[发明专利]一种上向钻孔低温流体分级致裂方法

说明书

本发明公开了一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，先采用射孔枪预制出三个裂缝区，然后通过水管注水使水压封堵器充起，从而形成三个密封压裂室；向三个密封压裂室内依次注满过冷水，最后将低温流体依次流经三个密封压裂室内的内螺纹换热管和外螺纹换热管，在低温流体流经各个密封压裂室时，各个密封压裂室内的过冷水与低温流体发生热交换，此时过冷水的温度快速下降，使水相变成冰体积增大，从而利用其冰胀力对各个密封压裂室进行压裂，持续一定时间后，停止并多次循环，完成过冷水冰胀致裂过程；不仅能有效保证煤岩体的致裂效果及降低水力压裂所需的高压，而且由于过冷水无化学剂添加，因此泄漏后不会对周围环境造成污染。

技术领域

本发明涉及一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，属于煤岩体增透技术领域。

背景技术

中国煤层气资源丰富，发展潜力大，可采资源量约为10.87×10¹²m³，未来10～20年，中国煤层气产量将显著增长，在弥补常规油气产量短缺中扮演日益重要的角色。随着开采深度的增加，煤层中的煤层气含量、压力也逐渐增大，煤层渗透率逐渐减下，煤层气爆炸、煤与瓦斯突出等瓦斯灾害也日趋严重，煤层气抽采必不可少。通过调研发现，目前煤层气抽采普遍出现抽放浓度低、抽放量小的问题，传统增透措施多为水力化措施，如水力压裂、水射流割缝等，无法形成复杂的抽采裂隙网络且用水量巨大，由于压裂液内添加特殊化学试剂，一旦泄露会污染地下水体，并且水力压裂在坚硬地层内启动压力高、水资源大量浪费等。

另外现有水力压裂均是通过高压水对煤岩层进行压裂，因此需要持续较大的高压，才能保证水对煤岩层的持续压裂，这样导致耗能较大且水资源浪费严重；因此如何有效降低水力压裂过程中的耗能及防止泄漏后污染地下水体为本行业的研究方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，通过过冷水与低温流体进行热交换，利用过冷水相变产生的冻胀力进行压裂过程，不仅能有效保证煤岩体的致裂效果及降低水力压裂所需的高压，而且由于过冷水无化学剂添加，因此泄漏后不会对周围环境造成污染。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，具体步骤为：

A、先在巷道内打设上向钻孔，然后将水射流割缝设备伸入到上向钻孔内，以上向钻孔的轴线为中心沿垂直于上向钻孔的方向等间距的割出三个裂缝区，分别为第一裂缝区、第二裂缝区和第三裂缝区；

B、设置三组橡胶封堵装置，分别为第一橡胶封堵装置、第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置，每组橡胶封堵装置由两个未充起的水压封堵器相互平行组成，注水管依次与各个水压封堵器固定连接且注水管内部分别与各个水压封堵器内部的注水通道连通，第三橡胶封堵装置中的一个水压封堵器上安装排气管，且排气管上装有电控阀和湿度传感器；设置第一过冷水管、第二过冷水管和第三过冷水管，第一过冷水管一端伸入第一橡胶封堵装置内，第二过冷水管处于第一橡胶封堵装置和第二橡胶封堵装置之间、且第二过冷水管两端分别伸入第一橡胶封堵装置和第二橡胶封堵装置内；第三过冷水管处于第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置之间、且第三过冷水管两端分别伸入第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置内；在第一橡胶封堵装置、第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置内分别装有第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；