一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法，包括注水管、水泵、密封腔體，所述密封腔體上設(shè)有排氣閥；包括以下步驟：(1)在煤樣表面安裝信息采集裝置，注水管一端插入煤樣內(nèi)部，一端與水泵連接，將煤樣放入密封腔體中；(2)清除注水管中的氣體；(3)向密封腔體中注水，通過排氣閥排出氣體，關(guān)掉排氣閥，再向密封腔體中注水形成圍壓；(4)述煤樣施加軸向壓力；(5)通過注水管向煤樣內(nèi)部注水，直至煤樣破裂，通過信息采集裝置采集煤樣破裂信息。本發(fā)明清除注水管中的氣體后，使得水力壓裂實(shí)驗(yàn)過程不再受注水管中氣體的影響，完善了水力壓裂實(shí)驗(yàn)過程。
【專利說明】一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水力致裂技術(shù)最早應(yīng)用在石油工程來提高貧油井的產(chǎn)量，逐漸成為測定深部地層原地應(yīng)力的最可靠方法之一。在地?zé)豳Y源的開發(fā)、核廢料的儲(chǔ)存等領(lǐng)域也得到了重要應(yīng)用。因此，水力壓裂技術(shù)具有重要工業(yè)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。
[0003]水力壓裂技術(shù)是近年來發(fā)展起來的一種新型的增強(qiáng)煤體透氣性技術(shù)，通過打鉆形成鉆孔后，向鉆孔內(nèi)注入高強(qiáng)壓力水。使煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，在高壓水力作用下，最終使煤體深部原生裂隙擴(kuò)張，空隙增大，從而提高煤層的透氣性，使游離態(tài)的瓦斯量增多，大大提高了瓦斯抽放效率，降低了煤層瓦斯突出性危險(xiǎn)；同時(shí)，水力壓裂改變了煤體的裂隙結(jié)構(gòu)，降低了煤巖的彈性和儲(chǔ)蓄能量的能力，從而有效防止了沖擊地壓的發(fā)生。
[0004]隨著開采深度的不斷的延伸，煤層瓦斯含量、瓦斯壓力在不斷的增大，沖擊地壓也越加危險(xiǎn)，為防止在生產(chǎn)過程中突出、沖擊地壓事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，對(duì)高壓注水壓裂消突技術(shù)進(jìn)行了研究；測取壓裂參數(shù)，利用壓裂設(shè)備，對(duì)有突出、沖擊危險(xiǎn)性的實(shí)體煤進(jìn)行壓裂。經(jīng)實(shí)踐表明，水力壓裂技術(shù)可將煤巖體內(nèi)部微裂隙擴(kuò)展使其連同，將煤巖體內(nèi)的瓦斯?jié)撃芗皬椥阅艿玫揭欢康尼尫牛姑簩拥耐笟庑栽黾?，降低了煤巖的彈性和儲(chǔ)蓄能量的能力，結(jié)合瓦斯抽放技術(shù)能夠有效地削減和消除煤巖體突出、沖擊地壓的危險(xiǎn)性。
[0005]由于煤層中的空隙、裂隙里充滿了氣體，煤層注水實(shí)際上是水替代氣的水驅(qū)氣的滲流過程，在常規(guī)的各種水力壓裂方法中，形成鉆孔后，通過輸水管向鉆孔內(nèi)注入高強(qiáng)壓力水，使煤體內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到破壞，在高壓水力作用下，最終使煤體深部原生裂隙擴(kuò)張，空隙增大，改變了煤體的裂隙結(jié)構(gòu)，降低了煤巖的彈性和儲(chǔ)蓄能量的能力，使煤巖體內(nèi)的瓦斯?jié)撃艿玫揭欢康尼尫牛瑥亩_(dá)到消除沖擊地壓危險(xiǎn)性、降低了煤層瓦斯突出性危險(xiǎn)的目的。
[0006]研究人員進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室水力壓裂實(shí)驗(yàn)，其方法不外是通過打鉆形成鉆孔后，向鉆孔內(nèi)注入高強(qiáng)壓力水，但以往的實(shí)驗(yàn)忽略了注液管中氣體對(duì)水力壓裂實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，由于實(shí)驗(yàn)中煤樣較小，管中氣體相對(duì)煤樣來說含量過多，壓裂實(shí)驗(yàn)開始后，管中氣體首先占據(jù)壓裂裂隙空間，使壓裂過程的前期為氣體壓裂，減少了壓裂過程中的用水量，而在現(xiàn)場工作時(shí)，管中的空氣完全可以忽略，如果按實(shí)驗(yàn)中用水比例進(jìn)行注水，達(dá)不到預(yù)期壓裂效果。
[0007]舉例分析:在實(shí)驗(yàn)中，自壓裂液注水閥至煤樣的管路大致長度為900— 1000mm，管路平均直徑約為10 —12mm,總體積大約為110000mm3。
[0008]根據(jù)玻意耳定律:在定量定溫下，理想氣體的體積與氣體的壓強(qiáng)成反比。當(dāng)氣體體積被壓縮后其壓強(qiáng)會(huì)增加百倍，甚至更多，而標(biāo)準(zhǔn)大氣壓=760mmHg = 76cmHg =1.013X105Pa，約為0.1Mpa，所以實(shí)驗(yàn)中的管路中的氣體壓縮后氣體壓強(qiáng)可增加至lOMpa，甚至更多，高壓氣體使煤巖體內(nèi)部微裂隙擴(kuò)展，對(duì)煤體造成預(yù)破壞，在液體到達(dá)煤體內(nèi)部并對(duì)其進(jìn)行壓裂前使煤體內(nèi)部裂隙不斷拓展發(fā)育，嚴(yán)重影響水力壓裂實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了克服上述的不足，本發(fā)明提供了一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法。
[0010]為了解決上述問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為:
[0011]一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法，包括注水管、水泵、密封腔體，所述密封腔體上設(shè)有排氣閥；
[0012]包括以下步驟:
[0013](I)在所述煤樣表面安裝信息采集裝置，所述注水管一端插入所述煤樣內(nèi)部，一端與所述水泵連接，將所述煤樣放入所述密封腔體中；
[0014](2)清除所述注水管中的氣體；
[0015](3)向所述密封腔體中注水，通過所述排氣閥排出氣體，關(guān)掉所述排氣閥，再向所述密封腔體中注水形成圍壓；
[0016](4)對(duì)所述煤樣施加軸向壓力；
[0017](5)通過所述注水管向所述煤樣內(nèi)部注水，直至所述煤樣破裂，通過所述信息采集裝置采集所述煤樣破裂信息。
[0018]優(yōu)選的,所述信息采集裝置包括聲發(fā)射傳感器、應(yīng)力應(yīng)變片。
[0019]優(yōu)選的，利用真空泵清除所述注水管中的氣體，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性。
[0020]優(yōu)選的，在進(jìn)行步驟(5)時(shí)，保持所述密封腔體中的水壓穩(wěn)定。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0022]本發(fā)明清除注水管中的氣體后，使得水力壓裂實(shí)驗(yàn)過程不再受注水管中氣體的影響，完善了水力壓裂實(shí)驗(yàn)過程；采用真空泵對(duì)注水管路抽取空氣，防止氣體壓裂煤體，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，使其更具有研究價(jià)值，對(duì)現(xiàn)場工作有很高的指導(dǎo)意義。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:
[0024]一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法，包括注水管、水泵、密封腔體，密封腔體上設(shè)有排氣閥；
[0025]包括以下步驟:
[0026](I)在煤樣表面安裝信息采集裝置，信息采集裝置包括聲發(fā)射傳感器、應(yīng)力應(yīng)變片，注水管一端插入煤樣內(nèi)部，一端與水泵連接，將煤樣放入密封腔體中；
[0027](2)利用真空泵清除注水管中的氣體；
[0028](3)向密封腔體中注水，通過排氣閥排出氣體，關(guān)掉排氣閥，再向密封腔體中注水形成圍壓；
[0029](4)對(duì)煤樣施加軸向壓力；
[0030](5)保持所述密封腔體中的水壓穩(wěn)定，通過注水管向煤樣內(nèi)部注水，直至煤樣破裂，通過聲發(fā)射傳感器、應(yīng)力應(yīng)變片采集煤樣破裂信息。
[0031]注水管清除氣體后，對(duì)注水壓裂的壓裂門檻值幾乎無影響，反而防止了高壓氣體對(duì)煤樣的破壞，改善了水力壓裂過程，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性，做到了實(shí)際意義上的水力壓裂，更具有實(shí)用價(jià)值，具體表現(xiàn)在可以確定泵壓的合理范圍，防止水泵額定壓力過小或過大，能夠確定在特定礦山壓力下的水泵選型，并實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的合理壓裂。[0032]本技術(shù)方案清除注水管中的氣體后，使得水力壓裂實(shí)驗(yàn)過程不再受注水管中氣體的影響，完善了水力壓裂實(shí)驗(yàn)過程；采用真空泵對(duì)注水管路抽取空氣，防止氣體壓裂煤體，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，使其更具有研究價(jià)值，對(duì)現(xiàn)場工作有很高的指導(dǎo)意義。
[0033]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法，其特征在于:包括注水管、水泵、密封腔體，所述密封腔體上設(shè)有排氣閥； 包括以下步驟: (1)在所述煤樣表面安裝信息采集裝置，所述注水管一端插入所述煤樣內(nèi)部，一端與所述水泵連接，將所述煤樣放入所述密封腔體中； (2)清除所述注水管中的氣體； (3)向所述密封腔體中注水，通過所述排氣閥排出氣體，關(guān)掉所述排氣閥，再向所述密封腔體中注水形成圍壓； (4)對(duì)所述煤樣施加軸向壓力； (5)通過所述注水管向所述煤樣內(nèi)部注水，直至所述煤樣破裂，通過所述信息采集裝置采集所述煤樣破裂信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法，其特征在于:所述信息采集裝置包括聲發(fā)射傳感器、應(yīng)力應(yīng)變片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法，其特征在于:利用真空泵清除所述注水管中的氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室水力壓裂方法，其特征在于:在進(jìn)行步驟(5)時(shí)，保持所述密封腔體中的水壓穩(wěn)定。
【文檔編號(hào)】G01N3/12GK104007021SQ201410211611
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月17日
【發(fā)明者】王維德, 成云海, 田厚強(qiáng), 馬衍坤, 吳振虎, 白金超, 吳俊杰, 胡兆鋒 申請(qǐng)人:安徽理工大學(xué)