[发明专利]水力压裂液、瓦斯抽采系统及瓦斯抽采方法

说明书

本发明公开了一种水力压裂液，用于煤层压裂增透，包括第一组分和第二组分，第一组分为过硫酸盐的水溶液，第二组分为含过渡金属离子的多孔炭与水的混合液。本发明还公开了使用上述的瓦斯抽采系统以及相应的瓦斯抽采方法。采用本发明的技术方案，在对煤体进行水力压裂的同时，利用水力压裂液与煤中不同分子量的有机物在较宽的温度范围内持续进行氧化、原位改性反应，进而将低分子量的有机物部分溶解，疏通煤储层裂隙及孔隙，也降低煤层吸附甲烷能力，从而促进煤层吸附的瓦斯向游离瓦斯转换，与以往单纯的水力压裂相比大幅提高煤体增透效果。

技术领域

本发明涉及采煤技术领域，尤其涉及煤储层增透及瓦斯抽采技术。

背景技术

煤矿瓦斯既是煤矿灾害的罪魁祸首，也是一种不可再生的清洁能源，煤与瓦斯共采是实现瓦斯突出防治与资源利用的根本技术。

我国煤层普遍具有瓦斯含量大、吸附性强以及渗透率低等特点，煤层气大部分以吸附态储存于煤基质孔隙的内表面，只有少量煤层气游离于割理和裂隙中。而对瓦斯抽采则主要采用钻孔抽采，抽采效率主要取决于煤体的透气性，因此，对煤储层进行增透，增大煤体的透气性成为实现煤与瓦斯共采的有效途径。

随着矿井深度的不断加大，煤体透气性对瓦斯抽采的制约越来越严重，高效的煤储层增透技术已成为煤矿安全生产和煤层气抽采的必备技术。为增加煤储层渗透性，众多学者开展了诸如水力压裂、高压气体致裂、微波致裂、化学增透等研究，但现有的水力压裂、高压气体以及微波致裂等物理增透技术主要应用于较硬煤质和透气性较好的煤层增透，现有的化学作用增透存在增透效率低、环境污染大、增透剂稳定性差以及毒性大等问题。

基于以上原因，有必要开发一种高效、安全、稳定的化学增透方法，以提高煤体透气性，同时有利于瓦斯抽采。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高瓦斯抽采效率的水力压裂液。

为实现上述目的，本发明的水力压裂液用于煤层压裂增透，包括第一组分和第二组分，第一组分为过硫酸盐的水溶液，第二组分为含过渡金属离子的多孔炭与水的混合液，第一组分和第二组分的体积份数为：第一组分0.9－1.1份，第二组分0.9－1.1份。

第一组分和第二组分的体积份数为：第一组分1份，第二组分1份。

第一组分中的过硫酸盐为过硫酸铵和/或过硫酸钠和/或过硫酸钙和/或过硫酸钾，第一组分中过硫酸盐与水的质量份数为：过硫酸盐1－25份，水100份。

第二组分中含过渡金属离子的多孔炭按以下方法制备：

利用球磨机将过渡金属盐与芳香类羧酸相混合，所得混合物置于惰性气氛下高温煅烧，即可制得含过渡金属离子的多孔炭；

过渡金属盐为硝酸镍和/或氯化锰和/或硝酸钴和/或硫酸铜和/或硝酸锌，芳香类羧酸为间苯三甲酸和/或对苯二甲酸及其衍生物和/或对羟基苯甲酸和/或对氨基苯甲酸，惰性气氛为氮气或氩气氛围，煅烧温度为500~1000 ℃；过渡金属盐与芳香类羧酸的质量份数为：过渡金属盐0.8－1.2份，芳香类羧酸0.8－1.2份；

第二组分中含过渡金属离子的多孔炭与水的质量份数为：含过渡金属离子的多孔炭小于等于25份，水100份。

本发明还公开了使用上述水力压裂液的瓦斯抽采系统，包括在煤层顶板与煤层底板之间设置的压裂钻孔和抽采钻孔，压裂钻孔在煤层中具有压裂影响区域，一个压裂钻孔左右两侧的压裂影响区域内分别设有所述抽采钻孔；

压裂钻孔中插设有压裂管，各抽采钻孔中分别插设有抽采管，压裂钻孔中的压裂管上设有用于流入液体的开口，抽采钻孔中的抽采管上设有用于流出气体的开口；压裂管向下伸出煤层底板并连接有混合容器，混合容器具有第一进口、第二进口和一个出口，混合容器的出口与压裂管相连接，混合容器的第一进口与第一组分供液装置相连接，混合容器的第二进口与第二组分供液装置相连接；