[发明专利]一种高压水爆与CO2压裂相结合的煤层气驱替抽采工艺

说明书

技术领域

本发明涉及压裂-驱替抽采煤层气技术领域，尤其是一种高压水爆与CO₂压裂相结合的煤层气驱替抽采工艺。

背景技术

煤层气或称瓦斯(主要成分为甲烷，化学式CH₄)是一种清洁能源，也是造成煤矿瓦斯事故的重要因素。煤层气瓦斯抽采是改善能源结构和减少煤矿瓦斯灾害事故的重要措施。中国的煤层气开采技术以水力压裂法为主。水力压裂技术是一门广泛应用于油气增产、地热资源开发和核废物储存等领域的致裂技术。水力压裂是通过泵注系统向储层注入高压水破裂地层的致裂增透方法。其主要机理为高压水进入储层的原生孔隙，在水力劈裂作用下使其产生拉伸应变而起裂，并扩展、延伸这些原生及次生裂缝，增加透气性。

传统的井下煤岩水力压裂，如专利“ZL200810230940.4，煤矿井下钻孔水力压裂增透抽采瓦斯工艺”，专利“ZL200910012054.9，穿层钻孔水力压裂疏松煤体瓦斯抽放方法”及专利“ZL200910182752.3，一种区域瓦斯治理钻爆压抽一体化防突方法”撰述的工艺需大量施工钻孔，却常常因塌孔、卡钻等事故导致工期延长。针对产出多裂缝的致裂工艺及技术，专利“ZL201310107622.X，一种定向水压爆破提高煤层透气性的方法”采用间隔分段装药、常规水压爆破的增透方法，但装药量较大，在井下起爆可靠性无法保证。较佳的做法如专利“ZL200910182020.4，煤岩体水力爆破致裂弱化方法”采用不高于8MPa的水继续实施水力压裂，影响范围也仅为3～5倍孔径。

近年来，绿色发展与生态文明理念已成为时代发展的主旋律，煤层气、页岩气等非常规油气开发也因此进入新阶段，各国各矿区进行了许多针对致密煤岩储层致裂的工艺和技术试验。例如，水力割缝技术利用专用的喷嘴产生能量高度集中的高压水射流，可高效切割、破碎围岩，从而造成围岩卸压。然而，由于致密储层产量衰减较快，割缝后煤岩卸压影响范围较小，而一旦扩大割缝半径，则极易发生钻孔垮塌和卡钻事故。

使用水力压裂方法，会消耗大量淡水，且含多种添加剂的水基压裂液体系会伤害地层，易污染地下水。现有水力压裂工艺虽然在一定程度上能增透储层，但尚未出现普遍性突破，特别是多裂缝压裂。主要存在以下问题：1)耗水多，不可持续；2)水力致裂往往只会产生一条沿压裂钻孔对称分布、与最小主应力方向垂直而沿最大主应力方向扩展、延伸的主裂缝，增透效果不十分明显，导流能力不稳定；3)水基压裂液体系易污染地下水，不环保；4)井下煤岩储层致裂较少考虑地应力影响，不科学。因此，寻求一种无水或少水压裂工艺是较佳的选择。

相比之下，超临界流体技术是一项新兴的绿色化学技术。物质的临界状态是指物质的气态和液态平衡共存的一个边缘状态。当体系高于临界压力和临界温度时，即进入超临界状态。在此状态下，液体的体积质量与饱和蒸汽的体积质量相同，界面消失。在众多超临界流体中，二氧化碳化学性质相对稳定，无毒，非易燃、易爆物品。此外，其价廉且具有较低的临界温度(T_c＝31.060℃)和临界压力(P_c＝7.390MPa)。超临界流体介于气体和液体之间，兼有气、液体双重特性，密度接近液体，而粘度近似于气体，扩散系数是液体的近百倍。与煤层气(瓦斯)相比，具有更强的竞争吸附能力。因此，采用超临界或液态CO₂致裂煤岩储层，实施压裂-驱替抽采，是一种可供选择的煤层气增产技术工艺。

因此本发明致力于开发一种针对低透气性煤岩储层多裂缝增透工艺，其关键在于采用导向割缝后实施超临界或液态CO₂压裂、驱替抽采。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种高压水爆与CO₂压裂相结合的煤层气驱替抽采工艺，该工艺通过水力割缝、水爆启裂和超临界或液态CO₂压裂的方式实现增透，并利用CO₂驱替抽采煤层气，适用于低渗透性煤层气储层增透，可有效减少钻孔施工量，提高煤层气抽采效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种高压水爆与CO₂压裂相结合的煤层气驱替抽采工艺，包括以下步骤：

第一步，高压水爆启裂：将填设于具有高水压环境的钻孔或钻井内的乳化炸药通过雷管引爆爆炸，使煤岩产生大量爆生裂缝；