一種利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)污染煤層、無法徹底提高煤層透氣性及不能提高煤層瓦斯解吸-滲流等問題。該技術(shù)通過將高壓電脈沖和聲波兩種技術(shù)結(jié)合起來，通過產(chǎn)生沖擊波、機械振動等作用，使煤層產(chǎn)生新的裂隙，并擴展原有裂隙，從而增加煤層瓦斯運移通道。同時產(chǎn)生的高溫效應(yīng)、空化效應(yīng)等促進煤層瓦斯解吸，提高瓦斯的滲流能力。該方法分為地面抽放鉆井方法和順煤層抽放鉆孔方法兩種，實施過程如下：（1）起出鉆孔內(nèi)所有設(shè)備；（2）采用井規(guī)等通井，向鉆孔、鉆井中注水，將聲電復(fù)合作用器放置到指定位置，將煤層分為不同的區(qū)段，每個區(qū)段厚度為30cm；（3）作用器在煤層各個區(qū)段反復(fù)作用；（4）起出聲電復(fù)合作用器等設(shè)備；（5）對煤層鉆孔進行抽采。
【專利說明】一種利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法，可用于地面煤層瓦斯抽放鉆井和井下順煤層抽放鉆孔，屬于能源領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]我國是世界上煤炭產(chǎn)量最多、消耗量最大的國家，其在我國能源結(jié)構(gòu)比例中占據(jù)著重要的地位。目前，煤炭在我國一次能源消費生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)中的比重為76%和68.9%，未來20年煤炭占一次能源比重仍在50%以上。
[0003]在我國煤礦生產(chǎn)中，瓦斯已成為制約煤炭行業(yè)發(fā)展的重要因素。而且我國瓦斯礦井眾多，高瓦斯礦井和煤與瓦斯突出礦井約占礦井總數(shù)的45%左右，同時瓦斯引起的事故總數(shù)約占煤礦事故的30%-40%左右，在2012年煤礦事故共造成約1300人死亡，百萬噸死亡率為0.374，造成了嚴(yán)重的社會影響和經(jīng)濟損失。同時，煤層氣對大氣污染較嚴(yán)重，是造成溫室效應(yīng)、破壞大氣臭氧層的主要物質(zhì)，其溫室效應(yīng)是等體積二氧化碳的22倍左右，對臭氧層的破壞能力是二氧化碳的7倍。
[0004]瓦斯雖然是影響煤礦安全開采的重要原因，但同時也是一種清潔能源。據(jù)統(tǒng)計，我國埋深在2000m以淺的煤層氣資源達36萬億立方米，與常規(guī)天然氣資源相當(dāng)，能夠為我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整提供基礎(chǔ)。
[0005]在煤層中，煤層氣以游離和吸附兩種方式賦存于煤儲層中，其中吸附態(tài)約占90%以上，當(dāng)游離煤層氣壓強低于吸附煤層氣壓強時，吸附態(tài)可轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)。而我國煤層普遍屬于低滲透煤層，因此設(shè)法提高煤層透氣性、疏通煤層瓦斯運移通道，使游離態(tài)瓦斯排出，降低游離態(tài)煤層氣壓強，是提高煤層氣抽采的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
[0006]目前，我國煤層增透多采用壓裂的方法，同時也實驗了密集鉆孔、定向羽狀鉆井、大直徑長鉆孔抽放、水力沖孔、交叉鉆孔、卸壓區(qū)抽放、采空區(qū)抽放、酸化抽放和加熱抽放等多種方法，也提出施加外加場改善瓦斯在煤儲層中的運移條件。但由于我國煤層的條件具有較大差異，因此上述方法雖然具有一定的效果，但煤礦事故依然頻發(fā)。
[0007]該發(fā)明將高壓電脈沖技術(shù)和聲波增透技術(shù)結(jié)合起來，克服了傳統(tǒng)增透方法對煤層污染、煤層局部壓實等特點，同時其產(chǎn)生的熱效應(yīng)、空化效應(yīng)等促進煤層瓦斯解吸、抑制煤層瓦斯吸附。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種新型的、高壓電脈沖技術(shù)和超聲波相復(fù)合的煤層增透方法，克服傳統(tǒng)煤層增透方法的缺點，在不污染煤層的條件下，產(chǎn)生、擴展煤體新生裂隙和原有裂隙，同時該技術(shù)產(chǎn)生的其他效應(yīng)能夠提高煤層瓦斯的解吸-滲流能力、抑制煤層瓦斯的吸附能力，從而提高煤層瓦斯的抽放量。
[0009]該發(fā)明的技術(shù)方案是:利用水作為介質(zhì)，將電極與聲波探頭放置其中，通過儲能系統(tǒng)向電極和探頭提供能量，電極和探頭通過液電效應(yīng)、空化效應(yīng)等將電能轉(zhuǎn)化為機械能、熱能等，通過射孔炮眼等作用于煤體，同時為加強效果，可在同一位置重復(fù)作用，如此可在煤層中產(chǎn)生新的裂隙、擴展原有裂隙，且沖擊波的機械振動作用可解除煤層裂隙中的堵塞物、熱效應(yīng)能夠促進煤層瓦斯解吸、抑制瓦斯吸附，從而提高煤層透氣性，達到改造煤層、提高煤層瓦斯抽放的效果。
[0010]該技術(shù)實施步驟如下:(1)在地面或井下施工鉆井或順煤層鉆孔，完成后起出鉆孔內(nèi)所有設(shè)備，其中地面抽放深度為距煤層底板50-100cm，井下順煤層鉆孔長度與常規(guī)煤層抽放鉆孔長度相同；(2)采用相關(guān)設(shè)備貫通抽放鉆井或鉆孔，使聲電作用設(shè)備能夠順利達到指定位置；(3)向鉆孔中注入水等液體介質(zhì)，當(dāng)采用地面抽放鉆井時水平面的位置應(yīng)高于煤層頂板2-3m，順煤層鉆孔時水介質(zhì)位置為鉆孔長度，然后將聲電復(fù)合作用器放入鉆孔中；(4)將高壓電脈沖電極和聲波探頭復(fù)合器放入鉆孔中至煤層位置，若煤層較厚，將煤層分為不同的區(qū)段，每個區(qū)段厚度為30cm-50cm，當(dāng)為順煤層鉆孔時，作用區(qū)段可適當(dāng)調(diào)整，作用參數(shù)為20-50次；(6)作業(yè)完成后，起出聲電復(fù)合作用器等設(shè)備；(7)對煤層鉆孔進行抽采。
[0011]該技術(shù)的優(yōu)點主要有:(1)該技術(shù)以水作為作用介質(zhì)，不添加支撐劑、酸化劑等，不污染煤層；(2)在作業(yè)過程中，該技術(shù)不會在煤層中形成應(yīng)力集中區(qū)，保證了后續(xù)工作的進展；(3)該技術(shù)能量集中，其釋放的壓強等遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于煤層的抗壓強度，產(chǎn)生新的裂隙，提高瓦斯的滲流通道；(4)該技術(shù)形成的振動作用、空化作用等可剝離煤層裂隙、孔隙中堵塞物，起到解除煤層堵塞作用，提高煤層瓦斯的滲流能力；(5)該技術(shù)受地質(zhì)環(huán)境、作業(yè)環(huán)境影響較小，且所用時間短；(6)該技術(shù)對煤層進行區(qū)段處理，可根據(jù)煤層的性質(zhì)調(diào)整作用參數(shù)、頻率和時間。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為該發(fā)明使用的聲電作用復(fù)合裝備原理圖。
[0013]圖2為本發(fā)明對地面鉆井作業(yè)示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明對井下順煤層鉆孔作業(yè)示意圖。

【具體實施方式】
[0015]在該技術(shù)實施之前，應(yīng)充分考察實施煤層的地質(zhì)構(gòu)造情況、煤層物理力學(xué)性質(zhì)、歷史增采方法，同時調(diào)整高壓電脈沖參數(shù)和聲波探頭的作用參數(shù)以適應(yīng)煤層條件。
[0016]參照圖1，該發(fā)明使用的高功率聲電復(fù)合作用器主要由升壓單元、儲能單元、放電器和能量轉(zhuǎn)換器等，其中升壓單元由變壓器等組成，儲能單元由多個電容器并聯(lián)組成，放電器主要為電極和聲波探頭提供其所需的電能，能量轉(zhuǎn)換器主要有電極和聲波探頭組成。同時該作用器還配備位置測定儀等以確定作用器位置。
[0017]該技術(shù)的實施步驟如下:(I)在地面施工鉆井或井下順煤層鉆孔，完成后起出鉆孔內(nèi)所有設(shè)備；(2)采用相關(guān)設(shè)備貫通抽放鉆井或鉆孔，由于該作用器直徑約為115mm、長度約為5.5m，為防止煤層氣井由于變形等原因阻礙作用器下放需要用直徑120_、長度6.5m左右的鋼管作為通井規(guī)，確保聲電復(fù)合作用器達到指定位置；(3)由于該技術(shù)需要采用介質(zhì)作為傳遞，因此向鉆孔中注入水等液體介質(zhì)，當(dāng)采用地面抽放鉆井時，水的位置高出煤層位置2-3m，順煤層鉆孔時水介質(zhì)位置為鉆孔長度，然后將聲電復(fù)合作用器放入鉆孔中；(4)將高壓電脈沖電極和聲波探頭復(fù)合器放入鉆孔中至煤層位置，若煤層較厚，將煤層分為不同的區(qū)段，每個區(qū)段厚度為30cm-50cm，當(dāng)為順煤層鉆孔時，作用區(qū)段可適當(dāng)調(diào)整，作用參數(shù)為20-50次；(6)作業(yè)完成后，起出聲電復(fù)合作用器等設(shè)備，組裝水泵、水管和抽水管等對鉆井(孔)的水進行抽排，然后按照常規(guī)抽放方法進行抽放。
[0018]圖2為本發(fā)明在地面鉆井的使用方法。在完成鉆井后，需起出井內(nèi)所有設(shè)備、通井及往鉆井內(nèi)注水，水的位置是距煤層頂板3m左右。在該方法中，儀器監(jiān)測儀和設(shè)備調(diào)節(jié)裝置在地面，其中儀器監(jiān)測儀監(jiān)測井下各儀器的運行參數(shù)、設(shè)備調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)電極和聲波探頭作用參數(shù)并通過同軸高壓電纜控制該設(shè)備的作用參數(shù)。作業(yè)時，通過電纜絞車和滑輪等工具將聲電復(fù)合作用器送至指定位置，利用地面220V常規(guī)電路對該裝置進行初步供電，通過儀器自帶的升壓單元將電壓升到放電電壓，經(jīng)整流后為儲能單元充電，當(dāng)充電到放電器的工作閾值時，放電器將儲存的電能傳遞給能量轉(zhuǎn)換器，即電極和聲波探頭，能量轉(zhuǎn)換器以液電效應(yīng)、空化效應(yīng)等將電能轉(zhuǎn)化為機械能、熱能等，實現(xiàn)對煤層的造縫、促進煤層瓦斯解吸、擴散和滲流。第一次作業(yè)時，將聲電復(fù)合作用器放置距煤層底板處，開始作用，次數(shù)為20-50次，然后將儀器向上提30-50cm再進行作用20-50次，依次作用直至該復(fù)合作用器達到煤層頂板處。
[0019]圖3為該方法在井下順煤層鉆孔中的應(yīng)用示意圖，與地面鉆井的使用方法相類似。只是在作業(yè)完成后應(yīng)對鉆孔進行封孔抽放。
【權(quán)利要求】
1.一種利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法，其特征在于:該方法將高壓電脈沖電極和聲波探頭有機結(jié)合一起，通過儲能系統(tǒng)向電極和聲波探頭提供能量，從而使電能轉(zhuǎn)化為機械能、熱能等，使電極和聲波探頭在煤層產(chǎn)生高強度的沖擊波，使煤層裂隙相互貫通，促進瓦斯在煤層中的運移，提高鉆孔瓦斯抽放量。
2.按照權(quán)利要求1所述的利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法，其實施步驟如下:(I)起出鉆孔內(nèi)所有設(shè)備；(2)采用井規(guī)等通井，使聲電作用設(shè)備能夠順利達到煤層位置；(3)向鉆孔中注入水等液體介質(zhì)，位置與瓦斯抽采井持平，將聲電復(fù)合作用器放入鉆孔中；(4)將作用器放入鉆孔中至煤層位置，若煤層較厚，將煤層分為不同的區(qū)段，每個區(qū)段厚度為30cm-50cm ; (5)作用器在煤層各個區(qū)段反復(fù)作用；(6)起出聲電復(fù)合作用器等設(shè)備；(7)對煤層鉆孔進行抽采。
3.按照權(quán)利要求1所述的利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法，其特征在于:高壓電脈沖技術(shù)通過液電效應(yīng)、空化效應(yīng)等將電能轉(zhuǎn)化為機械能等，具有能量大、轉(zhuǎn)化效率高等特點，能夠使煤層原有裂隙和新生裂隙相互貫通，為瓦斯運移提供通道。
4.按照權(quán)利要求1所述的利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法，其特征在于:超聲波能夠誘發(fā)熱效應(yīng)，促進煤層瓦斯脫附、提高解吸率，同時產(chǎn)生的空化效應(yīng)、機械作用向外輻射的沖擊波能夠剪切煤體，產(chǎn)生新的裂隙、擴展原有裂隙，提高煤層瓦斯抽放效果O
5.按照權(quán)利要求1所述的利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法，其特征在于:高壓電脈沖電極和聲波探頭所需放電電壓為幾萬伏，放電能量巨大，其作用壓力達到幾十兆帕。
6.按照權(quán)利要求2所述的利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法，其特征在于:該方法其縱向作用范圍為30-50cm，能夠?qū)γ簩訁^(qū)段進行多次重復(fù)作用，且實施方法簡單。
7.按照權(quán)利要求1和2所述的利用高能聲電復(fù)合技術(shù)提高煤層透氣性的方法，其特征在于:該技術(shù)結(jié)合高壓電脈沖技術(shù)和聲波增透方法相互結(jié)合，其能量大、對煤層無污染，同時能夠在煤層中產(chǎn)生裂縫、促進煤層瓦斯解吸，提高煤層透氣性。
【文檔編號】E21B43/267GK104481574SQ201410511073
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】聶百勝, 李祥春, 孟筠青, 盧紅奇, 楊龍龍 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京)