[發明專利]基于超臨界CO 2

在審

• 申請號: 202111366900.4
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114635677A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 王海東;管永明;張鳳巖;楊濤;楊宏偉;陳亮
• 申請（專利權）人: 華北科技學院(中國煤礦安全技術培訓中心)
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B33/10;E21B43/16;E21B43/295
• 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

本發明公開了一種基于超臨界CO2原位氣化壓裂煤層增滲裝置及技術方法，具體涉及煤礦安全技術領域，包括煤層頂板、煤層、煤層底板、加注轉換器、封孔裝置、催化加熱藥劑、煤層壓裂鉆孔、出液管路、回氣管路、放空管路、電動閥門一、電動閥門二、壓力表、電纜、起爆器、平板車、防爆電機、柱塞式加壓泵、液態CO2儲存罐、遠程控制開關、開關、高壓水泵。本發明提供一種超臨界CO2孔內原位氣化壓裂增透技術主要是通過本煤層或穿層鉆孔注入壓力為30MPa壓力下液態CO2，在煤層孔內通過催化劑瞬時加熱氣化液態CO2膨脹做功，達到高壓致裂煤體產生裂縫效果，然后繼續加注高壓液態CO2達到煤體增滲的效果。

技術領域

本發明涉及煤礦安全技術領域，更具體地說，本發明涉及一種基于超臨界CO2原位氣化壓裂煤層增滲裝置及技術方法。

背景技術

煤炭開采過程中，煤層氣（瓦斯）將通過排風系統（乏風）排出，將瓦斯排出，通常乏風中的甲烷濃度低于0.75%，乏風甲烷是國內煤礦瓦斯主要排放方式，據相關統計，中國的乏風排放量超過150億m3/年，等同于西氣東輸的一年輸氣總量，溫室氣體效應相當于排放2億噸CO2，降低煤礦乏風瓦斯濃度，減少乏風排放中瓦斯濃度造成的資源浪費以及生態環境污染的問題，對我國碳達峰、碳中和至關重要。

降低煤礦乏風瓦斯的主要手段是降低煤層瓦斯含量，目前國家相關規范已經對煤層預抽瓦斯率做出了明確規定，如AQ1026中規定高瓦斯礦井預抽本煤層瓦斯率不小于30%，但這還遠遠達不到減排的需求，在提高煤層瓦斯抽采率方面主要是采用采前預抽及生產期間的采空區抽采，其中采取預抽是最重要的環節；在對高瓦斯煤層進行瓦斯預抽時，未卸壓煤層瓦斯抽采效果的好壞主要取決于煤層滲透性，解決低透氣性煤層的瓦斯抽采已成為確保煤礦安全生產的關鍵環節；幾十年來，國內外針對低透氣性煤層研究出了許多提高其滲透性的方法，主要有：高（中）壓注水法、水力壓裂法、水力沖割法、大直徑鉆孔卸壓法、控制爆破法、惰性氣體置換法、順煤層定向長鉆孔、網孔布置法、泡沫壓裂法及酸性處理法等；上述方法在我國煤礦瓦斯治理中取得了一定的效果，但綜合來看由于生產條件、施工技術、安全條件、生產成本等因素的影響，至今未能形成有效的低透氣性煤層瓦斯抽采技術；因此，深入研究高應力低透氣性煤層增透技術，成為一項既艱難又迫切的任務。

超臨界CO2原位氣化壓裂煤層增透技術是基于以往煤礦在應用液態CO2相變氣爆致裂煤層增透過程中發現該技術應用過程中存在致裂壓力作用煤壁時間短、增透影響半徑小、設備電阻值受煤層鉆孔內環境影響不穩定及井下環境影響存在拒爆的缺點；通過起爆器激發點火藥頭的引燃方式在煤礦井下運輸過程中存在閃爆的可能等缺點提出的。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種超臨界CO2孔內原位氣化壓裂增透技術主要是通過本煤層或穿層鉆孔注入壓力為30MPa壓力下液態CO2，在煤層孔內通過催化劑瞬時加熱氣化液態CO2膨脹做功，達到高壓致裂煤體產生裂縫效果，然后繼續加注高壓液態CO2達到煤體增滲的效果。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：一種基于超臨界CO2原位氣化壓裂煤層增滲裝置及技術方法，包括包括煤層頂板、煤層、煤層底板、加注轉換器、封孔裝置、催化加熱藥劑、煤層壓裂鉆孔、出液管路、回氣管路、放空管路、電動閥門一、電動閥門二、壓力表、電纜、起爆器、平板車、防爆電機、柱塞式加壓泵、液態CO2儲存罐、遠程控制開關、開關、高壓水泵。

一種基于超臨界CO2原位氣化壓裂煤層增滲方法，包括以下步驟：

步驟1：在煤礦采掘工作面通過鉆機施工一長度為50m-100m的煤層壓裂鉆孔，煤層壓裂鉆孔直徑為?94～133mm；

步驟2：通過開關通過電后打開高壓水泵向封孔裝置注入高壓水，當壓力表顯示壓力為20MPa后停止注水，完成對煤層壓裂鉆孔的封孔；封孔后通過柱塞式加壓泵將液態CO2儲存罐內的液態CO2注入煤層壓裂鉆孔內，常溫下注入壓力為30MPa，直到煤層壓裂鉆孔注滿且壓力表的顯示數值為30MPa時，加注停止；