[发明专利]基于电脉冲激发超临界CO2

说明书

一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤层的装置及应用方法，包括煤矿井下超临界CO₂发生装置和高压电脉冲发生装置。煤矿井下超临界CO₂发生装置的液态二氧化碳槽车和空压机分别通过管路与液态二氧化碳加注装置连接。高压电脉冲发生装置的加注头以螺纹连接在超临界二氧化碳生成筒体的后端，超临界二氧化碳生成筒体前端穿过水力封隔器的中心孔，电极装设在超临界二氧化碳生成筒体内。高压电脉冲仪通过导线穿过加注头与电极连接；加注头通过管路与液态二氧化碳加注装置的出液口连接。本发明通过电容器蓄电后释放高压电脉冲激发液态二氧化碳为超临界态，比水力压裂压力更大，具备更好压裂增透效果。

技术领域

本发明涉及煤矿安全技术领域，特别是涉及一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤储层的置及其应用方法。

背景技术

煤与瓦斯突出矿井占我国瓦斯矿井总数的44%，国有重点煤矿中该比例高达72%，且大部分矿井煤层均为低透气性煤层，其渗透率一般在0.1×10^-3～1.0×10^-3mD，即便是水城、丰城、霍岗、开滦、柳林等渗透率较好的矿区也仅为0.1～1.8mD，与国外相同埋深煤层相比，其渗透率还低2～3个数量级，这一特点也自然决定了我国煤矿采用传统直接抽采瓦斯方法开展瓦斯安全治理的难度很大。在众多的突出防治手段中，保护层开采无疑是区域性防突最有效的技术手段，对于不存在保护层的单一低透气性煤层，必须借助人工致裂卸压增透方法来提高本煤层的透气性，主要采用水力措施及爆破措施，水力措施主要采用射流割缝、水力压裂等技术方法，爆破措施主要有深孔爆破、液态CO₂气爆致裂等技术。

传统水力压裂增透技术是目前比较常用的一种增透技术,它的基本原理是通过在欲抽采的非常规天然气储层中注入由高压水泵提供的高压水,在水压的作用下将储层岩体破裂形成贯通的裂缝,然后将混入石英砂或其他支撑剂及凝胶的压裂液压入储层裂隙中,压裂液中细小而坚硬的支撑剂颗粒在卸压后可以继续支撑住裂隙,进而提储层的渗透性。但该技术的水压加载速度慢、压力上升时间长、峰值压力低,只能形成一条垂直于最小主应力方向的裂纹,而且裂纹仅沿原生弱面扩展,不能生成垂直于层面的裂纹,使裂纹不易相互联通,试验及模拟证实该技术在储层中产生的裂缝数量很少,不能显著增加储层的透气性,同时,由于非常规天然气在储层中大部分是以吸附的状态存在的,传统水压致裂技术对于吸附气体的影响甚微,因此对于提高非常规天然气的抽采效果也非常有限。

液态二氧化碳气爆压裂技术就是指将高压气体致裂低渗透煤层增透技术的现场应用主要是以液态CO₂相变气爆压裂煤层增透技术为主，在国内多个高突矿井低渗透煤层进行现场试验并取得了良好的应用效果。该技术为物理爆破，爆破过程本质安全。但在应用过程中发现该技术存在致裂压力作用时间短、影响半径小、技术工艺复杂、设备现场操作不方便、由于受设备连接电阻及井下环境影响存在拒爆等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤层的装置及应用方法，该装置可产生超临界CO₂连续压裂低渗透煤体达到增透的目的。

一种基于电脉冲激发超临界CO2压裂煤层的装置，包括煤矿井下超临界CO₂发生装置和高压电脉冲发生装置。

所述的煤矿井下超临界CO₂发生装置，包括空压机、液态二氧化碳槽车、液态二氧化碳加注装置、第一电磁阀和第二电磁阀，其要点是所述的液态二氧化碳槽车的出液口上装设有第一电磁阀，第一电磁阀的出口通过管路与液态二氧化碳加注装置的进液口连接。所述的空压机的出气管上装设有第二电磁阀，第二电磁阀的出气口通过管路与二氧化碳加注装置的加注头的进气口连接。第一电磁阀通过导线与电控箱的对应接口连接。