一種煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法，包括在頂板或底板中形成順煤層的鉆孔；置入壓裂管組和徑向射孔器到第一射孔位；封孔；將壓裂管組和射孔器分別與對(duì)應(yīng)泵組連接并由射孔器形成煤層與鉆孔連通的射流通道；向鉆孔壓力注入環(huán)空壓裂液并保持環(huán)空壓力；繼續(xù)對(duì)煤層進(jìn)行噴射至設(shè)定時(shí)間使煤體形成沿煤層噴射孔孔底方向延伸的裂紋；同時(shí)停止噴射和壓裂，將射孔器移動(dòng)至下一噴射位置形成射流通道后對(duì)壓裂液加壓并持續(xù)噴射；重復(fù)執(zhí)行單獨(dú)噴射巖層和加壓噴射煤層的步驟，直至鉆孔中各個(gè)位置的噴射壓裂完成后進(jìn)行煤層氣抽采。本發(fā)明的有益效果是，裂縫走向和數(shù)量可控，煤層氣開采效率高，可有效防治煤礦瓦斯災(zāi)害，提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
【專利說(shuō)明】一種煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤層氣開采方法，尤其是一種適用于高瓦斯低透氣性松軟煤層的煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煤層氣是一種潔凈的能源，但對(duì)于煤炭生產(chǎn)而言是一種災(zāi)害源。如何實(shí)現(xiàn)采煤之前高效抽采煤層氣，達(dá)到資源開發(fā)利用和煤礦減災(zāi)的雙重目的，一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)?，F(xiàn)目前煤礦井下應(yīng)用較普遍的開采煤層氣的方法是采用高壓水力壓裂后抽采的方式開采。該方法將高壓水通過(guò)鉆孔注入煤體中，將煤體壓開以產(chǎn)生大量的裂縫，達(dá)到高效抽采煤層氣的目的。但該方法存在壓穿煤體所需的壓力高，裂縫數(shù)量和走向不能控制，多層位壓裂時(shí)，需要對(duì)已壓裂層位的壓裂孔進(jìn)行封堵處理，故其存在工程量大、工序復(fù)雜，壓裂總體時(shí)間長(zhǎng)等缺陷。因此，亟需尋找一種可控、高效、操作簡(jiǎn)單的高壓水力壓裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的煤層氣開采技術(shù)的不足，提供一種煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法，以有效控制裂縫數(shù)量和走向，增大鉆孔與煤層接觸面積，提高煤層氣開采效率，防治煤礦瓦斯災(zāi)害的發(fā)生，提高經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0005]一種煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法，包括以下步驟:
[0006]a、在煤層頂板或底板中形成順煤層的鉆孔，該鉆孔的中心與煤層之間具有設(shè)定距離h ;
[0007]b、在該鉆孔內(nèi)置入壓裂管組和用于徑向射孔的射孔器，并將該射孔器置入到需要進(jìn)行壓裂的第一射孔位；
[0008]C、對(duì)所述鉆孔按壓裂密封要求進(jìn)行封孔，以在鉆孔的孔口端形成封孔段，該封孔段與壓裂管組形成靜密封，且與射孔器的進(jìn)液管形成動(dòng)密封；
[0009]d、將壓裂管組通過(guò)管件與壓裂泵組連接；將射孔器的進(jìn)液管與射孔泵組連接；
[0010]e、通過(guò)射孔泵組將含有磨料的射孔介質(zhì)泵送到所述射孔器，并由射孔器形成噴射射流，該噴射射流射穿巖層形成煤層與所述鉆孔連通的分支孔；
[0011]f、通過(guò)壓裂泵組和壓裂管組向鉆孔內(nèi)壓力注入壓裂液；
[0012]g、由所述射孔器通過(guò)該分支孔對(duì)煤層噴射設(shè)定時(shí)間，且噴射同時(shí)通過(guò)壓裂泵組對(duì)鉆孔內(nèi)壓裂液加壓，并保持壓力和控制壓裂液流量，以使煤層的煤體形成沿煤層射孔孔底方向延伸的壓裂裂紋；
[0013]h、關(guān)閉壓裂泵組，將所述射孔器移動(dòng)至下一壓裂位置，并通過(guò)射孔泵組和射孔器形成下一個(gè)分支孔；返回步驟g直至整個(gè)鉆孔中各個(gè)壓裂位置的噴射壓裂完成；
[0014]1、拆除射孔器，將鉆孔與煤礦井下瓦斯抽采系統(tǒng)連接，進(jìn)行煤層氣抽采。
[0015]采用上述技術(shù)方案的本發(fā)明，在射孔過(guò)程中，首先射孔泵組將射流介質(zhì)泵送到噴射器并由噴射器的噴嘴將高壓勢(shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能，噴射器產(chǎn)生高的速射流切割巖層，形成與煤層連通的具有一定直徑和深度的分支孔。在分支孔射孔完成后，噴射器以該分支孔為射流通道繼續(xù)對(duì)煤層進(jìn)行噴射以形成煤層射孔，此時(shí)的噴射壓力小于煤巖體破裂壓力，煤層不產(chǎn)生裂紋；此時(shí)，在巖層鉆孔中注入壓裂液后并由壓裂泵加壓，形成噴射器的環(huán)境壓力，本技術(shù)方案中稱為環(huán)空壓力。在具有環(huán)空壓力期間，噴射器的高壓射流通過(guò)射流通道對(duì)環(huán)空壓力液產(chǎn)生的抽汲作用，使壓裂液在射流通道及煤層射孔內(nèi)聚集，形成噴射壓力與壓裂壓力的疊加，兩者疊加壓力高于煤巖層的破裂壓力，使煤巖層產(chǎn)生裂縫，形成噴射壓裂。同時(shí)，高速流體的沖擊作用能在煤層的射孔頂端產(chǎn)生微裂縫，在一定程度上降低了煤巖層起裂壓力，從而促進(jìn)煤層開裂。該噴射壓裂的裂縫在煤巖層射孔頂端產(chǎn)生并延伸，因此噴射壓裂可有效控制起裂方向和裂縫延伸方向，從而可實(shí)現(xiàn)分布均勻的控制壓裂。由于噴射器高壓射流的抽汲作用，環(huán)控壓裂液不斷引入射孔通道及煤層射孔中，此時(shí)，通過(guò)控制合適的環(huán)空注入壓裂液的流量用以補(bǔ)償鉆孔的漏失、維持壓力，確保裂縫的持續(xù)延伸。通過(guò)在鉆孔中多個(gè)設(shè)定位置的噴射壓裂可形成大范圍的且可均勻分布的裂隙網(wǎng)絡(luò)，最終實(shí)現(xiàn)有效提高煤層氣的抽采效率目的。另外，噴射器高壓射流的抽汲作用還使得環(huán)空壓力小于正在噴射部位的分支孔及煤層射孔孔內(nèi)的壓力，同時(shí)也小于煤巖體的起裂壓力及裂縫延伸壓力，因此，處于正在噴射的噴神壓裂位置以外的已壓裂煤體部位不會(huì)繼續(xù)開裂，不需對(duì)已開裂部位進(jìn)行密封，其自然具有動(dòng)態(tài)封隔的效果，不需對(duì)已壓裂煤層部位的分支孔進(jìn)行封堵就可避免重復(fù)壓裂。本發(fā)明特別適用于煤層間距較小的兩個(gè)煤層進(jìn)行噴射壓裂，在兩煤層之間鉆孔中通過(guò)噴射器的兩個(gè)或多個(gè)噴嘴射穿兩邊巖層，進(jìn)而對(duì)兩個(gè)煤層氣儲(chǔ)層進(jìn)行同時(shí)噴射壓
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[0016]本發(fā)明中，環(huán)空壓裂液流量應(yīng)根據(jù)鉆孔漏失、裂縫延伸及壓降損失等情況進(jìn)行控制。
[0017]所述分支孔還具有伸入煤層的部分。以進(jìn)一步提高對(duì)煤層噴射壓裂的引導(dǎo)作用。
[0018]優(yōu)選的，所述鉆孔與煤層的距離為0.5~1.0m0鉆孔與煤層的距離應(yīng)根據(jù)頂?shù)装鍘r性及射孔器的射孔能力等因素選擇，以確保鉆孔在噴射壓裂過(guò)程中的穩(wěn)固性和噴射壓裂工作效率高的原則確定。
[0019]優(yōu)選的，所述鉆孔的直徑大于或等于120_。以充分滿足置入、取出壓裂管組及射孔器所需要的空間，一般要求鉆孔若鉆孔位置的地應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力等較大或煤巖體較破碎易跨塌，可下套管完井。
[0020]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是，本發(fā)明通過(guò)在煤層頂?shù)装逯秀@井保證了鉆孔的穩(wěn)定性，避免了在煤層中鉆孔坍塌；壓裂方向、位置和數(shù)量可控，保證了鉆孔與煤層的連通性；降低了近鉆孔地帶應(yīng)力集中，有利于提高近鉆孔地帶滲透率；降低煤層破裂壓力，有助于裂縫的形成和延 伸；射孔與壓裂聯(lián)作，減少了工作量；通過(guò)環(huán)空壓力控制，節(jié)省了對(duì)已壓開層位的鉆孔進(jìn)行封堵的環(huán)節(jié)；可直接對(duì)目的層位逐層進(jìn)行準(zhǔn)確射孔壓裂；可在需要壓裂的任意層位進(jìn)行施工，同時(shí)對(duì)于裂縫數(shù)量不受限制，可有效提高煤層氣的抽采效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是采用本發(fā)明方法進(jìn)行煤層噴射壓裂的示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施范圍之中。
[0023]參見(jiàn)圖1，一種煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法，包括以下步驟:
[0024]a、在煤層頂板或底板中形成順煤層且直徑為120mm的鉆孔1，該鉆孔I的中心與煤層之間具有設(shè)定距離h為0.5?1.0m ;
[0025]b、在該鉆孔I內(nèi)置入壓裂管組2和用于徑向射孔的射孔器3，并將該射孔器3置入到需要進(jìn)行壓裂的第一射孔位；
[0026]C、對(duì)所述鉆孔I按壓裂密封要求進(jìn)行封孔，以在鉆孔I的孔口端形成封孔段4，該封孔段4與壓裂管組2形成靜密封，且與射孔器3的進(jìn)液管31形成動(dòng)密封；
[0027]d、將壓裂管組2通過(guò)管件與壓裂泵組5連接；將射孔器3的進(jìn)液管31與射孔泵組6連接；
[0028]e、通過(guò)射孔泵組6將含有磨料的射孔介質(zhì)泵送到所述射孔器3，并由射孔器3形成噴射射流，該噴射射流射穿巖層形成煤層7與所述鉆孔I連通的分支孔8，該分支孔8具有伸入煤層7的部分，該部分構(gòu)成煤層射孔；
[0029]f、通過(guò)壓裂泵組5和壓裂管組2向鉆孔I內(nèi)壓力注入壓裂液，以形成噴射器3的環(huán)空壓裂液；
[0030]g、由所述射孔器3通過(guò)該分支孔8對(duì)煤層7噴射設(shè)定時(shí)間，且噴射同時(shí)通過(guò)壓裂泵組5對(duì)鉆孔I內(nèi)壓裂液加壓，環(huán)空壓裂液在射孔器3的高速射流在分支孔8內(nèi)形成的抽汲引射作用下進(jìn)入分支孔8及煤層射孔內(nèi)，并在分支孔8及煤層射孔內(nèi)聚集，煤層射孔的孔底形成環(huán)空增壓后壓力大于煤層7的起裂壓力，以使煤層射孔孔底開裂，保持壓力和控制壓裂液流量，以使煤層7的煤體形成沿煤層射孔孔底方向延伸的壓裂裂紋；
[0031]h、關(guān)閉壓裂泵組5，將所述射孔器3移動(dòng)至下一壓裂位置，并通過(guò)射孔泵組6和射孔器3形成下一個(gè)分支孔8 ;返回步驟g直至整個(gè)鉆孔I中各個(gè)壓裂位置的噴射壓裂完成；
[0032]1、拆除射孔器3，將鉆孔I與煤礦井下瓦斯抽采系統(tǒng)連接，進(jìn)行煤層氣抽采。
[0033]在本實(shí)施例中，所述鉆孔I的直徑還可為大于120mm的其他適當(dāng)值。
[0034]在本實(shí)施例中，所述鉆孔還可形成在煤層底板10中。
[0035]以上雖然結(jié)合了附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可以意識(shí)到對(duì)所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變化或修改，這些修改和變化應(yīng)理解為是在本發(fā)明的范圍和意圖之內(nèi)的。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法，其特征在于，包括以下步驟: a、在煤層頂板或底板中形成順煤層的鉆孔(1)，該鉆孔(I)的中心與煤層之間具有設(shè)定距離(h)； b、在該鉆孔⑴內(nèi)置入壓裂管組(2)和用于徑向射孔的射孔器(3)，并將該射孔器(3)置入到需要進(jìn)行壓裂的第一射孔位； C、對(duì)所述鉆孔(I)按壓裂密封要求進(jìn)行封孔，以在鉆孔(I)的孔口端形成封孔段(4)，該封孔段(4)與壓裂管組(2)形成靜密封，且與射孔器(3)的進(jìn)液管(31)形成動(dòng)密封； d、將壓裂管組(2)通過(guò)管件與壓裂泵組(5)連接；將射孔器(3)的進(jìn)液管(31)與射孔泵組(6)連接； e、通過(guò)射孔泵組(6)將含有磨料的射孔介質(zhì)泵送到所述射孔器(3)，并由射孔器(3)形成噴射射流，該噴射射流射穿巖層形成煤層(7)與所述鉆孔(I)連通的分支孔(8)； f、通過(guò)壓裂泵組(5)和壓裂管組(2)向鉆孔(I)內(nèi)壓力注入壓裂液； g、由所述射孔器(3)通過(guò)該分支孔(8)對(duì)煤層(7)噴射設(shè)定時(shí)間，且噴射同時(shí)通過(guò)壓裂泵組(5)對(duì)鉆孔(I)內(nèi)壓裂液加壓，并保持壓力和控制壓裂液流量，以使煤層(7)的煤體形成沿煤層射孔孔底方向延伸的壓裂裂紋； h、關(guān)閉壓裂泵組(5)，將所述射孔器(3)移動(dòng)至下一壓裂位置，并通過(guò)射孔泵組(6)和射孔器(3)形成下一個(gè)分支孔(8);返回步驟g直至整個(gè)鉆孔(I)中各個(gè)壓裂位置的噴射壓裂完成； 1、拆除射孔器(3)，將鉆孔(I)與煤礦井下瓦斯抽采系統(tǒng)連接，進(jìn)行煤層氣抽采。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法，其特征在于，所述分支孔(8)還具有伸入煤層(7)的部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法，其特征在于，所述鉆孔⑴與煤層的距離(h)為0.5?1.0m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的煤礦井下定向噴射壓裂開采煤層氣的方法，其特征在于，所述鉆孔的直徑大于或等于120_。
【文檔編號(hào)】E21B43/26GK103883303SQ201410163959
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】李棟, 郭臣業(yè), 覃樂(lè), 周東平, 沈大富, 周俊杰, 張翠蘭, 張迪, 向沉淺 申請(qǐng)人:重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司