水力压裂液、瓦斯抽采系统及瓦斯抽采方法与流程

文档序号:18745045发布日期:2019-09-21 02:14阅读:来源:国知局

技术特征:

1.水力压裂液,其特征在于:用于煤层压裂增透,包括第一组分和第二组分,第一组分为过硫酸盐的水溶液,第二组分为含过渡金属离子的多孔炭与水的混合液,第一组分和第二组分的体积份数为:第一组分0.9-1.1份,第二组分0.9-1.1份。

2.根据权利要求1所述的水力压裂液,其特征在于:第一组分和第二组分的体积份数为:第一组分1份,第二组分1份。

3.根据权利要求1所述的水力压裂液,其特征在于:第一组分中的过硫酸盐为过硫酸铵和/或过硫酸钠和/或过硫酸钙和/或过硫酸钾,第一组分中过硫酸盐与水的质量份数为:过硫酸盐1-25份,水100份。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的水力压裂液,其特征在于:第二组分中含过渡金属离子的多孔炭按以下方法制备:

利用球磨机将过渡金属盐与芳香类羧酸相混合,所得混合物置于惰性气氛下高温煅烧,即可制得含过渡金属离子的多孔炭;

过渡金属盐为硝酸镍和/或氯化锰和/或硝酸钴和/或硫酸铜和/或硝酸锌,芳香类羧酸为间苯三甲酸和/或对苯二甲酸及其衍生物和/或对羟基苯甲酸和/或对氨基苯甲酸,惰性气氛为氮气或氩气氛围,煅烧温度为500~1000 ℃;过渡金属盐与芳香类羧酸的质量份数为:过渡金属盐0.8-1.2份,芳香类羧酸0.8-1.2份;

第二组分中含过渡金属离子的多孔炭与水的质量份数为:含过渡金属离子的多孔炭小于等于25份,水100份。

5.使用权利要求4中所述水力压裂液的瓦斯抽采系统,其特征在于:包括在煤层顶板与煤层底板之间设置的压裂钻孔和抽采钻孔,压裂钻孔在煤层中具有压裂影响区域,一个压裂钻孔左右两侧的压裂影响区域内分别设有所述抽采钻孔;

压裂钻孔中插设有压裂管,各抽采钻孔中分别插设有抽采管,压裂钻孔中的压裂管上设有用于流入液体的开口,抽采钻孔中的抽采管上设有用于流出气体的开口;压裂管向下伸出煤层底板并连接有混合容器,混合容器具有第一进口、第二进口和一个出口,混合容器的出口与压裂管相连接,混合容器的第一进口与第一组分供液装置相连接,混合容器的第二进口与第二组分供液装置相连接;

混合容器与压裂钻孔之间的压裂管连接有压力表和排放管,排放管上设有排放阀;

各抽采管分别向下伸出煤层底板并均与抽采总管相连接,抽采总管连接有瓦斯抽采装置,抽采总管上设有抽采总阀门,各抽采管上分别设有抽采分阀门。

6.根据权利要求5所述的瓦斯抽采系统,其特征在于:第一组分供液装置包括第一组分供液箱,第一组分供液箱通过第一组分出液管与第一组分供液泵相连接,第一组分供液泵的出口通过第一组分供液管与混合容器的第一进口相连接,第一组分供液管上设有第一组分供液阀;

第二组分供液装置包括第二组分供液箱,第二组分供液箱通过第二组分出液管与第二组分供液泵相连接,第二组分供液泵的出口通过第二组分供液管与混合容器的第二进口相连接,第二组分供液管上设有第二组分供液阀。

7.根据权利要求6所述的瓦斯抽采系统,其特征在于:所述第二组分供液箱的底壁上设有超声波振板,超声波振板上设有超声波发生器。

8.使用权利要求7中所述瓦斯抽采系统进行的瓦斯抽采方法,其特征在于按以下步骤进行:

第一步骤是准备步骤;准备步骤包括顺序执行的第一子步骤和第二子步骤;

第一子步骤是钻孔并准备水力压裂液,具体包括不分先后顺序进行钻孔作业和准备水力压裂液作业;

钻孔作业是使用钻机由煤层底板向煤层顶板施工一个压裂钻孔和两个抽采钻孔,使两个抽采钻孔分别位于压裂钻孔两侧并均位于压裂影响区域内;

准备水力压裂液作业是分别准备第一组分和第二组分;

准备第一组分是:将1-25质量份的过硫酸盐溶解于100质量份的清水中并储存在第一组分供液箱中;

准备第二组分是:将过渡金属盐与芳香类羧酸相混合,所得混合物置于惰性气氛下高温煅烧,制得含过渡金属离子的多孔炭;将含过渡金属离子的多孔炭置于清水中并储存在第二组分供液箱中;开启超声波振板上的超声波发生器,使含过渡金属离子的多孔炭均匀分散于第二组分供液箱中的清水中;

第二子步骤是进行布置压裂设备和布置抽采设备,布置压裂设备和布置抽采设备不分先后顺序;预先在压裂管位于压裂钻孔外的部分安装压力表和排放管,并在排放管上安装排放阀;预先在抽采总管上安装抽采总阀门,并在各抽采管上安装抽采分阀门;

布置压裂设备是:将压裂管伸入压裂钻孔中,使压裂管的端部伸至煤层顶板处;使压裂管位于压裂钻孔外的一端与混合容器的出口相连接;

连接第一组分供液装置各部件,将第一组分供液管与混合容器的第一进口相连接;

连接第二组分供液装置各部件,将第二组分供液管与混合容器的第二进口相连接;

布置抽采设备是:将抽采管伸入抽采钻孔中,使抽采管的端部伸至煤层顶板处;使压裂管位于压裂钻孔外的一端与抽采总管相连接,将抽采总管与瓦斯抽采装置相连接;

第二步骤是封孔步骤,使用封孔器对压裂钻孔的孔口和抽采钻孔的孔口进行密封,然后进入第三步骤;

第三步骤是水力压裂步骤;

关闭排放阀,打开第一组分供液阀、第二组分供液阀第一组分供液泵和第二组分供液泵,将第一组分和第二组分同时加压后送入压裂钻孔中并对煤层进行压裂增透;第一组分供液泵和第二组分供液泵启动后5分钟内观察压力表的示数,此时压裂管内的压力值为初始压力值,初始压力值大于等于25MPa并小于等于30MPa;持续观察压力表的示数,当压裂管内的压力值跌落至15±3MPa且连续5分钟小于等于18MPa时,关闭第一组分供液泵、第二组分供液泵、第一组分供液阀和第二组分供液阀,打开排放阀释放压裂管内的压力,当压力表的示数恢复常压时关闭排放阀,结束第三步骤,开始进行第四步骤;

第四步骤是瓦斯抽采步骤;瓦斯抽采步骤是:打开抽采总阀门和各抽采分阀门,启动瓦斯抽采装置,将瓦斯抽采孔处的瓦斯抽出并储存;

通过瓦斯抽采装置观察单位时间内的瓦斯抽采量,当单位时间内的瓦斯抽采量小于等于10升/分钟时,停止进行第四步骤。

9.根据权利要求8所述的瓦斯抽采方法,其特征在于:准备第一组分中,过硫酸盐采用过硫酸铵;

准备第二组分中,含过渡金属离子的多孔炭采用含铜离子的多孔炭,利用球磨机将硫酸铜与间苯三甲酸按照质量比6:4混合,将所得混合物置于氮气氛围下600 ℃煅烧,制得含铜离子的多孔炭。

10.根据权利要求9所述的瓦斯抽采方法,其特征在于:第一组分采用质量浓度为5%-10%的过硫酸铵水溶液;第二组分采用含铜离子的多孔炭与水的混合液,第二组分中多孔炭的质量浓度为6%。

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