[發明專利]水力壓裂液、瓦斯抽采系統及瓦斯抽采方法

有效

• 申請號: 201910621623.3
• 申請日: 2019-07-10
• 公開（公告）號: CN110259427B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發明（設計）人: 楊娟;戴俊;魏建平
• 申請（專利權）人: 河南理工大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21F7/00;C09K8/68
• 代理公司: 鄭州豫開專利代理事務所(普通合伙) 41131
• 代理人: 王金

本發明公開了一種水力壓裂液，用于煤層壓裂增透，包括第一組分和第二組分，第一組分為過硫酸鹽的水溶液，第二組分為含過渡金屬離子的多孔炭與水的混合液。本發明還公開了使用上述的瓦斯抽采系統以及相應的瓦斯抽采方法。采用本發明的技術方案，在對煤體進行水力壓裂的同時，利用水力壓裂液與煤中不同分子量的有機物在較寬的溫度范圍內持續進行氧化、原位改性反應，進而將低分子量的有機物部分溶解，疏通煤儲層裂隙及孔隙，也降低煤層吸附甲烷能力，從而促進煤層吸附的瓦斯向游離瓦斯轉換，與以往單純的水力壓裂相比大幅提高煤體增透效果。

技術領域

本發明涉及采煤技術領域，尤其涉及煤儲層增透及瓦斯抽采技術。

背景技術

煤礦瓦斯既是煤礦災害的罪魁禍首，也是一種不可再生的清潔能源，煤與瓦斯共采是實現瓦斯突出防治與資源利用的根本技術。

我國煤層普遍具有瓦斯含量大、吸附性強以及滲透率低等特點，煤層氣大部分以吸附態儲存于煤基質孔隙的內表面，只有少量煤層氣游離于割理和裂隙中。而對瓦斯抽采則主要采用鉆孔抽采，抽采效率主要取決于煤體的透氣性，因此，對煤儲層進行增透，增大煤體的透氣性成為實現煤與瓦斯共采的有效途徑。

隨著礦井深度的不斷加大，煤體透氣性對瓦斯抽采的制約越來越嚴重，高效的煤儲層增透技術已成為煤礦安全生產和煤層氣抽采的必備技術。為增加煤儲層滲透性，眾多學者開展了諸如水力壓裂、高壓氣體致裂、微波致裂、化學增透等研究，但現有的水力壓裂、高壓氣體以及微波致裂等物理增透技術主要應用于較硬煤質和透氣性較好的煤層增透，現有的化學作用增透存在增透效率低、環境污染大、增透劑穩定性差以及毒性大等問題。

基于以上原因，有必要開發一種高效、安全、穩定的化學增透方法，以提高煤體透氣性，同時有利于瓦斯抽采。

發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠提高瓦斯抽采效率的水力壓裂液。

為實現上述目的，本發明的水力壓裂液用于煤層壓裂增透，包括第一組分和第二組分，第一組分為過硫酸鹽的水溶液，第二組分為含過渡金屬離子的多孔炭與水的混合液，第一組分和第二組分的體積份數為：第一組分0.9－1.1份，第二組分0.9－1.1份。

第一組分和第二組分的體積份數為：第一組分1份，第二組分1份。

第一組分中的過硫酸鹽為過硫酸銨和/或過硫酸鈉和/或過硫酸鈣和/或過硫酸鉀，第一組分中過硫酸鹽與水的質量份數為：過硫酸鹽1－25份，水100份。

第二組分中含過渡金屬離子的多孔炭按以下方法制備：

利用球磨機將過渡金屬鹽與芳香類羧酸相混合，所得混合物置于惰性氣氛下高溫煅燒，即可制得含過渡金屬離子的多孔炭；

過渡金屬鹽為硝酸鎳和/或氯化錳和/或硝酸鈷和/或硫酸銅和/或硝酸鋅，芳香類羧酸為間苯三甲酸和/或對苯二甲酸及其衍生物和/或對羥基苯甲酸和/或對氨基苯甲酸，惰性氣氛為氮氣或氬氣氛圍，煅燒溫度為500~1000?℃；過渡金屬鹽與芳香類羧酸的質量份數為：過渡金屬鹽0.8－1.2份，芳香類羧酸0.8－1.2份；

第二組分中含過渡金屬離子的多孔炭與水的質量份數為：含過渡金屬離子的多孔炭小于等于25份，水100份。

本發明還公開了使用上述水力壓裂液的瓦斯抽采系統，包括在煤層頂板與煤層底板之間設置的壓裂鉆孔和抽采鉆孔，壓裂鉆孔在煤層中具有壓裂影響區域，一個壓裂鉆孔左右兩側的壓裂影響區域內分別設有所述抽采鉆孔；

壓裂鉆孔中插設有壓裂管，各抽采鉆孔中分別插設有抽采管，壓裂鉆孔中的壓裂管上設有用于流入液體的開口，抽采鉆孔中的抽采管上設有用于流出氣體的開口；壓裂管向下伸出煤層底板并連接有混合容器，混合容器具有第一進口、第二進口和一個出口，混合容器的出口與壓裂管相連接，混合容器的第一進口與第一組分供液裝置相連接，混合容器的第二進口與第二組分供液裝置相連接；