一种煤矿井下受限空间加砂压裂系统及压裂方法技术方案

本发明专利技术公开了一种煤矿井下受限空间加砂压裂系统及压裂方法，加砂压裂系统，包括供水系统、混砂系统、压裂系统和高压管汇；还包括用于提供压裂液基液的基液供液系统和静态混合器，基液供液系统连接在混砂系统的进口端；所述静态混合器连接在混砂系统的出口端。压裂方法基于压裂系统实施，并采用即用即配型的小分子粘弹性清洁压裂液作为压裂基液。本发明专利技术的有益效果是，压裂系统结构简单、布局紧凑，特别适用于井下空间狭长受限环境；压裂方法充分利用系统布局紧凑的特点，且压裂增透效果好。且压裂增透效果好。且压裂增透效果好。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矿井下受限空间加砂压裂系统及压裂方法


[0001]本专利技术属于煤层气开发领域，具体涉及一种煤矿井下受限空间加砂压裂系统及压裂方法。

技术介绍

[0002]在煤矿领域，以水力压裂为代表的水力化措施被广泛应用于煤（岩）层增透，以提高煤层瓦斯的抽采效果。鉴于煤矿井下煤（岩）层压裂环境的特殊性，本申请人曾提出了如何解决上向钻孔的加砂压裂方案，该方案已于2019年5月6日向中国国家知识产权局申请了专利，该申请的公开号为CN110005393A，公开日期2019年7月12日。该方案通过采用大比重溶液携带小比重支撑剂的方法解决了上向钻孔支撑剂下沉问题，其压裂液在井下的现场配液池里通过粉剂原料加清水搅拌混合的方式现场配制。在实际应用过程中，申请人发现该方案还具有一定的局限性。一是配液池需求空间过大，若压裂区域无类似于绕道、钻场等空间，则无法修筑配液池，压裂系统现场实用性不佳；二是由于井下巷道环境潮湿，配液前期粉剂遇水汽结坨后，需要人工使用筛子筛分，只有筛分后粒度充分小的粉剂搭配风枪搅拌才能与清水充分融合，作业人员劳动强度大、工具多、人员数量多；配液后期随着压裂液浓度升高，粉剂溶解性差，容易出现絮状物，与低密度压裂砂混合容易集结成坨，通过系统阻力增大，通过性较差，增大了水泵、压裂泵组及整个系统运行负荷。尽管目前市面上出现了一种即用即配型压裂液基液，其为一种小分子粘弹性清洁压裂液，遇水10秒内分散溶解，具有低粘度高携砂性能，破胶彻底，对煤层无吸附伤害，可以即时调整浓度，改变压裂液粘度，满足不同砂比携砂性能要求。即用即配型压裂液基液可解决粉剂原料后期增大系统运行负荷问题，但因配液池导致的作业空间受限问题需要进一步解决。

技术实现思路

[0003]本专利技术的第一目的就是针对现有技术中煤矿井下加砂压裂系统占用空间大的不足，提供一种煤矿井下受限空间加砂压裂系统，该系统利用混砂系统的抽吸功能，抽吸清水和即用即配型基液，利用静态混合器将清水、基液和支撑剂在管路中直接充分混合后供压裂系统使用，从而取消了配液池，以及专门的配液工作。可有效节省空间，以适用于空间受限的井下环境，拓宽了应用范围，显著减少了压裂准备工作量，节省了人力，并提高了压裂效率。本专利技术第二目的是基于前述装置提供一种适用于上向钻孔的加砂压裂方法，相较于清水压裂技术，可以对压出的裂缝进行支撑，维持较好的瓦斯运移通道，提升瓦斯抽采效果，且该方法节省了人力成本，提高了压裂效率。
[0004]为实现第一目的，本专利技术采用如下技术方案。
[0005]一种煤矿井下受限空间加砂压裂系统，包括供水系统、混砂系统、压裂系统和高压管汇；还包括用于提供压裂液基液的基液供液系统和静态混合器，所述供水系统和基液供液系统连接在混砂系统的进口端；所述静态混合器连接在混砂系统的出口端。
[0006]采用前述方案的本加砂压裂系统，利用混砂系统的抽吸功能，抽吸清水和即用即
配型基液，利用静态混合器将清水、基液和支撑剂充分混合后供压裂系统使用，与现有井下建造配液池和用粉剂现场配制压裂液相比，取消了配液池，以及专门的配液工作，且盛装容器体积远远小于配液池。可有效节省空间，以适用于压裂区域无类似于绕道、钻场等空间受限的井下环境，拓宽了应用范围，显著减少了压裂准备工作量，节省了人力，并提高了压裂效率。
[0007]优选的，所述基液供液系统包括负压进液器，负压进液器的进口端通过供水管道与连接供水系统连接，负压进液器的出口端与混砂系统的进口端连接，负压进液器中间形成有负压腔，负压进液器上设有至少一根压裂液吸附管，压裂液吸附管一端与负压腔连通，另一端与基液容器连通。以确保在负压进液器出口的抽吸条件下，主通道进入清水，压裂液吸附管吸入即用即配型高浓度基液，在两者进口通道上设置阀门后，可调节吸入比例，为加砂后均匀混合提供保障。其中，静态混合器和负压进液器均呈两端具有连接法兰的管状结构。以通过法兰连接确保连接可靠，并能够形成良好密封，确保适用于高压压裂场合。
[0008]进一步优选的，按液体流动方向，所述负压腔形成在进口端的漏斗形变径缩径段和出口端的等径缩径段之间，且进口端的漏斗形变径缩径段和出口端的等径缩径段两者与负压腔接通处的口径相等。以使负压进液器具有良好的吸附功能，确保可靠性。为使抽吸效果更好，负压腔的通径与等径缩径段的通径比按1.5～2.0倍设置，其中， 1.75～1.85倍时效果最佳。
[0009]更进一步优选的，所述漏斗形变径缩径段的锥角为15
°
～25
°
。更进一步确保负压腔具有良好的抽吸效果。
[0010]优选的，所述静态混合器由至少两个旋向相反的螺旋混合单元组成，相邻螺旋混合单元中的叶片螺旋方向相反。确保水、基液与支撑剂混合均匀，且结构简单。由于清水、支撑剂和压裂液基液的性状不同，为使三者形成较好的混合状态，静态混合器的长度和通径应当按照10～20倍选取。综合考虑成本、加工和安装方便性等因素，二者的长径比按12～15选取为最佳。另外，两种叶片的的螺旋升角最好相等，合理的取值为20
°
～45
°
度。以通过合理的螺旋升角设置，有效提升混合效果。其中，螺旋升角为22
°
～55
°
度时，混合效果最佳。
[0011]优选的，所述混砂系统由混砂泵和增压泵组成，混砂泵的混合器进口与基液供液系统的出口端连接，混砂泵的混合器出口端与增压泵的进口端连接，所述混合器具有添加支撑剂的支撑剂添加口；增压泵的出口端与压裂系统连接；所述压裂泵组由两台压裂泵并联形成，并通过Y形三通汇流到高压管汇，高压管汇汇集有多根对应多个压裂钻孔的输出管道。以形成完整的水力高压压裂系统，并在基液吸入后与水充分接触，并经过混砂系统延缓设定时间完全溶解后，再进入混合器充分混合，确保压裂液浓度均匀，压裂功能可靠。
[0012]为实现第二目的，本专利技术采用以下技术方案。
[0013]一种水力加砂压裂方法，基于实现第一专利技术目的的砂压裂系统实施，包括以下步骤：第一步，压裂准备：包括加砂压裂系统设备布设、基液和支撑剂备料，以及按先清水后压裂液携砂的压裂方式确定清水用量V
清
、压裂液用量V
压
和支撑剂用量M
砂
；所述基液采用即用即配型的小分子粘弹性清洁压裂液；所述支撑剂采用粒径为40目～70目，且体积密度为1.25g/cm3的低密度陶粒砂；第二步，清水压裂造缝：采用所述清水用量V
清
的清水进行压裂造缝，以使储层形成裂
缝；第三步，压裂液携砂压裂：采用所述压裂液用量V
压
的压裂液，并通过加砂装置逐渐使压裂液携砂而进行压裂液携砂压裂，以通过支撑剂阻止压裂缝闭合。
[0014]采用前述技术方案的本专利技术，通过加砂压裂系统设备布设，基液和支撑剂备料，以及进水口与清水水源连接后，首先进行清水压裂，使煤体形成初始裂缝；然后，再用配制的压裂液进行携砂压裂，利用体积密度为1.25g/cm3的低密度陶粒砂能够悬浮于特制高密度压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矿井下受限空间加砂压裂系统，包括供水系统、混砂系统（3）、压裂系统和高压管汇；其特征在于，还包括用于提供压裂液基液的基液供液系统和静态混合器（1），所述供水系统和基液供液系统连接在混砂系统（3）的进口端；所述静态混合器（1）连接在混砂系统（3）的出口端。2.根据权利要求1所述的加砂压裂系统，其特征在于，所述基液供液系统包括负压进液器（2），负压进液器（2）的进口端通过供水管道与连接供水系统连接，负压进液器（2）的出口端与混砂系统（3）的进口端连接，负压进液器（2）中间形成有负压腔（21），负压进液器（2）上设有至少一根压裂液吸附管（22），压裂液吸附管（22）一端与负压腔（21）连通，另一端与基液容器连通。3.根据权利要求2所述的加砂压裂系统，其特征在于，按液体流动方向，所述负压腔（21）形成在进口端的漏斗形变径缩径段和出口端的等径缩径段之间，且漏斗形变径缩径段和出口端的等径缩径段两者与负压腔（21）接通处的口径相等。4.根据权利要求3所述的加砂压裂系统，其特征在于，所述漏斗形变径缩径段的锥角为15
°
～25
°
。5.根据权利要求1所述的加砂压裂系统，其特征在于，所述静态混合器（1）由至少两个旋向相反的螺旋混合单元组成，相邻螺旋混合单元中的叶片螺旋方向相反。6.根据权利要求1～5中任意一项所述的加砂压裂系统，其特征在于，所述混砂系统（3）由混砂泵（31）和增压泵（32）组成，混砂泵（31）的混合器进口与基液供液系统的出口端连接，混砂泵（31）的混合器出口端与增压泵（2）的进口端连接，所述混合器具有添加支撑剂的支撑剂添加口；增压泵（2）的出口端与压裂系统连接；所述压裂泵组由两台压裂泵并联形成，并通过Y形三通（5）汇流到高压管汇（6），高压管汇（6）汇集有多根对应多个压裂钻孔（8）的输出管道。7.一种水力加砂压裂方法，其特征在于，该方法基于权利要求1～6中任一项所述的砂压裂系统实施，包括以下步骤：第一步，压裂准备：包括加砂压裂系统设备布设、基液和支撑剂备料，以及按先清水后压裂液携砂的压裂方式确定清水用量V
清
、压裂液用量V
压
和支撑剂用量M
砂
；所述基液采用即用即配型的小分子粘弹性清洁压裂液；所述支撑剂采用粒径为40目～70目，且体积密度为1.25g/cm3的低密度陶粒砂；第二步，清水压裂造缝：采用所述清水用量V
清
的清水进行压裂造缝，以使储层形成裂缝；第三步，压裂液携砂压裂：采用所述压裂液用量V
压
的压裂液，并通过加砂装置逐渐使压裂液携砂而进行压裂液携砂压裂，以通过支撑剂阻止压裂缝闭合。8.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，周俊杰，刘军，王选琳，周东平，蒋和财，龚齐森，刘柯，刘登峰，张翠兰，张尚斌，谢飞，郭臣业，沈大富，王文春，何华，贾振福，
申请(专利权)人：重庆市能源投资集团有限公司重庆科技学院，
类型：发明
国别省市：