[发明专利]一种水力压裂与微波辐射联合强化抽采煤层瓦斯的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种地面钻井抽采煤层瓦斯装置及方法，尤其涉及一种水力压裂与微波辐射联合强化抽采煤层瓦斯的装置及方法。

背景技术

对于不具备开采保护层条件的突出煤层时，预抽煤层瓦斯是最有效的煤与瓦斯突出区域防治措施。通过预抽煤层瓦斯可降低煤层的瓦斯含量和瓦斯压力，从而降低或消除突出煤层的煤与瓦斯突出危险性，减少开采时的矿井瓦斯涌出量。然而，随着煤层开采深度的增大，地应力不断增加，煤层透气性系数越来越低，煤层瓦斯抽采过程中瓦斯难以解吸，使得煤层瓦斯抽采率较低，从而制约了预抽煤层瓦斯这一技术措施的区域防突效果，并影响了矿井的正常采掘接替。因此，要想改善煤层瓦斯抽采效果、提高煤层瓦斯抽采率，就必须增大煤层的透气性、加速煤层瓦斯的解吸与渗流。目前，为了实现这一目的，主要依靠各种形式的煤层增透技术；在实际工程实践中，往往都是采用单一的煤层增透技术，这样虽然能够一定程度上提高煤层瓦斯效果，但是各种措施都具有自身的局限性，在增大煤层的透气性与加速煤层瓦斯的解吸两方面很难同时兼顾，使得提高煤层瓦斯抽采率较为有限。

发明内容

本发明是针对上述技术方案存在的问题，提出的一种水力压裂与微波辐射联合强化抽采煤层瓦斯的装置及方法，解决煤层透气性低和煤层瓦斯难以解吸所引起的瓦斯抽采率低的问题。

本发明的目的是这样实现的：一种水力压裂与微波辐射联合强化抽采煤层瓦斯的装置及方法；

装置包括：水泵、水箱、水力压裂口阀门、微波辐射监控口、微波辐射器、微波辐射监控口阀门、瓦斯抽采口阀门、瓦斯抽采口、监控设备、固井段、信号传输线、套管、波导管、地面钻井、传感器、微波辐射天线、微波辐射窗口、高强度非金属筛管、水力压裂口、波导管阀门、瓦斯抽采泵和瓦斯抽采管；地面钻井的上端为固井段，在地面钻井内有套管，在套管的下端有高强度非金属筛管，套管的上部有水力压裂口、瓦斯抽采口和微波辐射监控口；水泵通过水箱和管道与水力压裂口连接，在水力压裂口上有水力压裂口阀门；在瓦斯抽采口上有瓦斯抽采口阀门；微波辐射监控口上有信号传输线、波导管和微波辐射监控口阀门，信号传输线的一端与监控设备连接，另一端与传感器连接；波导管的一端通过波导管阀门与微波辐射器连接，另一端有微波辐射天线和微波辐射窗口。

方法包括以下步骤：

a.钻取煤层瓦斯抽采地面钻井，穿透抽采煤层；

b.地面钻井中下放套管，并在固井段固井；钻井的煤层段布置高强度非金属筛管，支撑煤层，防止钻井的煤层段坍塌；筛管孔能使高压水从中射流压裂煤层，还作为瓦斯流向抽采套管的通道；地面套管接口处使用四通接口连接，分别为套管口、瓦斯抽采口、微波辐射监控口以及水力压裂口；

c.在地面钻井附近布置水力压裂系统、微波辐射器与监控设备；

d.利用水力压裂系统对煤层进行压裂，待煤层压裂完成之后，停止压裂，排空钻井中的残余压裂液；

e.将波导管连接微波辐射器和微波辐射窗口，信号传输线连接监控设备和传感器，并将传感器的接地线进行接地；

f.打开微波辐射监控口阀门，保持瓦斯抽采口阀门与水力压裂口阀门关闭，将连接好的微波辐射窗口和传感器通过微波辐射监控口送达钻井的指定位置；

g.开启微波辐射器和监控设备，对煤层施加微波辐射，加热煤层；同时，传感器将监测钻井中的煤层温度、水蒸气量和瓦斯浓度传回至监控设备，对微波辐射器的功率和加载时间进行动态调节；为了有效提高煤层瓦斯解吸效率，又使加载过程安全高效，维持煤层温度在150—200℃；

h.打开瓦斯抽采口阀门，开启瓦斯抽采泵对钻井中瓦斯进行强化抽采。

所述的微波辐射为间歇式微波辐射：在加载过程中当传感器感应温度升高到200℃时，关闭微波辐射器，停止微波加载；当传感器感应温度降低至150℃时，开启微波辐射器，对煤体继续进行加载。

有益效果,由于采用了上述方案，通过水力压裂煤层，扩展煤层裂隙与孔隙、增大煤层的透气性，加速煤层瓦斯的渗流；同时，水力压裂后的煤层饱含水分，而水和煤炭均是较强的微波吸收剂，可有效将微波辐射转换为热能带入煤层中，提高煤层的温度，降低煤层含水饱和度、促进煤层瓦斯解吸与扩散。水力压裂与微波辐射的联合作用，既实现了煤层增透，还提高了煤层瓦斯的解吸效率，有效地提高煤层瓦斯抽采率。

优点：

1、本发明中采用四通接口，可以有效节省设备安装与拆除时间，提高工作效率。

2、施工技术难度低，工序简单，易于实现。