煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法技术

本发明专利技术涉及一种煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，包括以下步骤：A、在煤壁上钻打压裂孔；B、对压裂孔进行封堵；C、向压裂孔内部泵入碱液。本发明专利技术主要特点是将压裂液替换为碱液，在对煤层起到压裂作用时，主要通过碱液与煤层中的酸性物质发生中和反应，促进了裂缝的形成，达到煤层改性目的。达到煤层改性目的。达到煤层改性目的。

【技术实现步骤摘要】
煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法


[0001]本专利技术属于煤层冲击地压防治
，具体涉及为煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法。

技术介绍

[0002]煤中含有14多种常量元素，主要是C、H、O和N组成煤的有机组分，S既是煤中有机物质的组成成分，也是硫酸盐矿物和硫化物的重要组成。Na、Al、Mg、Ca、Si、Ti、K、Fe和P主要组成无机部分，氢氧化物、硅酸盐、氧化物、碳酸盐、硫化物、磷酸盐、硫酸盐等矿物是主要载体：
①
Si主要以石英、粘土矿物、硅酸盐和铝硅酸盐形式存在；
②
Al主要以硅酸盐和氢氧化物形式存在；
③
Fe：存在于硫化物(黄铁矿，白铁矿，磁黄铁矿等)中，以黄铁矿为主，部分也以碳酸盐矿物、氢氧化物和氧化物、硫酸盐等型式存在；
④
Mg以碳酸盐和粘土矿物为主；
⑤
Na主要以粘土矿物、硅酸盐、岩盐形式存在；
⑥
Ca在煤中主要以碳酸盐(方解石)、硫酸盐(石膏)、磷酸盐、硅酸盐型式和有机状态存在。
⑦
K在煤中以伊利石、长石、云母的形式存在。
[0003]除主要的可燃有机煤基质，煤层中含有水和其他杂质矿物，其中硫酸盐矿物和硫化物占了较大比重，硫酸盐是强酸弱碱盐，H2S的溶液呈弱酸性，煤中的有机羧酸在碱性环境中也会发生中和反应，此外，中高硫煤层开采过程中黄铁矿、白铁矿等会发生一系列物化和生化反应，使矿井水呈酸性，这一现象在陕、晋、鲁、皖、蒙、川、桂、贵等主要产煤省区均广泛存在。因此煤层存在能够发生中和反应的酸性环境，具备中和碱性物质的物质条件。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，本专利技术主要特点是将压裂液替换为碱液，在对煤层起到压裂作用时，还可以通过碱液与煤层中的酸性物质发生中和反应，促进了裂缝的形成，达到煤层改性目的。
[0005]本专利技术解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是：
[0006]煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，包括以下步骤：
[0007]A、在煤壁上钻打压裂孔；
[0008]B、对压裂孔进行封堵；
[0009]C、向压裂孔内部泵入碱液。
[0010]优选的，将胶囊封孔器放置于压裂孔中，对压裂孔进行封堵，胶囊封孔器通过高压胶管与胶囊泵站连接。
[0011]优选的，压裂孔内部设有注水端头，注水端头位于压裂孔封堵处与孔底之间。
[0012]注水端头通过高压管与碱液供给装置连接。
[0013]优选的，碱液供给装置包括碱液添加混合装置以及高压泵站，高压泵站的进出口分别与碱液添加混合装置以及高压管贯通连接。
[0014]优选的，所述的高压管上设有流量计以及水压计。
等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0032]在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0033]以下结合附图对本专利技术煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法作进一步详细说明，但不作为对本专利技术的限定。
[0034]煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，包括以下步骤：
[0035]A、在煤壁上钻打压裂孔；
[0036]B、对压裂孔进行封堵；
[0037]C、向压裂孔内部泵入碱液；
[0038]D、增透压裂结束后，撤出设备。
[0039]煤层水力压裂是常用的技术手段，在煤层内形成宏观裂缝和裂缝网络，起到卸压的作用。使用碱液代替水，可以使煤层中的有机酸和无机酸与碱发生中和反应，使煤体被腐蚀，产生新的裂痕以及扩大原有裂痕，进而扩大卸压范围、提高卸压效果，强化防冲效果。
[0040]碱液对煤层的改性路径如下：
[0041](1)在碱性条件下，煤层中的有机酸和无机酸与碱发生中和反应：
[0042]碱(OH
‑
)+无机酸/有机酸(H
+
)
→
煤体腐蚀裂隙
→
碱化改性促裂
[0043](2)煤层吸水饱和：煤层吸水后处于饱水状态，力学指标弱化，冲击倾向性降低，达到煤层改性的目的。
[0044]煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法能够有效扩展常规水力压裂的优势，并补充其不足，扩大卸压范围、提高卸压效果，强化防冲效果。
[0045]煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法可通过以下的实施例进行实施。
[0046]煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，包括以下步骤：
[0047]A、在煤壁上钻打压裂孔，并连接压裂装置。
[0048]压力装置包括注水端头1、高压管2以及碱液供给装置。碱液供给装置通过高压管2以及注水喷头1，向压裂孔内部注入碱液，对压裂孔进行冲击，在煤体上形成裂痕。之后碱液在挤压到裂痕内部，与煤体中的有机酸以及无机酸发生中和反应，对煤体进行腐蚀，产生新的裂痕以及扩大原有裂痕，优化卸压效果，对冲击地压进行有效的防治。
[0049]碱液供给装置包括碱液添加混合装置以及高压泵站，高压泵站的进出口分别与碱液添加混合装置以及高压管3贯通连接。
[0050]B、对压裂孔进行封堵。
[0051]封堵的主要作用是避免碱液从压裂孔开口处喷出，因此封堵可采用多种现有的技术手段。本实施例中，采用胶囊封孔器2对压裂孔进行封堵。注水端头1位于胶囊封孔器2与压裂孔的孔底之间，胶囊封孔器2通过高压胶管6与胶囊泵站连接。
[0052]C、向压裂孔内部泵入碱液。
[0053]高压管3以及高压胶管6上均设有流量计4以及水压计5。
[0054]胶囊泵站向胶囊封孔器2内部注水，高压泵站通过注水端头1向压裂孔内部注入碱液，胶囊封孔器2内部注水压力大于或等于压裂孔内部碱液压力。
[0055]保持高压管3上水压计5检测的压力数值不变(即高压泵站输出压力不变)，当流量计4的数值稳定后，关闭高压泵站以及胶囊泵站。
[0056]D、增透压裂结束后，撤出设备。
[0057]通过高压管3上水压计5的数值来判断增透压裂过程是否结束。当高压管3上水压计5的数值逐渐降低，低于阈值时；或高压管3上水压计5的数值逐渐降低到某一数值后，稳定在此数值的时长大于等于120h时，判定增透压裂过程完成。可以拆除高压管3以及高压胶管6与压裂孔的连接，撤出设备。
[0058]从作用效果来讲，煤层水力压裂主要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于，包括以下步骤：A、在煤壁上钻打压裂孔；B、对压裂孔进行封堵；C、向压裂孔内部泵入碱液。2.根据权利要求1所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：将胶囊封孔器(2)放置于压裂孔中，对压裂孔进行封堵，胶囊封孔器(2)通过高压胶管(6)与胶囊泵站连接。3.根据权利要求1所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：压裂孔内部设有注水端头(1)，注水端头(1)位于压裂孔封堵处与孔底之间，注水端头(1)通过高压管(3)与碱液供给装置连接。4.根据权利要求3所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：碱液供给装置包括碱液添加混合装置以及高压泵站，高压泵站的进出口分别与碱液添加混合装置以及高压管(3)贯通连接。5.根据权利要求4所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：所述的高压管(3)上设有流量计(4)以及水压计(5)，高压泵站通过注水端头(1)向压裂孔内部注入碱液，水压计(5)检测的压力数值不变，流量计(4)的数值稳定后，关闭高压泵站。6.根据权利要求5所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：高压管(3)上水压计(5)的数值逐渐降低...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘国磊，王泽东，崔嵛，马秋峰，
申请(专利权)人：山东理工大学，
类型：发明
国别省市：