[发明专利]一种煤层分步注水精准控制系统及注水方法

权利要求书

1.一种煤层分步注水方法，其特征在于，利用一种煤层分步注水精准控制系统，包括PLC控制器、数据监测模块、注水控制模块和压注液调控模块，所述PLC控制器接收来自数据监测模块的监测数据，PLC控制器控制注水控制模块和压注液调控模块工作；所述数据监测模块包括流量传感器、压力传感器、压注液粘度及PH值传感器、数据监测分站和连接线路，实时获取监测数据包括注水孔内的压力、注水流量和水箱内压注液的物理性质参数，监测数据通过连接线路传输至PLC控制器；所述注水控制模块包括高压水泵、注水管、单向阀、流量控制阀和电控开关，高压水泵和主水管相连，主水管上设置有单向阀，主水管的各个支管上设置有流量控制阀；所述压注液调控模块包括压注液实时调配水箱、若干个压注液改性药箱、抽液泵、稳流控制阀和进/出水管路，所述抽液泵连接压注液实时调配水箱和压注液改性药箱，所述压注液改性药箱和抽液泵之间设置稳流控制阀；

步骤包括：

步骤A.注水初始阶段，此时注水孔内压力传感器及流量传感器监测到孔内压力P-注水流量Q曲线持续上升，注水孔内形成憋压，PLC控制器接收监测分站的监测数据，得到孔内压力P-注水流量Q曲线，发出控制命令至稳流控制阀和电控开关，打开第一个压注液改性药箱通过抽液泵向压注液实时调配水箱注入增稠剂，并启动压注液搅拌器进行搅拌，同时通过流量控制阀持续增加注水流量，以提高压注液的粘稠度及压力，启开多条注水主裂缝并促进次生裂隙扩展；

步骤B.渗流初期，渗流主、次通道的打开以及高粘稠度压注液的存在，使得渗流初期孔内压力P-注水流量Q曲线呈现明显的起伏变化，PLC控制器接收监测分站的监测数据，符合渗流初期孔内压力P-注水流量Q曲线变化规律，PLC控制器发出控制命令至压注液调控模块，添加第二个压注液改性药箱和第三个压注液改性药箱中的溶解剂、降阻剂，以降低压注液粘度，增加流动性，并通过流量控制阀持续增加注水流量，扩大注水影响范围；

步骤C. 煤层渗透率损失阶段，伴随注水过程的进行，水载煤颗粒沉积、架桥现象广泛分布于裂—孔隙结构中，造成煤层渗透率损失，孔内压力P-注水流量Q曲线由平滑再次转为起伏变化，PLC控制器控制高压水泵和流量控制阀提高注水压力扰动幅度和频率，疏通裂—孔隙结构；

步骤D. 润湿阶段，PLC控制器接收监测分站的监测数据，当得到的孔内压力P-注水流量Q曲线再次上升，表示注水钻孔内水在毛细管力及表面张力的双重作用下进行润湿，PLC控制器发出控制命令至压注液调控模块，通过第四个压注液改性药箱添加表面活性剂，不断降低液—固两相接触面间表面张力，增加注水润湿效果。

2.根据权利要求1所述的一种煤层分步注水方法，其特征在于，所述数据监测分站分别设置在多个注水钻孔处，监测注水钻孔的注水压力和流量；所述压注液实时调配水箱内设置有压注液粘度及PH值传感器。

3.根据权利要求1所述的一种煤层分步注水方法，其特征在于，所述压注液改性药箱设置有多个，多个压注液改性药箱并列布置，每个压注液改性药箱的出液管上均设置有稳流控制阀。

4.根据权利要求3所述的一种煤层分步注水方法，其特征在于，所述压注液改性药箱之间独立并且不连通，压注液改性药箱内分别盛放有增稠剂、溶解剂、降阻剂或表面活性剂。

5.根据权利要求1所述的一种煤层分步注水方法，其特征在于，所述压注液实时调配水箱内还设置有压注液搅拌器，所述电控开关控制高压水泵和抽液泵的启停。

6.根据权利要求1所述的一种煤层分步注水方法，其特征在于，所述PLC控制器具体为防爆型工业PLC控制器，PLC控制器直接控制稳流控制阀、电控开关、流量控制阀和压注液搅拌器的工作，稳流控制阀、电控开关、流量控制阀和压注液搅拌器还设置有手动控制开关。