[發明專利]煤層液態CO2

有效

• 申請號: 201810495215.3
• 申請日: 2018-05-22
• 公開（公告）號: CN108710762B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發明（設計）人: 白鑫;張東明;尹光志;王浩;李樹建;李銘輝;何慶兵;楚亞培;葉辰;楊邦友
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;E21B43/16;E21B43/26;G06F119/14
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙) 50211
• 代理人: 郭云

本發明公開了一種煤層液態CO₂相變定向射孔致裂優勢方向判斷方法，包括以下步驟：(一)推算出孔壁破裂壓力P與鉆孔方位角α、傾角β和射孔角θ之間的理論對應關系；(二)應用地三維地應力參數測試；(三)巖石泊松比及孔壁抗拉強度參數測試；(四)計算不同鉆孔方位角、傾角、射孔角條件下孔壁破裂壓力值；(五)不同鉆孔方位角、傾角條件下最小孔壁破裂壓力確定；(六)繪制不同鉆孔方位角、傾角條件下最小孔壁破裂壓力分布云圖及關系曲線圖；(七)分析確定液態CO₂相變定向射孔致裂優勢方向。本發明可以為液態CO₂相變致裂增透技術應用過程中優化鉆孔布置方式提供理論支持，有效增加煤層液態CO₂相變定向射孔致裂影響半徑，減少鉆孔工程量，提高施工效率。

技術領域

本發明屬于煤礦鉆孔致裂施工技術領域，具體涉及一種煤層液態CO₂相變定向射孔致裂優勢方向判斷方法。

背景技術

礦井瓦斯是影響我國煤礦安全生產的主要因素，在我國煤礦事故導致死亡人員中，瓦斯事故所占比重較大，重特大事故尤其突出。同時，煤層氣又是一種潛在的潔凈的能源，在當前能源緊張的局勢下，加快煤層氣開發利用，對改善我國能源結構、能源的充分利用和減少環境污染等具有重要的現實意義。研究表明：我國50％以上的煤層為高瓦斯煤層，埋深2000m以淺煤層氣地質資源量約36.81萬億立方米，居世界第三位，瓦斯儲量相對豐富，因此有效開采和利用煤層瓦斯對保障我國能源安全和煤炭企業安全生產都具有重要意義。

由于我國煤層氣賦存條件復雜，煤層滲透率一般在(0.1～0.001)×10^-3μm²范圍內，比美國低2～3個數量級，造成我國煤層瓦斯含量高、煤礦安全生產形勢嚴峻。”由于我國煤層地質條件差，煤層滲透率低，造成礦井瓦斯抽采率低，瓦斯抽采效率低，因此需要對煤層進行人工強化增透，相關學者提出了采用水力壓裂、深孔預裂增透等措施取得了一定的效果，但在應用過程中還存在種種不足。

經過實驗室試驗及現場研究，發明者提出了“液態二氧化碳定向爆破致裂裝置(ZL201610634343.2)”“CO₂定向爆破起裂與水力壓裂耦合增透的瓦斯抽采方法(ZL201610632790.4)”等，經過后期實踐，我們發現該技術在實際應用過程中，由于地應力的影響，不同方位角、傾角的鉆孔，具有不同的起裂壓力，而起裂壓力的大小對二氧化碳相變致裂過程中裂隙發展具有重要影響。因此，如何獲得在三維地應力作用下煤巖體液態CO₂相變定向射孔致裂的優勢起裂方向，以指導現場鉆孔施工是一項亟待解決的技術難題。

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種煤層液態CO₂相變定向射孔致裂優勢方向判斷方法，以得到煤層液態CO₂相變定向射孔致裂優勢方向，減少鉆孔施工工程量，提高射孔致裂效率。

本發明技術方案如下：

一種煤層液態CO₂相變定向射孔致裂優勢方向判斷方法，包括以下主要步驟：

(一)推算出孔壁破裂壓力P與鉆孔方位角α、傾角β和射孔角θ之間的理論對應關系，

具體為，采用彈性力學理論建立地應力作用下射孔致裂孔壁破裂壓力計算模型，采用式(1)，將三維地應力換算到鉆孔笛卡爾坐標系，

式中：σ_H、σ_h、σ_v分別為鉆孔笛卡爾坐標系X,Y,Z方向的應力分量，單位為MPa；τ_xy、τ_xz、τ_yz為剪應力分量，單位為MPa；σ₁、σ₂、σ₃分別為最大、中間、最小主應力，單位為MPa；α、β分別為鉆孔方位角及傾角，單位為°，