[发明专利]一种强化松软煤层水力裂缝导流能力的方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿井下水力压裂领域，具体涉及一种强化松软煤层水力裂缝导流能力的方法。

背景技术

水力压裂能够促使煤层原生裂隙的延伸和贯通，为煤层气运移提供通道，可有效提高煤层气产量。水力压裂法是煤层气地面开发中应用最为广泛的储层改造技术，也是近几年我国煤矿区煤层气井下抽采中一种快速发展的增渗、增产方法。对于结构较为单一、力学强度较高、裂缝导流能力较好的中硬及硬煤煤层，水力压裂技术有较好的抽采效果，但是对于松软煤层，由于煤质松散、煤体颗粒小(粒径小于1mm)、力学强度低，造成裂缝闭合压力低、速度快、渗流能力差，使得煤层渗透率得不到根本性提高。即使采用支撑剂对压裂裂缝进行支撑，煤体颗粒也极易聚集嵌入支撑剂缝隙，阻塞煤层气运移通道，同时受井下巷道尺寸限制，在煤矿区井下压裂施工中，也无法采用加砂设备。因此，松软煤层煤层气高效抽采一直未能得到有效解决。

公开号为CN102116168A的专利文献公开了一种适用于低渗透、松软煤层抽采瓦斯的系统及方法，该系统既能够用于钻孔，弥补松软煤层塌孔不便改造的难题，又能在钻孔后及时对煤体加压造穴后进行瓦斯抽采。该发明将钻孔和加压造穴一体化，通过造穴改善透气性，一定程度上防止了煤孔坍塌无法继续进行储层改造的问题，但是该方法对设备要求高，对瓦斯抽采率的提高不明显。

发明内容

本发明的目的主要是针对松软煤层煤质松散、煤体力学强度低，导致水力压裂技术对松软煤层煤层气抽采效果差的问题，提供一种强化松软煤层水力裂缝导流能力的方法。

本发明的具体技术方案为：一种强化松软煤层水力裂缝导流能力的方法，包括以下步骤：

(1)将增殖培养所得的微生物培养液通过压裂孔注入目标储层，然后向目标储层注入固定液，再间歇性注入胶凝液，所述间歇性注入胶凝液至少包括一次胶凝液的注入过程和每次胶凝液注入完成后的间歇过程，所述微生物为巴氏生孢八叠球菌；

(2)间歇性注入胶凝液完成后，按照井下水力压裂工序组织后续生产。

本发明将增殖培养后的巴氏生孢八叠球菌(Sporosarcina pasteurii)及营养物质注入目标储层，并提供充分活化、生存和繁殖的条件，加速微生物的酶化作用。巴氏生孢八叠球菌通过自身的酶化作用，将代谢产生的高活性脲酶，作用于尿素的水解反应，使其分解生成CO₃^2-，同时细胞壁表面的负电荷不断吸附周围溶液中的Ca²⁺，并与CO₃^2-结合生成碳酸钙结晶，从而在细胞膜表面析出以细胞为晶核的碳酸钙晶体。随着结晶体的不断生长，细胞难以摄取营养物质而死亡，最终结晶体停止生长，根据巴氏生孢八叠球菌在储层所处的位置不同，碳酸钙结晶的作用可分为对裂缝周围煤体的诱导黏合作用和对裂缝缝面的表面覆膜作用。

本发明通过微生物的作用，在水力裂缝面及周围煤体内生成具有胶凝性质的碳酸钙结晶，从而改造松软煤层气储层水力裂缝的力学强度和渗流能力。一方面，在水力裂缝面形成的碳酸钙结晶，对裂缝可以起到类似于支撑剂的支撑作用；另一方面，由于微生物自身能够通过复制，在煤层孔隙内大量繁殖，并且具有运动的特性，可以在水力裂缝周围煤体内生成碳酸钙结晶，将松散结构的煤体颗粒粘结，提高煤体力学强度，减缓裂缝闭合速率，同时减少煤粉对水力裂缝的堵塞。此外，由于微生物具备的微观胶结结构特性，其诱导出的胶结物质优先沉积在煤体颗粒接触点边角部分，不会占据大孔隙通道，因此，可以通过控制培养条件，调节碳酸钙沉淀的沉淀速率、产量和结晶形态，以保证煤体的渗透系数不发生较大改变。

作为优选，步骤(1)所述增殖培养采用的培养基，其组分及浓度分别为：蛋白胨4.5～5.5g/L，肉浸膏2.5～3.5g/L，尿素18～22g/L，MnSO₄·H₂O 8～12mg/L，其中溶剂为水。配制好的增殖培养基可以在120～125℃高温蒸汽灭菌20min后，放入无菌操作台冷却待用。

作为优选，步骤(1)所述的固定液为CaCl₂溶液，其浓度为0.04～0.06mol/L。

作为优选，步骤(1)所述的胶凝液为CaCl₂和尿素的混合液，混合液浓度为0.5～1.0mol/L，其中CaCl₂和尿素的浓度比为1:1。经适宜浓度的胶凝液固化后，煤体强度更高，渗透率变化更平缓、更均匀，固定液和胶凝液以低浓度为宜。