本发明专利技术提供了一种基于水平割缝‑电脉冲‑水力压裂的煤层致裂方法,涉及矿井煤层瓦斯抽采防护技术领域,包括:选取目标煤层的煤炭开采准备区,并在所述煤炭开采准备区上方地面施工通道井;通过通道井施工定向长钻孔,通过水力水平割缝装置和定向长钻孔在地下钻井场地进行水平割缝,得到水平缝槽;冲洗水平缝槽,通过高压电脉冲发生装置和定向长钻孔向水平缝槽中注入导电离子水,并封堵定向长钻孔周围缝隙;通过高压电脉冲发生装置进行多次高压电脉冲放电,使得目标煤层产生宏观裂隙;向水平缝槽中注入高压水进行水力压裂;拆除高压电脉冲发生装置并通过定向长钻孔进行瓦斯抽取。该方法提高了瓦斯抽采效率和抽采安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及矿井煤层瓦斯抽采防护,特别是涉及一种基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法。
技术介绍
1、我国70%以上的煤层为低渗煤层,瓦斯抽采难度大、时间长。瓦斯抽采率低导致的采掘失衡是遏制煤炭产能释放的首要因素。尤其是随着浅部资源的枯竭,深部资源复杂赋存环境将使这一问题更加凸显。传统的煤层致裂技术包括水力压裂技术、高压电脉冲措施等,这些方法在特定时期和一定条件下提高了瓦斯抽采率。
2、但是,现有的单一煤层增透技术的增透效果并不理想,在部分应用中还存在种种不足。如水力压裂技术中应用效果不易控制,裂纹扩展范围较小,压裂煤层后裂隙会很快重新闭合,不利于煤层瓦斯的抽采;高压电脉冲措施以其瞬时强效的特点,能够在煤层中产生宏观大尺度裂隙,有效增加煤层的渗透性,然而,其对煤层中较小尺度的孔隙影响程度有限,限制了其整体增透效果。因此,设计一种基于水力割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法是十分有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,以提高瓦斯抽采效率和抽采安全性。
2、为实现上述目的,本专利技术提供了如下方案:
3、一种基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,包括如下步骤:
4、选取目标煤层的煤炭开采准备区,并在所述煤炭开采准备区上方地面施工通道井;
5、通过通道井施工定向长钻孔,通过水力水平割缝装置和定向长钻孔在地下钻井场地进行水平割缝,得到水平缝槽;
6、冲洗水平缝槽,通过高压电脉冲发生装置和定向长钻孔向水平缝槽中注入导电离子水,并封堵定向长钻孔周围缝隙;
7、通过高压电脉冲发生装置进行多次高压电脉冲放电,使得目标煤层产生宏观裂隙;
8、向水平缝槽中注入高压水进行水力压裂;
9、拆除高压电脉冲发生装置并通过定向长钻孔进行瓦斯抽取。
10、可选地,选取目标煤层的煤炭开采准备区,具体步骤包括:
11、对煤矿现场进行地质调查,获取目标煤层的煤岩层参数;煤岩层参数包括:地应力、煤岩层硬度、天然裂缝密度和天然裂缝产状;
12、根据煤岩层参数确定煤炭开采准备区;煤炭开采准备区为:3~5年内将进行回采的区域。
13、可选地,通过通道井施工定向长钻孔,通过水力水平割缝装置和定向长钻孔在地下钻井场地进行水平割缝,得到水平缝槽,具体步骤包括:
14、通过压裂液管道将地面压裂泵与通道井连接,并启动地面压裂泵,得到定向长钻孔;
15、通过随钻测井技术对定向长钻孔的孔眼轨迹进行调整;
16、根据调整后的孔眼轨迹将定向长钻孔施工至目标煤层的底板处;
17、从目标煤层的底板处沿目标煤层的底板进行水平施工,得到水平定向长钻孔;
18、通过水力水平割缝装置在水平定向长钻孔的终点处进行水平割缝,得到水平缝槽;水平割缝采用后退式割缝方式。
19、可选地,水平定向长钻孔的孔眼位置和目标煤层的底板之间的距离与目标煤层厚度的比值为:0.1~0.25:1;水平缝槽的高度为5cm~10cm,水平缝槽的长度为水平定向长钻孔的孔眼长度。
20、可选地,水力水平割缝装置内置有瓦斯实时检测仪;瓦斯实时检测仪用于实时检测目标煤层中的瓦斯含量,当瓦斯含量低于瓦斯抽采浓度阈值时,完成水平割缝。
21、可选地,采用致裂封孔器封堵定向长钻孔周围缝隙;致裂封孔器与进水管连接,进水管与地面压裂泵连接。
22、可选地,高压电脉冲发生装置包括:高压离子水装置、水压监测设备和电脉冲放电电极;高压离子水装置分别与水压监测设备和电脉冲放电电极连接;高压离子水装置用于向水平缝槽中注入导电离子水和高压水;水压监测设备用于监测水平缝槽中的水压;电脉冲放电电极用于释放高压电脉冲。
23、可选地,通过高压电脉冲发生装置进行多次高压电脉冲放电,使得目标煤层产生宏观裂隙,具体步骤包括:
24、打开高压离子水装置的进水阀,向水平缝槽中注入离子水;
25、当离子水充满水平缝槽时,通过电脉冲放电电极进行高压电脉冲放电,使得目标煤层产生宏观裂隙。
26、可选地,向水平缝槽中注入高压水进行水力压裂,具体步骤为:向水平缝槽中注入高压水,并通过水压监测设备实时监测水平缝槽内的水压变化,当水平缝槽中的水压值达到预设的压裂值时,停止注入高压水。
27、可选地,拆除高压电脉冲发生装置并通过定向长钻孔进行瓦斯抽取,具体步骤包括:
28、排放水平缝槽中的离子水和高压水;
29、取出高压电脉冲发生装置和致裂封孔器;
30、封堵定向长钻孔,并通过瓦斯抽采管路进行瓦斯抽取。
31、根据本专利技术提供的具体实施例,本专利技术公开了以下技术效果:本专利技术提供的一种基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,该方法包括:选取目标煤层的煤炭开采准备区,并在所述煤炭开采准备区上方地面施工通道井;通过通道井施工定向长钻孔,通过水力水平割缝装置和定向长钻孔在地下钻井场地进行水平割缝,得到水平缝槽;冲洗水平缝槽,通过高压电脉冲发生装置和定向长钻孔向水平缝槽中注入导电离子水,并封堵定向长钻孔周围缝隙;通过高压电脉冲发生装置进行多次高压电脉冲放电,使得目标煤层产生宏观裂隙;向水平缝槽中注入高压水进行水力压裂;拆除高压电脉冲发生装置并通过定向长钻孔进行瓦斯抽取。该方法提高了瓦斯抽采效率和抽采安全性。
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【技术保护点】
1.一种基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,选取目标煤层的煤炭开采准备区,具体步骤包括:
3.根据权利要求1所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,通过所述通道井施工定向长钻孔,通过水力水平割缝装置和所述定向长钻孔在所述地下钻井场地进行水平割缝,得到水平缝槽,具体步骤包括:
4.根据权利要求3所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,所述水平定向长钻孔的孔眼位置和所述目标煤层的底板之间的距离与所述目标煤层厚度的比值为:0.1~0.25:1;所述水平缝槽的高度为5cm~10cm,所述水平缝槽的长度为所述水平定向长钻孔的孔眼长度。
5.根据权利要求3所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,所述水力水平割缝装置内置有瓦斯实时检测仪;所述瓦斯实时检测仪用于实时检测所述目标煤层中的瓦斯含量,当所述瓦斯含量低于瓦斯抽采浓度阈值时,完成所述水平割缝。
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p>6.根据权利要求3所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,采用致裂封孔器封堵所述定向长钻孔周围缝隙;所述致裂封孔器与进水管连接,所述进水管与所述地面压裂泵连接。7.根据权利要求1所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,所述高压电脉冲发生装置包括:高压离子水装置、水压监测设备和电脉冲放电电极;所述高压离子水装置分别与所述水压监测设备和所述电脉冲放电电极连接;所述高压离子水装置用于向所述水平缝槽中注入所述导电离子水和所述高压水;所述水压监测设备用于监测所述水平缝槽中的水压;所述电脉冲放电电极用于释放高压电脉冲。
8.根据权利要求1所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,通过所述高压电脉冲发生装置进行多次高压电脉冲放电,使得所述目标煤层产生宏观裂隙,具体步骤包括:
9.根据权利要求7所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,向所述水平缝槽中注入所述高压水进行水力压裂,具体步骤为:向所述水平缝槽中注入所述高压水,并通过所述水压监测设备实时监测所述水平缝槽内的水压变化,当所述水平缝槽中的水压值达到预设的压裂值时,停止注入所述高压水。
10.根据权利要求1所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,拆除所述高压电脉冲发生装置并通过所述定向长钻孔进行瓦斯抽取,具体步骤包括:
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【技术特征摘要】
1.一种基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,包括如下步骤:
2.根据权利要求1所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,选取目标煤层的煤炭开采准备区,具体步骤包括:
3.根据权利要求1所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,通过所述通道井施工定向长钻孔,通过水力水平割缝装置和所述定向长钻孔在所述地下钻井场地进行水平割缝,得到水平缝槽,具体步骤包括:
4.根据权利要求3所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,所述水平定向长钻孔的孔眼位置和所述目标煤层的底板之间的距离与所述目标煤层厚度的比值为:0.1~0.25:1;所述水平缝槽的高度为5cm~10cm,所述水平缝槽的长度为所述水平定向长钻孔的孔眼长度。
5.根据权利要求3所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,所述水力水平割缝装置内置有瓦斯实时检测仪;所述瓦斯实时检测仪用于实时检测所述目标煤层中的瓦斯含量,当所述瓦斯含量低于瓦斯抽采浓度阈值时,完成所述水平割缝。
6.根据权利要求3所述的基于水平割缝-电脉冲-水力压裂的煤层致裂方法,其特征在于,采用致裂封孔器封堵所述定向长钻孔周围缝隙...
【专利技术属性】
技术研发人员:张义平,张和江,张杰,刘云风,张羽遥,周利治,李川,陈浩,龙根毅,雷杨,兰红,左少杰,
申请(专利权)人:贵州大学,
类型:发明
国别省市:
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