[發(fā)明專利]一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410211611.0
• 申請(qǐng)日: 2014-05-17
• 公開（公告）號(hào): CN104007021A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王維德;成云海;田厚強(qiáng);馬衍坤;吳振虎;白金超;吳俊杰;胡兆鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/12
• 分類號(hào): G01N3/12
• 代理公司: 合肥順超知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 周發(fā)軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法。

背景技術(shù)

水力致裂技術(shù)最早應(yīng)用在石油工程來提高貧油井的產(chǎn)量，逐漸成為測(cè)定深部地層原地應(yīng)力的最可靠方法之一。在地?zé)豳Y源的開發(fā)、核廢料的儲(chǔ)存等領(lǐng)域也得到了重要應(yīng)用。因此，水力壓裂技術(shù)具有重要工業(yè)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。

水力壓裂技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型的增強(qiáng)煤體透氣性技術(shù)，通過打鉆形成鉆孔后，向鉆孔內(nèi)注入高強(qiáng)壓力水。使煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，在高壓水力作用下，最終使煤體深部原生裂隙擴(kuò)張，空隙增大，從而提高煤層的透氣性，使游離態(tài)的瓦斯量增多，大大提高了瓦斯抽放效率，降低了煤層瓦斯突出性危險(xiǎn)；同時(shí)，水力壓裂改變了煤體的裂隙結(jié)構(gòu),降低了煤巖的彈性和儲(chǔ)蓄能量的能力,從而有效防止了沖擊地壓的發(fā)生。

隨著開采深度的不斷的延伸,煤層瓦斯含量、瓦斯壓力在不斷的增大,沖擊地壓也越加危險(xiǎn)，為防止在生產(chǎn)過程中突出、沖擊地壓事故的發(fā)生,實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn),對(duì)高壓注水壓裂消突技術(shù)進(jìn)行了研究；測(cè)取壓裂參數(shù),利用壓裂設(shè)備,對(duì)有突出、沖擊危險(xiǎn)性的實(shí)體煤進(jìn)行壓裂。經(jīng)實(shí)踐表明,水力壓裂技術(shù)可將煤巖體內(nèi)部微裂隙擴(kuò)展使其連同,將煤巖體內(nèi)的瓦斯?jié)撃芗皬椥阅艿玫揭欢康尼尫?使煤層的透氣性增加,降低了煤巖的彈性和儲(chǔ)蓄能量的能力，結(jié)合瓦斯抽放技術(shù)能夠有效地削減和消除煤巖體突出、沖擊地壓的危險(xiǎn)性。

由于煤層中的空隙、裂隙里充滿了氣體，煤層注水實(shí)際上是水替代氣的水驅(qū)氣的滲流過程，在常規(guī)的各種水力壓裂方法中，形成鉆孔后，通過輸水管向鉆孔內(nèi)注入高強(qiáng)壓力水，使煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，在高壓水力作用下，最終使煤體深部原生裂隙擴(kuò)張，空隙增大，改變了煤體的裂隙結(jié)構(gòu),降低了煤巖的彈性和儲(chǔ)蓄能量的能力,使煤巖體內(nèi)的瓦斯?jié)撃艿玫揭欢康尼尫牛瑥亩_(dá)到消除沖擊地壓危險(xiǎn)性、降低了煤層瓦斯突出性危險(xiǎn)的目的。

研究人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室水力壓裂實(shí)驗(yàn)，其方法不外是通過打鉆形成鉆孔后，向鉆孔內(nèi)注入高強(qiáng)壓力水，但以往的實(shí)驗(yàn)忽略了注液管中氣體對(duì)水力壓裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，由于實(shí)驗(yàn)中煤樣較小，管中氣體相對(duì)煤樣來說含量過多，壓裂實(shí)驗(yàn)開始后，管中氣體首先占據(jù)壓裂裂隙空間，使壓裂過程的前期為氣體壓裂，減少了壓裂過程中的用水量，而在現(xiàn)場(chǎng)工作時(shí)，管中的空氣完全可以忽略，如果按實(shí)驗(yàn)中用水比例進(jìn)行注水，達(dá)不到預(yù)期壓裂效果。

舉例分析：在實(shí)驗(yàn)中，自壓裂液注水閥至煤樣的管路大致長(zhǎng)度為900—1000mm，管路平均直徑約為10—12mm，總體積大約為110000mm³。

根據(jù)玻意耳定律：在定量定溫下，理想氣體的體積與氣體的壓強(qiáng)成反比。當(dāng)氣體體積被壓縮后其壓強(qiáng)會(huì)增加百倍，甚至更多，而標(biāo)準(zhǔn)大氣壓＝760mmHg＝76cmHg＝1.013×105Pa，約為0.1Mpa，所以實(shí)驗(yàn)中的管路中的氣體壓縮后氣體壓強(qiáng)可增加至10Mpa，甚至更多，高壓氣體使煤巖體內(nèi)部微裂隙擴(kuò)展，對(duì)煤體造成預(yù)破壞，在液體到達(dá)煤體內(nèi)部并對(duì)其進(jìn)行壓裂前使煤體內(nèi)部裂隙不斷拓展發(fā)育，嚴(yán)重影響水力壓裂實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述的不足，本發(fā)明提供了一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法，包括注水管、水泵、密封腔體，所述密封腔體上設(shè)有排氣閥；

包括以下步驟：

(1)在所述煤樣表面安裝信息采集裝置，所述注水管一端插入所述煤樣內(nèi)部，一端與所述水泵連接，將所述煤樣放入所述密封腔體中；

(2)清除所述注水管中的氣體；

(3)向所述密封腔體中注水，通過所述排氣閥排出氣體，關(guān)掉所述排氣閥，再向所述密封腔體中注水形成圍壓；

(4)對(duì)所述煤樣施加軸向壓力；

(5)通過所述注水管向所述煤樣內(nèi)部注水，直至所述煤樣破裂，通過所述信息采集裝置采集所述煤樣破裂信息。

優(yōu)選的，所述信息采集裝置包括聲發(fā)射傳感器、應(yīng)力應(yīng)變片。

優(yōu)選的，利用真空泵清除所述注水管中的氣體，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。

優(yōu)選的，在進(jìn)行步驟(5)時(shí)，保持所述密封腔體中的水壓穩(wěn)定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明清除注水管中的氣體后，使得水力壓裂實(shí)驗(yàn)過程不再受注水管中氣體的影響，完善了水力壓裂實(shí)驗(yàn)過程；采用真空泵對(duì)注水管路抽取空氣，防止氣體壓裂煤體，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，使其更具有研究?jī)r(jià)值，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工作有很高的指導(dǎo)意義。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明：