[发明专利]一种用于地面钻井增产的大温差冻融循环方法

摘要

本发明公开了一种用于地面钻井增产的大温差冻融循环方法，先向地面钻井的瓦斯抽采管内脉动注磁化水，其次高压氮气驱动磁化水进入煤体内，然后进行多次液氮冻结磁化水与高温氮气融化，利用磁化水的冻结膨胀力与液氮及高温氮气直接的大温差效应共同致裂煤体，通过高温高压氮气、液氮和磁化水相互作用，形成超大温差效应，对煤体进行致裂效果，最终能有效提高煤体的致裂效果及裂隙扩展范围，增大煤体渗透率，从而实现地面钻井对瓦斯大流量、高浓度、长时间的抽采。

主权项

1.一种用于地面钻井增产的大温差冻融循环方法，其特征在于，具体步骤为：A、当瓦斯抽采管内瓦斯流量大幅度降低至8m³时，打开第一阀门(9)和第二阀门(13)，启动磁化水发生器(14)和脉动泵(11)，磁化水经脉动泵(11)脉动作用得到脉动磁化水，脉动磁化水经过第三管路(12)、第二管路(10)与第一管路(4)进入瓦斯抽采管(3)，对瓦斯抽采管(3)进行清洗并冲击煤层(1)，使煤体裂隙发育、扩展，控制脉动磁化水的脉动频率为0.05Hz～0.3Hz，脉动压力为12MPa～18MPa，脉动时间为30min～45min；B、待脉动磁化水注入结束后，依次关闭磁化水发生器(14)、脉动泵(11)、第一阀门(9)与第二阀门(13)；C、打开第五阀门(23)、第四阀门(20)、第三阀门(16)，依次启动氮气增压装置(17)与制氮机(24)，得到高压氮气，所述高压氮气压力为2.5MPa～5MPa，高压氮气经第六管路(22)、第五管路(19)、第四管路(15)与第一管路(4)进入瓦斯抽采管(3)，当气体压力测量装置(42)显示瓦斯抽采管(3)内的气压为4MPa时，关闭制氮机(24)、氮气增加装置(17)、第五阀门(23)、第四阀门(20)与第三阀门(16)；D、等待一段时间，当气体压力测量装置(42)显示瓦斯抽采管(3)内的气压小于3MPa时，重复步骤C，确保瓦斯抽采管(3)内压力维持在3MPa～4MPa，使高压氮气驱动磁化水进入煤层内，当激光测距仪(6)测得的距离磁化水液面的值等于瓦斯抽采管长度时，关闭制氮机(24)、氮气增加装置(17)、第五阀门(23)、第四阀门(20)与第三阀门(16)，停止向地面钻井(2)内的注入高压氮气，然后将地面钻井密闭12h～48h；E、打开第二液氮阀门(44)与第一液氮阀门(41)，启动液氮脉动泵(43)，液氮经第三耐低温管路(46)、第二耐低温管路(40)与第一耐低温管路(5)进入瓦斯抽采管(3)，并与煤层(1)接触，已注入煤层(1)内的磁化水遇液氮发生冻结，体积膨胀，使煤体的裂隙进一步扩展、发育；F、当激光测距仪(6)测得的距离液氮液面的值为瓦斯抽采管(3)长度减去2倍煤层(1)厚度时，关闭液氮脉动泵(43)、第二液氮阀门(44)与第一液氮阀门(41)，停止向地面钻井(3)内脉动注入液氮；G、将地面钻井密闭8～16h，在该时间段内液氮气化生成氮气，地面钻井(3)内压力升高，促进液氮在煤层内流动，进一步冻结磁化水，增加煤体的致裂效果；H、地面钻井(2)密闭结束后，打开第八阀门(36)、第七阀门(30)与第三阀门(16)，启动氮气升温装置(28)与氮气增压装置(17)，瓦斯抽采管(3)内的氮气从第十一管路(37)进入氮气升温装置(28)后加热为高温氮气，高温氮气经过第八管路(29)和第十二管路(48)进入氮气增压装置(17)内进行增压，经过增压后的高温高压氮气经第四管路(15)和第一管路(4)注入地面钻井(2)内，高温高压氮气与冻结的煤体接触后形成超大温差效应，对煤体再次进行致裂；I、打开第五阀门(23)和第六阀门(26)，启动制氮机(24)，氮气经过第六管路(22)、第七管路(25)与第九管路(32)进入氮气升温装置(28)，补充高温高压氮气的气源；J、调节第八阀门(36)的打开程度为30％～60％，保证地面钻井内的蓄压环境，同时排出部分已降温的氮气；K、当温度测量装置(39)测量的温度为160℃时，关闭第八阀门(36)、第七阀门(30)、第三阀门(16)、第五阀门(23)、第六阀门(26)、氮气升温装置(28)、氮气增压装置(17)与制氮机(24)，地面钻井(2)密闭24h后对瓦斯进行抽采；L、当瓦斯抽采管(3)的流量低于8m³时，重复步骤E～K，对煤层(1)进行多次液氮冻结与高温高压氮气融化形成超大温差效应，最终通过增加煤体的渗透率，确保地面钻井的瓦斯大流量、高浓度、长时间抽采。