[发明专利]一种煤层钻孔高温高压蒸气二次压裂装置及方法

说明书

本发明公开一种煤层钻孔高温高压蒸气二次压裂装置及方法，装置包括用于按照比例进行配比混合气体的高温高压蒸气配比装置、三级升温增压系统、向失效的压裂钻孔或抽采钻孔中注气的二次压裂用管路、设置在压裂钢管上的压力和温度传感器、压力温度数据分析终端。方法为对失效钻孔清孔，用坑道钻机将护孔套管、压裂钢管及双路封孔器送入该钻孔；二次压裂前用双路封孔器进行封孔；对蒸气进行配比和三级升温增压后，将高温高压混合蒸气注入压裂钢管对煤层进行二次压裂与升温处理，根据压力和温度实时监测数据，精准确定二次压裂结束和排水气时间。本发明有效利用了大量存在的失效钻孔，从卸压增透和升温促进瓦斯解吸两个方面极大提高煤层瓦斯抽采效率。

技术领域

本发明涉及一种煤层钻孔压裂装置及方法，具体涉及一种煤层钻孔高温高压蒸气二次压裂装置及方法。

背景技术

我国高瓦斯矿井约占矿井总数的70％，煤与瓦斯突出矿井已达1192对，瓦斯引起的事故占煤矿总事故的27％。而瓦斯(煤层气)又是一种清洁能源。因此，无论从安全角度，还是能源角度，提高煤矿瓦斯的抽采率，加大煤矿瓦斯抽采工作力度迫在眉睫。

针对传统的打钻孔抽采瓦斯工程量大、抽采效率低、成本高等特点，业内已出现多种措施以提高瓦斯抽采效率，其中水力压裂因其卸压范围大、工程实施简单、瓦斯抽采效率显著提高等优势而应用广泛。但采用水力压裂时，压裂钻孔常因为煤岩层赋存复杂多变，再加上钻孔施工质量得不到保障等原因，经常发生压裂失败的情况，达不到预期的压裂效果，此时该压裂钻孔常常就被废弃，失去使用价值。此外，井下还存在大量瓦斯浓度和流量都非常低的瓦斯抽采钻孔，这些钻孔已经失去抽采价值，目前往往被直接遗弃，不再使用。这些存在的废弃压裂和抽采钻孔还会干扰周边新钻孔的压裂，因为对废弃钻孔周围的新钻孔进行水力压裂时，产生的水压裂缝很容易就贯穿废弃的钻孔，达不到压裂效果。上述大量的失效压裂和瓦斯抽采钻孔如果被直接遗弃而不进行二次利用，不仅影响煤层瓦斯抽采和瓦斯灾害防治的效果，而且会造成大量钻孔被浪费掉，进一步增加新的钻孔工程量，产生经济浪费，且危险也不能完全消除。尤其对于采用常规抽采方法进行抽采后的煤层区域，由于以前抽采技术的落后，煤层中仍然存在大量的以吸附状态存在的瓦斯，旧钻孔抽采效率低下以至于难以利用，而新钻孔易于贯通旧钻孔，造成漏水漏气达不到压裂效果，目前尚未有有效的方法能够降低抽采后区域的瓦斯含量。

此外，国内外大量研究表明煤层中90％左右的瓦斯都是以吸附状态存在的，高效瓦斯抽采必须先将吸附态瓦斯解吸成游离态瓦斯。地层压力和温度是影响煤层瓦斯吸附解吸的两个关键因素，降低压力和增加温度都会促进煤层瓦斯解吸。然而目前大多数水力压裂或其它水力化措施主要是通过降低煤层压力来促进瓦斯解吸，没有同时实现大范围的降低煤层压力和给煤层增温来促进瓦斯解吸。