[發明專利]一種聲場與水力壓裂復合技術提高煤層瓦斯抽采系統及方法

在審

• 申請號: 201910023573.9
• 申請日: 2019-01-10
• 公開（公告）號: CN109707435A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 王蘇健;姜永東;宋超;王鵬;黃克軍;黃欣;康智鵬;宋曉;牟俊慧;周軍平;劉浩;李棟;周鳳
• 申請（專利權）人: 陜西煤業化工技術研究院有限責任公司;重慶大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/26
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明屬于煤層瓦斯高效開采技術領域，涉及一種聲場與水力壓裂復合技術提高煤層瓦斯抽采系統及方法，包括聲場系統、水力壓裂系統以及瓦斯抽采管路系統；其中瓦斯抽采管路系統包括煤層瓦斯抽采鉆場、鉆孔和瓦斯管；所述聲場系統包括超聲波發生器以及與其相連的換能器，所述換能器放置于煤層鉆孔內；所述水力壓裂系統包括壓裂泵以及水箱，所述壓裂泵的進水端與所述水箱相連，所述壓裂泵的出水端與抽采鉆孔相連；本發明利用了聲場、水力壓裂各自的優點強化煤層瓦斯抽采，具有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于煤層瓦斯高效開采技術領域，涉及一種聲場與水力壓裂復合技術提高煤層瓦斯抽采系統及方法。

背景技術

煤層氣是我國戰略性接替的新能源，在埋深2000m以淺儲量約36.8萬億立方米，它是一筆可支配的較潔凈的能礦資源和化工原料，其次煤層氣是煤礦重大瓦斯事故的有害源。據統計，瓦斯災害事故約占煤礦重大災害事故的70％。同時，其主要組分CH₄是一種比CO₂高21倍的強溫室效應氣體。所以從資源的利用、安全生產和保護環境角度來看，開發煤層氣勢在必行。

我國煤礦95％以上為井工開采，國有重點煤礦70％以上是高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井，且80％煤礦是低透氣性煤層。煤層氣賦存特點為：一是煤層氣含量高(10～30m³/t)，吸附態占90％，煤層氣難解吸，二是煤層滲透率極低(透氣性系數10^-5～10^-3mD)，煤層氣難抽采，抽采時間長，三是瓦斯壓力大(3～12MPa)，瓦斯治理困難，四是抽采效率低。當前國內外高效抽采煤層氣主要有松動爆破、水力壓裂、水力割縫、注氣、水平井技術、物理場激勵等。

目前采用的煤層增滲技術具有一定的適用條件，還需探索新的技術實現煤層瓦斯的高效開發。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種聲場與水力壓裂復合技術提高煤層瓦斯抽采系統及方法，能夠結合聲場激勵和水力壓裂兩種抽采形式的優勢，充分發揮在抽采過程中的聲場效應，強化煤層瓦斯的高效抽采。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種聲場與水力壓裂復合技術提高煤層瓦斯抽采系統，包括聲場系統、水力壓裂系統以及瓦斯抽采管路系統；其中瓦斯抽采管路系統包括煤層瓦斯抽采鉆場、鉆孔和瓦斯管；所述聲場系統包括超聲波發生器以及與其相連的換能器，所述換能器放置于煤層鉆孔內；所述水力壓裂系統包括壓裂泵以及水箱，所述壓裂泵的進水端與所述水箱相連，所述壓裂泵的出水端與抽采鉆孔相連。

可選地，還包括用于整合聲場系統以及水力壓裂系統能量的聲震孔，所述聲震孔在煤層內鉆孔設置，在回采工作面機巷或回風巷向煤層中鉆孔，所述換能器放置在聲震孔的孔底；所述壓裂泵的出水端與聲震孔連接。

可選地，所述聲震孔的入口端密封，密封長度為4～6m。

可選地，所述聲震孔可放置若干個換能器。

可選地，所述超聲波發生器設有多臺，且其輸出功率均獨立調節。

可選地，所述換能器的頻率為15～30kHz，單臺超聲波發生器最大功率為3kw，總功率9kw。

可選地，所述抽采孔的直徑為75～120mm，封孔長度3～5m。

一種聲場與水力壓裂復合技術提高煤層瓦斯抽采方法，利用超聲波的空化效應、振動效應、熱效應促進瓦斯解吸、擴散、流動；同時利用水力壓裂致煤層形成主裂縫和大量微裂縫網絡促進瓦斯滲流。

可選地，該抽采方法包括以下步驟，使用礦用鉆機鉆取抽采孔、聲震孔；在聲震孔中放入換能器，在煤層機巷放置超聲波發生器，換能器導線與超聲波發生器連接；在煤層機巷中安裝水箱和壓裂泵，壓裂泵的出水端高壓管放入聲震孔中；密封抽采孔、聲震孔；對煤層實施水力壓裂致裂煤層；在水力壓裂保壓和卸壓后實施聲場激勵煤層瓦斯。