[发明专利]一种煤层超临界二氧化碳封堵装置及方法

说明书

本发明公开了一种煤层超临界二氧化碳封堵装置及方法，该装置包括前端封孔器、后端封孔器、注浆管、超临界二氧化碳注入管、温度控制器，前端封孔器由前端封孔器金属端头、前端封孔器加热装置、前端封孔器胶囊、前端封孔器注水管组成；后端封孔器由后端封孔器胶囊、后端封孔器注水管组成；前端封孔器与后端封孔器通过快速密封接头连接超临界二氧化碳注入管，超临界二氧化碳注入管连接超临界二氧化碳气源；前端封孔器胶囊与后端封孔器胶囊之间设有注浆管；注水管与高压水源连接。本发明封堵方法可靠性高，封堵效果好；实现了煤层中超临界二氧化碳的高效封堵，保证注入钻孔内的二氧化碳在超临界状态，有利于超临界二氧化碳在煤层气增产中的推广应用。

技术领域

本发明涉及一种煤层超临界二氧化碳封堵装置及方法，属于煤层气高效开采技术领域。

背景技术

煤层气是一种非常规天然气，也是煤炭开发过程中“第一杀手”。煤层气开发利用属于国家“清洁、高效、安全、可持续”现代能源体系的重要组成部分。然而我国煤层地质条件十分复杂，多数煤层的微孔隙、低渗透、高吸附特征使得煤层气难以抽出，造成煤层气资源利用效率低。近年来，随着开采深度的不断增加，深部煤层的高地应力和高瓦斯梯度使得瓦斯灾害的发生频率和强度进一步加大。煤层气的高效抽采在未来我国煤与瓦斯共采中具有至关重要的意义。目前，对煤层进行注气驱替也是增加煤层气产量的一种有效方法，通过钻孔向煤层内注入空气、氮气、二氧化碳等气体，在煤层内形成有益的压力梯度和竞争吸附，不断增加煤层气的产出。虽然此类方法在成本和适应性上具有较好的优势，但气体介质的选择、使用和装置尚不完善。在各类气体中，由于超临界二氧化碳具有密度近于液体、粘度近于气体、扩散系数远大于液体的特性，近年来使用超临界二氧化碳进行增透、驱替成为煤层气高效开采研究的热点。然而气体超临界态的保持较为困难，在煤矿现场的应用缺乏有效的封堵装置及方法，因此，开发煤层超临界二氧化碳封堵装置及方法对此类技术在煤层气增产中的推广应用具有重要意义。

发明内容

本发明旨在提供一种煤层超临界二氧化碳封堵装置及方法，结构简单、操作方便、成本低廉、实用性强。

本发明提供了一种煤层超临界二氧化碳封堵装置，包括前端封孔器、后端封孔器、注浆管、超临界二氧化碳注入管、温度控制器，所述前端封孔器由前端封孔器金属端头、前端封孔器加热装置、前端封孔器胶囊、前端封孔器注水管组成；所述后端封孔器由后端封孔器胶囊、后端封孔器注水管组成；所述前端封孔器与后端封孔器通过快速密封接头与超临界二氧化碳注入管连接，超临界二氧化碳注入管与超临界二氧化碳气源相连；所述前端封孔器胶囊与后端封孔器胶囊之间设有注浆管，注浆管与注浆泵连接；所述前端封孔器注水管和后端封孔器注水管分别与高压水源连接。

上述装置中，所述前端封孔器加热装置包括温度传感器和电热丝，电热丝通过前端封孔器控制线与温度控制器相连。

本发明提供了一种煤层超临界二氧化碳封堵方法，包括如下步骤：

a、根据煤矿现场设计方案进行打钻，在煤层内施工钻孔；不同煤层条件造成设计方案中的钻孔深部不同；

b、在钻孔施工完成后，进行煤层超临界二氧化碳封堵装置的组装：将前端封孔器、后端封孔器用快速密封接头与超临界二氧化碳注入管连接在一起，将注浆管安装在前端封孔器胶囊与后端封孔器胶囊之间，将前端封孔器控制线与温度控制器相连，将前端封孔器注水管和后端封孔器注水管分别与高压水源连接，将超临界二氧化碳注入管与超临界二氧化碳气源相连，将注浆管与注浆泵相连；

c、关闭第一阀门、第二阀门、第三阀门、第四阀门，将组装好的煤层超临界二氧化碳封堵装置送入钻孔内设计位置；

d、打开第一阀门、第二阀门，分别向前端封孔器胶囊和后端封孔器胶囊中注入高压水，在第一压力表、第二压力表显示压力为4.0~6.0MPa时，分别关闭第一阀门、第二阀门；