[发明专利]一种煤岩软化活性压裂装置及煤岩压裂施工工艺

说明书

技术领域

本发明属于矿山工程技术领域，尤其是涉及一种煤岩软化活性压裂装置及煤岩压裂施工工艺。

背景技术

我国煤矿主要采用井工开采，开采条件复杂，作业环境恶劣、致灾因子多，特别是高应力、低透气性和含硬夹矸(结核)煤岩的机械化开采、瓦斯抽采、冲击灾害及煤尘防治等难以取得成效。煤岩渗透率主要取决于介质的孔隙率、内部裂纹几何性质、裂隙分形维数、内部的应力-应变状态和孔隙压力等，这些被认为是影响煤岩渗透率的主要因素，其中前三个为直接因素，应力-应变状态和孔隙压力通过改变岩石内部孔隙和裂隙而影响渗透率。

水力压裂和爆破致裂技术是煤岩增透的有效途径，虽能整体卸压增透，一定程度的提高煤层的透气性和破碎率，但是其适用性差、工艺复杂、工作量大，更重要的是这些措施不能解决低渗煤岩的疏水性，不能增强低渗煤岩的渗透性和软化性。具体体现在：水力压裂技术通过加压泵把压裂液压入钻孔来压裂煤岩，此种方式由于泵的排量和其工艺特点的限制，其压力上升时间太长，加载速度慢，峰值压力低，所以只能形成一条垂直最小主应力方向的裂纹，此裂纹易于沿着原生软弱面扩展，不易生成垂直于层面的新裂纹，使裂纹不易相互沟通，故不能显著增加煤岩的透气性。即使高压水能够压裂煤体，随着裂隙体积的增加，压裂液的压力也不断降低，快速丧失压裂作用效力。另外压裂夜比例也难以控制，分布也不均匀，煤岩的亲水性等也会影响煤岩的透气性，其压裂设备复杂，成本费用也高，故不适应于提高瓦斯排放。爆破致裂技术是将煤矿需用安全炸药或高能炸药置于钻孔，用炮泥封堵实施爆破，此方式压力上升时间短，峰值压力高，可产生无数短缝，但由于其爆炸压力远高于围岩的屈服强度，导致钻孔壁严重破碎垮塌，形成残余压力区“应力笼”，从而降低了渗透率。其它水力挤压措施，包括：水力挤出，位于应力集中带以外的卸压带，适用于软煤，通过松动煤岩卸压增透，不能用水力压裂原理解释；水力割缝，通过高压水射流在煤岩中割缝卸压增透；高压注水，类似于水力压裂，但注水压力与注水量有限，不能开启大的裂缝或使裂缝有效延伸、贯通。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤岩软化活性压裂装置，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，通过将防尘水压裂液或超临界CO₂活性压裂液作为待压裂煤岩的压裂液，投入成本较低，且压裂效果好，压裂液气液两相循环转化能够持续增加压裂能量，实现良好的压裂效果，有效防止了煤岩中粘土矿物的膨胀，减少了压裂液对地层的伤害，进而提高待压裂煤岩的渗透性，并且施工过程易于控制。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：包括输送机构和与所述输送机构连通的压裂机构，所述输送机构包括管道以及依次设置在管道上的供应单元、动力单元和调节单元，所述压裂机构设置在管道的输出端；

所述供应单元包括第一反应器，所述第一反应器上设置有压裂剂进液管和防尘水进液管，所述调节单元包括单向阀和与单向阀连通的三通接头；

所述压裂机构包括与管道连通且伸入到待压裂煤岩压裂孔内的压裂管和设置在所述压裂管上的封孔器，所述封孔器包括设置在压裂孔内的第一封孔胶囊和第二封孔胶囊。

上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：还包括与第一反应器连通的第二反应器，所述第二反应器上设置有超临界液体CO₂进液管。

上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：所述动力单元为高压压裂泵，所述高压压裂泵的额定压力为80MPa～120MPa，所述高压压裂泵的流量为6m³/h～14m³/h。

上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：所述压裂管位于第一封孔胶囊和第二封孔胶囊之间的管路为所述压裂管的释放段，所述释放段上设置有多个释放孔，多个所述释放孔在所述释放段上呈螺旋线布设，所述释放段与压裂孔的内壁之间设置有空腔，注液管一端裸露在压裂孔外，注液管另一端穿过第一封孔胶囊伸入到所述空腔内。

上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：所述管道为钢丝缠绕胶管，所述钢丝缠绕胶管的直径为30mm～135mm，所述钢丝缠绕胶管的抗压强度均大于120MPa；

所述三通接头的两个接头均与所述管道连通，三通接头的另外一个接头处设置有手动调压开关。

上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：所述管道上还设置有用于释放所述管道压力的释放器。