[發(fā)明專利]基于電脈沖激發(fā)超臨界CO2

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• 申請日: 2020-06-28
• 公開（公告）號: CN111608631A
• 公開（公告）日: 2020-09-01
• 發(fā)明（設計）人: 王海東;陳學習;程志恒;楊濤;秦洪巖;李雪冰;張鳳巖
• 申請（專利權）人: 華北科技學院
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21C37/14;E21F7/00
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標代理有限公司 21209
• 代理人: 王東煜

一種基于電脈沖激發(fā)超臨界CO2壓裂煤層的裝置及應用方法，包括煤礦井下超臨界CO₂發(fā)生裝置和高壓電脈沖發(fā)生裝置。煤礦井下超臨界CO₂發(fā)生裝置的液態(tài)二氧化碳槽車和空壓機分別通過管路與液態(tài)二氧化碳加注裝置連接。高壓電脈沖發(fā)生裝置的加注頭以螺紋連接在超臨界二氧化碳生成筒體的后端，超臨界二氧化碳生成筒體前端穿過水力封隔器的中心孔，電極裝設在超臨界二氧化碳生成筒體內(nèi)。高壓電脈沖儀通過導線穿過加注頭與電極連接；加注頭通過管路與液態(tài)二氧化碳加注裝置的出液口連接。本發(fā)明通過電容器蓄電后釋放高壓電脈沖激發(fā)液態(tài)二氧化碳為超臨界態(tài)，比水力壓裂壓力更大，具備更好壓裂增透效果。

技術領域

本發(fā)明涉及煤礦安全技術領域，特別是涉及一種基于電脈沖激發(fā)超臨界CO2壓裂煤儲層的置及其應用方法。

背景技術

煤與瓦斯突出礦井占我國瓦斯礦井總數(shù)的44%，國有重點煤礦中該比例高達72%，且大部分礦井煤層均為低透氣性煤層，其滲透率一般在0.1×10^-3～1.0×10^-3mD，即便是水城、豐城、霍崗、開灤、柳林等滲透率較好的礦區(qū)也僅為0.1～1.8mD，與國外相同埋深煤層相比，其滲透率還低2～3個數(shù)量級，這一特點也自然決定了我國煤礦采用傳統(tǒng)直接抽采瓦斯方法開展瓦斯安全治理的難度很大。在眾多的突出防治手段中，保護層開采無疑是區(qū)域性防突最有效的技術手段，對于不存在保護層的單一低透氣性煤層，必須借助人工致裂卸壓增透方法來提高本煤層的透氣性，主要采用水力措施及爆破措施，水力措施主要采用射流割縫、水力壓裂等技術方法，爆破措施主要有深孔爆破、液態(tài)CO₂氣爆致裂等技術。

傳統(tǒng)水力壓裂增透技術是目前比較常用的一種增透技術,它的基本原理是通過在欲抽采的非常規(guī)天然氣儲層中注入由高壓水泵提供的高壓水,在水壓的作用下將儲層巖體破裂形成貫通的裂縫,然后將混入石英砂或其他支撐劑及凝膠的壓裂液壓入儲層裂隙中,壓裂液中細小而堅硬的支撐劑顆粒在卸壓后可以繼續(xù)支撐住裂隙,進而提儲層的滲透性。但該技術的水壓加載速度慢、壓力上升時間長、峰值壓力低,只能形成一條垂直于最小主應力方向的裂紋,而且裂紋僅沿原生弱面擴展,不能生成垂直于層面的裂紋,使裂紋不易相互聯(lián)通,試驗及模擬證實該技術在儲層中產(chǎn)生的裂縫數(shù)量很少,不能顯著增加儲層的透氣性,同時,由于非常規(guī)天然氣在儲層中大部分是以吸附的狀態(tài)存在的,傳統(tǒng)水壓致裂技術對于吸附氣體的影響甚微,因此對于提高非常規(guī)天然氣的抽采效果也非常有限。

液態(tài)二氧化碳氣爆壓裂技術就是指將高壓氣體致裂低滲透煤層增透技術的現(xiàn)場應用主要是以液態(tài)CO₂相變氣爆壓裂煤層增透技術為主，在國內(nèi)多個高突礦井低滲透煤層進行現(xiàn)場試驗并取得了良好的應用效果。該技術為物理爆破，爆破過程本質(zhì)安全。但在應用過程中發(fā)現(xiàn)該技術存在致裂壓力作用時間短、影響半徑小、技術工藝復雜、設備現(xiàn)場操作不方便、由于受設備連接電阻及井下環(huán)境影響存在拒爆等缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述問題，提供一種基于電脈沖激發(fā)超臨界CO2壓裂煤層的裝置及應用方法，該裝置可產(chǎn)生超臨界CO₂連續(xù)壓裂低滲透煤體達到增透的目的。

一種基于電脈沖激發(fā)超臨界CO2壓裂煤層的裝置，包括煤礦井下超臨界CO₂發(fā)生裝置和高壓電脈沖發(fā)生裝置。

所述的煤礦井下超臨界CO₂發(fā)生裝置，包括空壓機、液態(tài)二氧化碳槽車、液態(tài)二氧化碳加注裝置、第一電磁閥和第二電磁閥，其要點是所述的液態(tài)二氧化碳槽車的出液口上裝設有第一電磁閥，第一電磁閥的出口通過管路與液態(tài)二氧化碳加注裝置的進液口連接。所述的空壓機的出氣管上裝設有第二電磁閥，第二電磁閥的出氣口通過管路與二氧化碳加注裝置的加注頭的進氣口連接。第一電磁閥通過導線與電控箱的對應接口連接。