深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润系统及应用方法技术方案

一种深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润系统，其特征在于，包括管路系统和封孔装置；管路系统包括与煤体孔插装连接的注入管，以及固定在煤体孔端口处的封孔装置；注入管插入所述封孔装置中；注入管与多个支管连通，支管包括向煤体中注入气体的CO2注入管，以及向煤体中注入液体的液体注入管路。本发明专利技术将碱性溶液高压注入煤层，大气中的二氧化碳作为响应气体，反应生成的沉淀颗粒在压裂过程中实现部分大孔隙封堵。利用封堵的大孔隙提高煤层内注水压力，增加煤体透性，增强压裂效果。大气中的二氧化碳，参与上述治理过程，可实现二氧化碳的地下封存，最终形成矿产绿色资源利用与环境保护技术体系。技术体系。技术体系。

【技术实现步骤摘要】
深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润系统及应用方法


[0001]本专利技术涉及一种煤层增透润湿方法，具体的说是一种深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润的系统及应用这种系统进行深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润的方法。

技术介绍

[0002]煤层注水压裂技术的目的不仅要促使煤岩原生孔裂隙贯通、提高煤体透性、为瓦斯渗流提供高速通道，同时还需要提高煤体含水率、增大煤颗粒重量、减小煤体脆性，从而降低煤体开采过程中粉尘迸溅以及削弱粉尘颗粒的飞扬能力。煤层注水压裂过程中，通常致裂效果好的高粘度压裂液的滤失效果较差，对煤层的润湿效果不佳；当压裂液滤失效果较好（如清水）时，煤体达到好的润湿效果，此时注入的液体多渗入煤体内，不容易在压裂过程中保持压力，裂隙发育慢，致裂效果较差。
[0003]目前，学者们对于煤与煤层气的开发利用、矿井粉尘的防治、大气二氧化碳的封存分别进行了研究，但很少从资源的整合及合理利用的角度出发构建矿山资源治理与利用新体系，更少有在矿山资源治理与利用体系中发挥矿山治理封存二氧化碳的环保效能，将矿山由污染源转变为大气环境治理的核心站。因此非常有必要研究一种将大气中二氧化碳气体进行整理利用，应用到深地煤层堵孔增透强润技术中的方法。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
中提出的现有技术的缺陷，本专利技术申请在克服技术背景问题情况下，一是提供了一种深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润的系统，二是提供了应用这种系统进行深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润的应用方法。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润系统，包括管路系统和封孔装置；所述管路系统包括与煤体孔插装连接的注入管，以及固定在煤体孔端口处的封孔装置；注入管插入所述封孔装置中；注入管与多个支管连通，所述支管包括向煤体中注入气体的CO2注入管，以及向煤体中注入液体的液体注入管路。
[0006]液体注入管路包括清水注入管和碱液注入管。CO2注入管上配设有用于控制气体流量的第一气体阀门、气体流量计、对CO2气体进行加压的气体增压泵、压力表以及第二气体阀门；清水注入管上配设清水阀门，碱液注入管上配设有碱液阀门；清水注入管和碱液注入管共通并经液体流量计连接到压裂泵，之后通过安装有液体压力表和混合液阀门的管路与注入管相连。应用上述系统进行深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润，包括以下步骤：a.设备的安装与材料的准备工作；b.向煤体中注入充足的CO2；c.待CO2充满煤体孔裂隙后进行注碱，在煤孔裂隙内制备沉淀；
d.待煤体孔裂隙内的CO2与碱液反应生成与煤体孔隙匹配的沉淀颗粒后，改变注入压力，注入清水，实现沉淀颗粒对煤体孔裂隙的封堵；e.对压裂效果进行评估；f.开展分析实验确定最佳堵孔孔径范围；g.根据实验结果对工艺参数进行优化，得到的数据用以投入实际压裂施工；h.实际压裂施工中重复步骤b
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d，直到达到预计的压裂范围。
[0007]煤体中注入的CO2气体为大气中捕集的CO2气体；注入的碱液为澄清石灰水。
[0008]步骤d中，注入碱液与清水的选择，根据在满足实现最佳堵孔效果沉淀颗粒时沉淀物的浓度进行选择，在沉淀颗粒浓稠需要稀释时，注入清水，改变的注入压力根据步骤f的分析实验确定。
[0009]步骤f分析实验包括沉淀颗粒粒度分布实验、煤体孔径分布实验、COMSOL多物理场数值模拟、真三轴水力压裂实验。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：将碱性溶液高压注入煤层，大气中的二氧化碳作为响应气体，反应生成的沉淀颗粒在压裂过程中实现部分大孔隙封堵。利用封堵的大孔隙提高煤层内注水压力，增加煤体透性，增强压裂效果。通过未封堵的小孔隙实现缓慢润湿煤体，降低排入大气中以及矿井空气内的含尘量，满足煤层开采的压裂需要。与此同时，大气中的二氧化碳，参与上述治理过程，可实现二氧化碳的地下封存，最终形成矿产绿色资源利用与环境保护技术体系。
附图说明
[0011]图1是本专利技术的系统总图。
[0012]图2是本专利技术的工艺流程图。
[0013]其中：煤体1；CO2注入管2；第一气体阀门3；气体流量计4；气体增压泵5；气体压力表6；第二气体阀门7；混合液阀门8；液体压力表9；液体流量计10；清水阀门11；清水注入管12；碱液注入管13；碱液阀门14；压裂泵15；封孔装置16；注入管17。
具体实施方式
[0014]下面结合附图1
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2及实施例详述本专利技术。
[0015]本专利技术公开的技术方案是对深地煤层的孔裂隙进行封堵且增透强润的系统，并公开了应用这套系统的方法。
[0016]这种深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润系统包括管路系统和封孔装置。见图1，管路系统包括与煤体孔插装连接的注入管17，以及固定在煤体孔端口处的封孔装置16；注入管17插入所述封孔装置16中；注入管17与多个支管连通，支管包括向煤体中注入气体的CO2注入管2，以及向煤体中注入液体的液体注入管路。
[0017]作为优选的技术方案：液体注入管路包括清水注入管12和碱液注入管13。煤体中注入的CO2气体为大气中捕集的CO2气体；本实施例中，注入的碱液为澄清石灰水。
[0018]CO2注入管2上配设有用于控制气体流量的第一气体阀门3、气体流量计4、对CO2气体进行加压的气体增压泵5、压力表6以及第二气体阀门7；清水注入管12上配设清水阀门11，碱液注入管13上配设有碱液阀门14；清水注入管12和碱液注入管13共通并经液体流量
计10连接到压裂泵15，之后通过安装有液体压力表9和混合液阀门8的管路与注入管相连。这种深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润系统，工艺流程参见附图2。
[0019]a.设备的安装与材料的准备：封孔装置16设置在煤层孔裂隙端口处，通过封孔装置16将注入管17固定完成，注入管17的端口通过封孔装置16插入到煤层孔内；b.注入CO2气体：打开第一气体阀门3、第二气体阀门7，通过CO2注入管2向煤体中注入充足的CO2，过程中通过气体增压泵5加压注入，通过压力表6以及气体流量计4的读数显示注入压力以及注入量。
[0020]c.注入碱液：待其充满煤体孔裂隙后，关闭第一气体阀门3、第二气体阀门7；打开混合液阀门8、碱液阀门14，通过碱液注入管13进行注碱，过程中通过压裂泵15加压注入，通过压力表9以及液体流量计10的读数显示注入压力以及注入量。碱液与CO2发生化学反应，在煤体1的孔裂隙内制备沉淀。
[0021]静压注水的压力为2MPa，造缝增透压力为50MPa。
[0022]d.实现封堵：待煤体孔裂隙内的CO2与碱液反应生成与煤体孔隙匹配的沉淀颗粒后，通过压裂泵15改变注入压力，向煤体注入清水，实现沉淀颗粒对煤体孔裂隙的封堵。当孔隙中沉淀浓度过高，则打开混合液阀门8、清水阀门11，通过清水注入管12注入清水进行调节。
[0023]e.对压裂效果进行评估：初步压裂完成后，对压裂效果进行评估，主要从造缝效果及煤体的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润系统，其特征在于，包括管路系统和封孔装置；所述管路系统包括与煤体孔插装连接的注入管（17），以及固定在煤体孔端口处的封孔装置（16）；注入管（17）插入所述封孔装置（16）中；注入管（17）与多个支管连通，所述支管包括向煤体中注入气体的CO2注入管（2），以及向煤体中注入液体的液体注入管路。2.根据权利要求1所述的深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润系统，其特征在于，所述液体注入管路包括清水注入管（12）和碱液注入管（13）。3.根据权利要求1所述的深地煤层CO2固化溶液堵孔增透强润系统，其特征在于，CO2注入管（2）上配设有用于控制气体流量的第一气体阀门（3）、气体流量计（4）、对CO2气体进行加压的气体增压泵（5）、压力表（6）以及第二气体阀门（7）；清水注入管（12）上配设清水阀门（11），碱液注入管（13）上配设有碱液阀门（14）；清水注入管（12）和碱液注入管（13）共通并经液体流量计（10）连接到压裂泵（15），之后通过安装有液体压力表（9）和混合液阀门（8）的管路与注入管相连。4.一种深地煤层 CO2 固化溶液堵孔增透强润的应用方法，其特征在于，用权利要求1
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3中任一项所述的系统进行深地煤层 CO2 固化...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，孙秋爽，郭彦磊，郭立稳，张嘉勇，程卫民，王刚，何庆泽，李智深，李英欣，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：