[发明专利]基于超临界CO 2

说明书

本发明公开了一种基于超临界CO2原位气化压裂煤层增渗装置及技术方法，具体涉及煤矿安全技术领域，包括煤层顶板、煤层、煤层底板、加注转换器、封孔装置、催化加热药剂、煤层压裂钻孔、出液管路、回气管路、放空管路、电动阀门一、电动阀门二、压力表、电缆、起爆器、平板车、防爆电机、柱塞式加压泵、液态CO2储存罐、远程控制开关、开关、高压水泵。本发明提供一种超临界CO2孔内原位气化压裂增透技术主要是通过本煤层或穿层钻孔注入压力为30MPa压力下液态CO2，在煤层孔内通过催化剂瞬时加热气化液态CO2膨胀做功，达到高压致裂煤体产生裂缝效果，然后继续加注高压液态CO2达到煤体增渗的效果。

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于超临界CO2原位气化压裂煤层增渗装置及技术方法。

背景技术

煤炭开采过程中，煤层气（瓦斯）将通过排风系统（乏风）排出，将瓦斯排出，通常乏风中的甲烷浓度低于0.75%，乏风甲烷是国内煤矿瓦斯主要排放方式，据相关统计，中国的乏风排放量超过150亿m3/年，等同于西气东输的一年输气总量，温室气体效应相当于排放2亿吨CO2，降低煤矿乏风瓦斯浓度，减少乏风排放中瓦斯浓度造成的资源浪费以及生态环境污染的问题，对我国碳达峰、碳中和至关重要。

降低煤矿乏风瓦斯的主要手段是降低煤层瓦斯含量，目前国家相关规范已经对煤层预抽瓦斯率做出了明确规定，如AQ1026中规定高瓦斯矿井预抽本煤层瓦斯率不小于30%，但这还远远达不到减排的需求，在提高煤层瓦斯抽采率方面主要是采用采前预抽及生产期间的采空区抽采，其中采取预抽是最重要的环节；在对高瓦斯煤层进行瓦斯预抽时，未卸压煤层瓦斯抽采效果的好坏主要取决于煤层渗透性，解决低透气性煤层的瓦斯抽采已成为确保煤矿安全生产的关键环节；几十年来，国内外针对低透气性煤层研究出了许多提高其渗透性的方法，主要有：高（中）压注水法、水力压裂法、水力冲割法、大直径钻孔卸压法、控制爆破法、惰性气体置换法、顺煤层定向长钻孔、网孔布置法、泡沫压裂法及酸性处理法等；上述方法在我国煤矿瓦斯治理中取得了一定的效果，但综合来看由于生产条件、施工技术、安全条件、生产成本等因素的影响，至今未能形成有效的低透气性煤层瓦斯抽采技术；因此，深入研究高应力低透气性煤层增透技术，成为一项既艰难又迫切的任务。

超临界CO2原位气化压裂煤层增透技术是基于以往煤矿在应用液态CO2相变气爆致裂煤层增透过程中发现该技术应用过程中存在致裂压力作用煤壁时间短、增透影响半径小、设备电阻值受煤层钻孔内环境影响不稳定及井下环境影响存在拒爆的缺点；通过起爆器激发点火药头的引燃方式在煤矿井下运输过程中存在闪爆的可能等缺点提出的。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种超临界CO2孔内原位气化压裂增透技术主要是通过本煤层或穿层钻孔注入压力为30MPa压力下液态CO2，在煤层孔内通过催化剂瞬时加热气化液态CO2膨胀做功，达到高压致裂煤体产生裂缝效果，然后继续加注高压液态CO2达到煤体增渗的效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于超临界CO2原位气化压裂煤层增渗装置及技术方法，包括包括煤层顶板、煤层、煤层底板、加注转换器、封孔装置、催化加热药剂、煤层压裂钻孔、出液管路、回气管路、放空管路、电动阀门一、电动阀门二、压力表、电缆、起爆器、平板车、防爆电机、柱塞式加压泵、液态CO2储存罐、远程控制开关、开关、高压水泵。

一种基于超临界CO2原位气化压裂煤层增渗方法，包括以下步骤：

步骤1：在煤矿采掘工作面通过钻机施工一长度为50m-100m的煤层压裂钻孔，煤层压裂钻孔直径为Ø94～133mm；

步骤2：通过开关通过电后打开高压水泵向封孔装置注入高压水，当压力表显示压力为20MPa后停止注水，完成对煤层压裂钻孔的封孔；封孔后通过柱塞式加压泵将液态CO2储存罐内的液态CO2注入煤层压裂钻孔内，常温下注入压力为30MPa，直到煤层压裂钻孔注满且压力表的显示数值为30MPa时，加注停止；