采相鄰鉆孔內(nèi)的瓦斯，此階段氣體壓裂孔所需的氣壓較壓裂階段小，可降低向壓裂鉆孔中注氣的壓力；
[0009]e.當(dāng)瓦斯抽采濃度檢測儀上顯示抽采濃度降低至設(shè)定值以下時，完成一個壓裂鉆孔的瓦斯驅(qū)趕，將下一個鉆孔作為壓裂鉆孔注入高壓氣體行壓裂，同時將之前的壓裂鉆孔變?yōu)槌椴煽走B入抽采管路進(jìn)行瓦斯抽采；
[0010]f.重復(fù)步驟e多次，直至將一組水平分布的每一個鉆孔都作為壓裂鉆孔注入高壓氣體壓裂過，并在壓裂的同時，對相鄰的其他鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。
[0011]利用井下壓風(fēng)系統(tǒng)驅(qū)動氣動馬達(dá)作為高壓氣栗的動力源，或利用防爆電機(jī)作為高壓氣栗的動力源。
[0012]可根據(jù)現(xiàn)場需要并聯(lián)多臺高壓氣栗，以實現(xiàn)大排量高氣壓快速進(jìn)行壓裂的目的。
[0013]所述向鉆孔中注入高壓氣體的壓裂時間根據(jù)鉆孔間距、煤層硬度、節(jié)理裂隙發(fā)育情況以及檢測壓裂過程中的氣壓和流量的參數(shù)綜合確定；氣壓驅(qū)趕瓦斯階段所需時間根據(jù)抽采系統(tǒng)的瓦斯?jié)舛茸兓闆r進(jìn)行確定。
[0014]如果煤層硬度大或地應(yīng)力大時，先對壓裂鉆孔實施常規(guī)的高壓水致裂，然后再向壓裂鉆孔中注入高壓氣體進(jìn)行致裂。
[0015]所述的高壓氣體為井下壓風(fēng)系統(tǒng)提供的空氣源，或為容易被煤層吸附的氮氣、CO2氣體。
[0016]有益效果:本發(fā)明采用氣體壓裂與瓦斯驅(qū)趕的方法，可以有效的避免水力壓裂和水力割縫等水力化措施中水對煤層的影響，氣體壓裂既能壓裂煤層，提高煤層的透氣性，又不會形成“水鎖效應(yīng)”，堵塞瓦斯運移的通道，也不會影響瓦斯的吸附解吸。同時，采用氣體壓裂與周邊孔抽采，在時空上的有機(jī)配合，“一抽一壓”的模式可以提高煤層的孔隙壓力梯度，提高抽采效率。氣體壓裂不會影響煤對瓦斯的吸附解吸效應(yīng)，也避免了其它增透措施中殘余在煤層中的水分對瓦斯運移通道的堵塞作用。同時氣體壓裂與瓦斯抽采在時間和空間的相互配合可以有效的提高瓦斯抽采效率。尤其在單一突出煤層中，本方法的實施效果更為明顯?？蓪崿F(xiàn)對煤巖體結(jié)構(gòu)的改造，改善煤巖體的透氣性，對于透氣性高的煤層，高壓空氣從煤層的裂隙、孔隙中驅(qū)趕自由狀態(tài)的大量游離瓦斯，使煤層的游離瓦斯通過周邊孔抽采出來，既減小了煤層內(nèi)的瓦斯壓力，降低了突出危險性，煤層孔隙中的瓦斯被空氣取代，又大大降低了采掘落煤時瓦斯涌出的高峰值，有效避免了采掘空間瓦斯超限。同時，煤層在高壓空氣的作用下產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞，會降低煤層彈性，增加煤層塑性，改變煤層的應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到卸壓和排放瓦斯的作用，從而起到防突作用。本方法有利于煤層瓦斯的抽采；對防治煤與瓦斯突出、煤層氣開發(fā)等效果甚佳，其方法簡單，施工方便，安全可靠，效果好，具有廣泛的實用性。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的煤層氣體壓裂與瓦斯驅(qū)趕方法布置示意圖；
[0018]圖中:1_煤層，2-鉆孔，3-高壓膠管，4-封孔材料，5-高壓氣栗，6-閥門，7-氣體壓力傳感器，8-氣體流量傳感器，9-井下壓風(fēng)管路，10-瓦斯壓力傳感器，11-瓦斯抽采管路。
【具體實施方式】
[0019]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:
[0020]實施例一:本發(fā)明的煤層氣體壓裂與瓦斯驅(qū)趕的方法，包括封孔壓裂和瓦斯驅(qū)趕兩個階段，如某礦煤層平均厚約2.51m，埋深800m左右，該煤層賦存穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角約為0°?6°，平均4°。賦存于山西組中下部、下距石炭系太原組頂部灰?guī)r約50m，煤層底板砂巖36.6m，上距Κ4.?質(zhì)泥巖51.51m，頂板為砂質(zhì)泥巖或砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，煤層較穩(wěn)定。瓦斯含量約為11.15m3/t，瓦斯抽采半徑為5m，煤層透氣性系數(shù)為
0.0861m3/ (MPa2, d)。煤層破壞類型屬于III?IV類煤，相對瓦斯壓力1.12?1.7MPa，堅固性系數(shù)為0.22?0.4059，煤層的瓦斯放散初速度為12.957?14.000，煤層瓦斯含量為6.15?17.59m3/t，該煤層為煤與瓦斯突出煤層，煤塵不具有爆炸危險性。采用煤層氣體壓裂與瓦斯驅(qū)趕的方法進(jìn)行本煤層瓦斯抽采，具體步驟如下:
[0021]a.根據(jù)煤層地質(zhì)信息參數(shù)，確定鉆孔間距，在預(yù)開采的煤層I中施工一組水平分布的鉆孔2，鉆孔2直徑為89mm，鉆孔深度為90m，鉆孔間距5m，鉆孔2的數(shù)量根據(jù)壓裂范圍設(shè)定，至少有3個，根據(jù)煤層瓦斯驅(qū)趕半徑而定。在已施工完成的鉆孔2中插裝高壓膠管3，高壓膠管3的長度為25m，然后用水泥藥卷或水泥砂漿的封孔材料4對鉆孔2與高壓膠管3之間的縫隙進(jìn)行封孔，封孔深度為20m，高壓膠管3的長度應(yīng)大于封孔段的長度；
[002