[發(fā)明專利]一種強(qiáng)化松軟煤層水力裂縫導(dǎo)流能力的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610368863.3
• 申請(qǐng)日: 2016-05-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105927199B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋晨鵬;陳宇龍;盧義玉;張璇;葛兆龍;湯積仁;賈云中
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶交通大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B43/26
• 分類號(hào): E21B43/26;E21B43/22;C12N1/20;C12R1/01
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于煤礦井下水力壓裂領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)化松軟煤層水力裂縫導(dǎo)流能力的方法。

背景技術(shù)

水力壓裂能夠促使煤層原生裂隙的延伸和貫通，為煤層氣運(yùn)移提供通道，可有效提高煤層氣產(chǎn)量。水力壓裂法是煤層氣地面開(kāi)發(fā)中應(yīng)用最為廣泛的儲(chǔ)層改造技術(shù)，也是近幾年我國(guó)煤礦區(qū)煤層氣井下抽采中一種快速發(fā)展的增滲、增產(chǎn)方法。對(duì)于結(jié)構(gòu)較為單一、力學(xué)強(qiáng)度較高、裂縫導(dǎo)流能力較好的中硬及硬煤煤層，水力壓裂技術(shù)有較好的抽采效果，但是對(duì)于松軟煤層，由于煤質(zhì)松散、煤體顆粒小(粒徑小于1mm)、力學(xué)強(qiáng)度低，造成裂縫閉合壓力低、速度快、滲流能力差，使得煤層滲透率得不到根本性提高。即使采用支撐劑對(duì)壓裂裂縫進(jìn)行支撐，煤體顆粒也極易聚集嵌入支撐劑縫隙，阻塞煤層氣運(yùn)移通道，同時(shí)受井下巷道尺寸限制，在煤礦區(qū)井下壓裂施工中，也無(wú)法采用加砂設(shè)備。因此，松軟煤層煤層氣高效抽采一直未能得到有效解決。

公開(kāi)號(hào)為CN102116168A的專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種適用于低滲透、松軟煤層抽采瓦斯的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)既能夠用于鉆孔，彌補(bǔ)松軟煤層塌孔不便改造的難題，又能在鉆孔后及時(shí)對(duì)煤體加壓造穴后進(jìn)行瓦斯抽采。該發(fā)明將鉆孔和加壓造穴一體化，通過(guò)造穴改善透氣性，一定程度上防止了煤孔坍塌無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行儲(chǔ)層改造的問(wèn)題，但是該方法對(duì)設(shè)備要求高，對(duì)瓦斯抽采率的提高不明顯。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的主要是針對(duì)松軟煤層煤質(zhì)松散、煤體力學(xué)強(qiáng)度低，導(dǎo)致水力壓裂技術(shù)對(duì)松軟煤層煤層氣抽采效果差的問(wèn)題，提供一種強(qiáng)化松軟煤層水力裂縫導(dǎo)流能力的方法。

本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種強(qiáng)化松軟煤層水力裂縫導(dǎo)流能力的方法，包括以下步驟：

(1)將增殖培養(yǎng)所得的微生物培養(yǎng)液通過(guò)壓裂孔注入目標(biāo)儲(chǔ)層，然后向目標(biāo)儲(chǔ)層注入固定液，再間歇性注入膠凝液，所述間歇性注入膠凝液至少包括一次膠凝液的注入過(guò)程和每次膠凝液注入完成后的間歇過(guò)程，所述微生物為巴氏生孢八疊球菌；

(2)間歇性注入膠凝液完成后，按照井下水力壓裂工序組織后續(xù)生產(chǎn)。

本發(fā)明將增殖培養(yǎng)后的巴氏生孢八疊球菌(Sporosarcina pasteurii)及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)注入目標(biāo)儲(chǔ)層，并提供充分活化、生存和繁殖的條件，加速微生物的酶化作用。巴氏生孢八疊球菌通過(guò)自身的酶化作用，將代謝產(chǎn)生的高活性脲酶，作用于尿素的水解反應(yīng)，使其分解生成CO₃^2-，同時(shí)細(xì)胞壁表面的負(fù)電荷不斷吸附周圍溶液中的Ca²⁺，并與CO₃^2-結(jié)合生成碳酸鈣結(jié)晶，從而在細(xì)胞膜表面析出以細(xì)胞為晶核的碳酸鈣晶體。隨著結(jié)晶體的不斷生長(zhǎng)，細(xì)胞難以攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而死亡，最終結(jié)晶體停止生長(zhǎng)，根據(jù)巴氏生孢八疊球菌在儲(chǔ)層所處的位置不同，碳酸鈣結(jié)晶的作用可分為對(duì)裂縫周圍煤體的誘導(dǎo)黏合作用和對(duì)裂縫縫面的表面覆膜作用。

本發(fā)明通過(guò)微生物的作用，在水力裂縫面及周圍煤體內(nèi)生成具有膠凝性質(zhì)的碳酸鈣結(jié)晶，從而改造松軟煤層氣儲(chǔ)層水力裂縫的力學(xué)強(qiáng)度和滲流能力。一方面，在水力裂縫面形成的碳酸鈣結(jié)晶，對(duì)裂縫可以起到類似于支撐劑的支撐作用；另一方面，由于微生物自身能夠通過(guò)復(fù)制，在煤層孔隙內(nèi)大量繁殖，并且具有運(yùn)動(dòng)的特性，可以在水力裂縫周圍煤體內(nèi)生成碳酸鈣結(jié)晶，將松散結(jié)構(gòu)的煤體顆粒粘結(jié)，提高煤體力學(xué)強(qiáng)度，減緩裂縫閉合速率，同時(shí)減少煤粉對(duì)水力裂縫的堵塞。此外，由于微生物具備的微觀膠結(jié)結(jié)構(gòu)特性，其誘導(dǎo)出的膠結(jié)物質(zhì)優(yōu)先沉積在煤體顆粒接觸點(diǎn)邊角部分，不會(huì)占據(jù)大孔隙通道，因此，可以通過(guò)控制培養(yǎng)條件，調(diào)節(jié)碳酸鈣沉淀的沉淀速率、產(chǎn)量和結(jié)晶形態(tài)，以保證煤體的滲透系數(shù)不發(fā)生較大改變。

作為優(yōu)選，步驟(1)所述增殖培養(yǎng)采用的培養(yǎng)基，其組分及濃度分別為：蛋白胨4.5～5.5g/L，肉浸膏2.5～3.5g/L，尿素18～22g/L，MnSO₄·H₂O 8～12mg/L，其中溶劑為水。配制好的增殖培養(yǎng)基可以在120～125℃高溫蒸汽滅菌20min后，放入無(wú)菌操作臺(tái)冷卻待用。

作為優(yōu)選，步驟(1)所述的固定液為CaCl₂溶液，其濃度為0.04～0.06mol/L。

作為優(yōu)選，步驟(1)所述的膠凝液為CaCl₂和尿素的混合液，混合液濃度為0.5～1.0mol/L，其中CaCl₂和尿素的濃度比為1:1。經(jīng)適宜濃度的膠凝液固化后，煤體強(qiáng)度更高，滲透率變化更平緩、更均勻，固定液和膠凝液以低濃度為宜。