[发明专利]一种电脉冲协同超声波的煤层气强化开采方法

说明书

本发明专利涉及本发明公开了一种电脉冲协同超声波的煤层气强化开采方法，适用于煤层气井高效开采。该方法是从地面向煤层施工正电极井筒和负电极井筒，利用超声波发生器产生的弹性效应，扰动正电极井筒和负电极井筒之间的煤层，在煤层内催生出孔裂隙，同时向煤层注满导电离子溶液，利用高压电脉冲放电击穿正电极和负电极之间的煤层，巨大的能量形成冲击波作用于煤层，有效地增加煤层内的裂缝数量并改善裂缝连通性。煤层气在微波和超声波和高压脉冲波的协同作用下向地面井运移，最后抽采煤层气。本发明对改进煤层气的抽采，提高煤矿开采的安全性具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种电脉冲协同超声波的煤层气强化开采方法，属于煤矿井下瓦斯解吸相关技术领域，尤其适用于高瓦斯煤层。

背景技术

目前，我国大部分煤层为高瓦斯压力、高地应力和低渗透性煤层，煤层开采过程中瓦斯动力现象严重，地质条件复杂，煤层透气性差，导致大部分煤层抽采利用率较低。现有技术中，常规的水力压裂技术无法控制煤体裂纹的起裂位置和扩展方向，同时在煤层内形成的裂缝数量较少，且裂缝延伸范围较小，不能对试验煤层实施有效压裂。现阶段下电脉冲煤层增透技术存在电压过高，安全系数低，能量消耗大等问题。

随着学者的研究，通过高压脉冲措施进行煤层的增透增渗，提高煤层瓦斯抽采率。同时超声波振动可促使煤体内的裂隙发育发展，降低煤体的抗压强度和弹性模量。因此，亟需研发一种电脉冲协同超声波的煤层气强化开采方法，以解决该项技术的应用瓶颈。

发明内容

本发明为了克服已有技术中的不足之处，提供了一种简单高效的电脉冲协同超声波的煤层气强化开采方法。

为实现上述技术目的，本发明的电脉冲协同超声波的煤层气强化开采方法，首先从地面向煤层中布置成对的钻孔，在两个钻孔中的同一水平煤层相对贴合煤壁设置超声波换能器，并利用平行套管将超声波换能器及其线路覆盖包裹，利用超声波换能器产生的弹性效应，扰动煤层在煤层内催生出孔裂隙，将两个钻孔之间的煤层注满导电离子溶液，再在两个钻孔之间的煤壁上分别布置正负电极，利用正负电极向煤层进行电极直至击穿，煤层气在微波和超声波和高压脉冲波的协同作用下向地面井运移，最后使用瓦斯抽采系统从两个钻孔中抽采瓦斯。

其具体步骤如下

a从地面向煤层分别施工等深的正电极钻井和负电极钻井，在负电极钻井附近设置水分分析仪，并将在通过导线与水分分析仪连接的传感器放入负电极钻井底部；在正电极钻井筒和负电极钻井中分别下平行套管，根据前期施工深度使平行套管的前端到达煤层的中部，并保证正电极钻井筒和负电极钻井中的平行套管前端位于同一水平线上；

b在两个平行套管内部分别放入超声波换能器，并将超声波换能器相对固定在同一水平位置处，利用电缆与设置在地表的超声波发射器相连接，打开超声波发射器，通过两个超声波换能器向正电极钻井和负电极钻井之间的煤层辐射超声振动，利用超声震动扰动煤层，使得煤层松动，进行达到煤层泄压，瓦斯释放；

c在正电极钻井的井口附近设置储存右导电离子溶液的储液泵，储液泵在正电极钻井中设有输液管路，所述输液管路与平行套管两者隔离，通过打开阀门利用储液泵将导电离子溶液通过输液管路注入正电极钻井中；

d利用水分分析仪通过传感器检测周围煤层有导电离子溶液时，关闭储液泵的阀门，停止向正电极钻井中注入导电离子溶液，此时正电极钻井和负电极钻井之间的煤层中有充足的导电离子溶液，进而改善两个钻井之间煤体的导电性；

e在正电极钻井和负电极钻井中间的地表设置平衡架，平衡架两侧分别设有可伸入正电极钻井和负电极钻井的两支同步伸缩的伸缩式滑杆，两支伸缩式滑杆的端部分别设有绝缘固定台，其中放入正电极钻井的绝缘固定台上分别设有正电极和高压脉冲发射装置，放入负电极钻井的绝缘固定台上设有负电极，使正电极与负电极处在同一水平上并紧贴筒壁；

f开启高压电源，通过电缆向高压脉冲发射装置充电，当充电达到设定放电电压时，开启高压脉冲发射装置，向正电极与负电极之间的煤层放电，高压脉冲发射装置产生的高压电脉冲冲击煤层；