一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法技术

本发明专利技术涉及煤矿井下煤层增透技术领域，具体是一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法。包括以下步骤，S100：对煤样中的矿物质进行测定，对煤样进行宏观力学特性表征实验；S200：根据步骤S100测试的结果，设定目标煤层的增透顺序；S300：根据步骤S200确定的增透顺序对煤样进行处理，然后对处理后的煤样进行实验；实验包括x射线衍射实验、傅里叶红外光谱分析实验、电镜扫描实验、单轴压缩实验和渗流实验；S400：对步骤S300中实验结果与步骤S100中的实验结果进行对比，分别确定酸性增渗液与碱性增渗液的最佳配伍；S500：根据最佳配伍的酸性增渗液与碱性增渗液进行煤层气抽采。本发明专利技术不仅可大大提高煤层增透效果，还可有效降低增渗液对煤储层的伤害。渗液对煤储层的伤害。渗液对煤储层的伤害。

【技术实现步骤摘要】
一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法


[0001]本专利技术涉及煤矿井下煤层增透
，具体是一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法。

技术介绍

[0002]我国煤层气（瓦斯）资源丰富，发展前景广阔，埋深2000m以浅的煤层气资源储量约30.1万亿m
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，当前技术条件下可采资源量12.5万亿m
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，但我国煤层“微孔隙、强吸附、低渗透”的赋存特征严重制约了煤层气的开采。近年来，随着开采深度的不断增加，深部煤层高地应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量、低透气性的特性变得更加显著，导致赋存在煤层中的大量煤层气资源很难被抽采出来，同时也给煤矿安全、高效生产带来严重威胁。因此，低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。
[0003]煤储层属于典型的孔隙
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裂隙型储集层，其内部包含有丰富孔隙、裂隙等微结构，即独特的双重孔隙结构。其中，孔隙是吸附态（约占90%）和游离态煤层气储集的主要场所，其储气能力与煤层中孔隙发育程度和孔隙结构有关；裂隙是煤层气运移的主要通道，其发育特征直接影响煤层的渗透特性。煤层气抽采的过程本质上是煤层气在煤体结构中“解吸
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扩散
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渗流”的过程，即吸附在煤孔隙中的大量煤层气首先要解吸、扩散至裂隙中，然后才能通过裂隙结构渗流运移至抽采井中；因此，要实现对煤层气高效抽采，一方面需要改造煤储层，提高其渗透率，另一方面需将吸附态的煤层气解吸出来形成游离态，增加煤层气的解吸量。目前，在低渗煤层增透
，应用较为广泛的手段大多是通过力学致裂煤体来增加煤中孔隙结构，从而达到提高煤层渗透率的目的。在面对富含矿物质的煤层时，国内外学者提出将酸液借助水力压裂技术注入煤层中，酸液可以有效溶蚀填充在煤孔裂隙中的矿物质，进一步提高煤层渗透率，但这些手段对煤的瓦斯吸附性改变十分有限，且酸液由于黏性低，注入煤层后滤失大，浪费的同时容易在煤层后续开采过程中造成设备腐蚀。另外，不同煤层的孔裂隙结构、力学性质、矿物成分及含量、吸附特性均存在较大差异，这就导致采用相同的压裂技术和压裂液对不同的煤层进行增透，其增透效果往往大不相同。因此，针对目前低渗煤层增透效果差、缺乏针对性、煤层气抽采效率低等难题，研发一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法是十分迫切需要的。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，通过配制酸性增渗液和碱性增渗液，并根据煤层条件按先酸后碱或先碱后酸的顺序进行两次增透，可以在水力压裂的基础上，溶蚀填充在煤孔隙中的矿物质，进一步提高煤层渗透率，并降低煤的瓦斯吸附性，同时减少增渗液的滤失量和后续煤炭开采过程中对设备的腐蚀，达到清洁高效抽采煤层气的效果。
[0005]本专利技术采取以下技术方案：一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，包括以下步骤，S100：对需要增透的煤层进行采样并密封保存，并对煤样中的矿物质进行测
定，同时对煤样进行宏观力学特性表征实验；S200：根据步骤S100测试的结果，设定目标煤层的增透顺序，增透顺序为酸性增渗液和碱性增渗液注入煤层的先后顺序，包括先酸后碱、先碱后酸两种情况；S300：根据步骤S200确定的增透顺序对煤样进行处理，然后对处理后的煤样进行实验；实验包括x射线衍射实验、傅里叶红外光谱分析实验、电镜扫描实验、单轴压缩实验和渗流实验；S400：对步骤S300中实验结果与步骤S100中的实验结果进行对比，分别确定酸性增渗液与碱性增渗液的最佳配伍；S500：根据最佳配伍的酸性增渗液与碱性增渗液进行煤层气抽采。
[0006]在一些实施例中，步骤S100中对煤样的测试包括工业分析、矿物成分测定、煤样大分子结构测定、孔裂隙结构分析以及渗透率测定测试，工业分析测定煤中灰分占比，矿物质成分测定则可以确定煤中矿物质类别及相对含量，煤大分子结构测定确定原生煤样中的官能团类别；孔裂隙结构分析反映出原生煤样中的孔裂隙分布情况；渗透率测定测试反映出原生煤样中孔裂隙结构的透气性。
[0007]在一些实施例中，步骤S200中，当煤层中的矿物质以含硅矿物为主时，采用先碱后酸的增透顺序，先注入碱性增渗液将含硅矿物进行初次溶蚀或转化为易溶于酸的中间产物，同时增加煤中的含氧官能团含量，降低煤层的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，初次增透完成后注入酸性增渗液，彻底溶蚀煤中的矿物质；当煤层中的矿物质以碳酸盐矿物为主时，采用先酸后碱的增透顺序，先注入酸性增渗液溶蚀煤中的矿物质完成初次增透，再注入碱性增渗液中和残留的酸性增渗液，降低后续煤炭开采时对设备造成的腐蚀影响，并通过增加煤中含氧官能团含量来降低煤的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，完成二次增透。
[0008]在一些实施例中，步骤S300中，在实验方案的表征分析部分中，煤样经步骤S200设置的不同浓度增渗液处理后，通过x射线衍射实验表征煤样中矿物质变化情况，通过傅里叶红外光谱分析实验分析煤样含氧官能团变化情况，通过电镜扫描实验直观观测煤样微观孔裂隙变化，通过单轴压缩实验分析煤样力学性质变化情况，通过渗流实验分析煤样气体渗流特性的变化。
[0009]在一些实施例中，步骤S400中，通过对比不同浓度增渗液处理前、后煤样的各项实验结果，从增渗液改性煤体前、后的矿物成分及含量、孔隙率、渗透率、吸附解吸量、单轴抗压强度以及官能团变化确定增渗液浓度与煤样各项特征参数的关系，选出最优的增渗液配伍方案。
[0010]在一些实施例中，步骤S500的具体过程为：S501：分别钻设水平对接井和排采直井，水平对接井钻至煤层顶板岩层，在煤层上方0.5m~1.5m范围内进行水平钻进，直至与排采直井贯通，使得水平对接井和排采直井形成U型排采井系统，并在排采直井附近建立地面排采系统；S502：通过水平对接井向下方目标煤层定向射孔，沟通井眼与目标煤层之间的流体通道；按照已设定的增透顺序将初次增透的增渗液及支撑剂逐级压入目标煤层进行致裂增透；进行保压焖井，使增渗液充分渗入目标煤层，溶蚀煤层中的矿物质，改造其孔裂隙结构；保压焖井完成后，通过地面排采系统进行返排和采气；S503：当产气量跌至平均产气量的60%时，按照步骤S502向目标煤层中高压注入用
于二次增透的增渗液，实现对目标煤层的二次增透；进行保压焖井，进一步溶蚀煤层中的矿物质，改造其孔裂隙结构；进行保压焖井后，通过地面排采系统进行返排、采气。
[0011]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术根据实际煤层条件，针对性地向低渗煤层中交替注入酸性增渗液和碱性增渗液，既可通过水压致裂在煤层中形成宏观裂缝，实现物理增透，还通过增渗液充分溶蚀煤中矿物成分，实现化学增透；同时，增渗液还可降低煤对煤层气的吸附性，增大煤层气的解吸量，从而实现对低渗煤层的多方位协同增透和煤层气高效抽采。
[0012]2、本专利技术通过酸碱交替压裂二次改造煤储层透气性，不仅可大大提高煤层增透效果，还可有效降低增渗液对煤储层的伤害，降低后续煤炭开采时对设备的腐蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，其特征在于：包括以下步骤，S100：对需要增透的煤层进行采样并密封保存，并对煤样中的矿物质进行测定，同时对煤样进行宏观力学特性表征实验；S200：根据步骤S100测试的结果，设定目标煤层的增透顺序，增透顺序为酸性增渗液和碱性增渗液注入煤层的先后顺序，包括先酸后碱、先碱后酸两种情况；S300：根据步骤S200确定的增透顺序对煤样进行处理，然后对处理后的煤样进行实验；实验包括x射线衍射实验、傅里叶红外光谱分析实验、电镜扫描实验、单轴压缩实验和渗流实验；S400：对步骤S300中实验结果与步骤S100中的实验结果进行对比，分别确定酸性增渗液与碱性增渗液的最佳配伍；S500：根据最佳配伍的酸性增渗液与碱性增渗液进行煤层气抽采。2.根据权利要求1所述的低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，其特征在于：所述步骤S100中对煤样的测试包括工业分析、矿物成分测定、煤样大分子结构测定、孔裂隙结构分析以及渗透率测定测试，工业分析测定煤中灰分占比，矿物质成分测定则可以确定煤中矿物质类别及相对含量，煤大分子结构测定确定原生煤样中的官能团类别；孔裂隙结构分析反映出原生煤样中的孔裂隙分布情况；渗透率测定测试反映出原生煤样中孔裂隙结构的透气性。3.根据权利要求1所述的低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，其特征在于：所述步骤S200中，当煤层中的矿物质以含硅矿物为主时，采用先碱后酸的增透顺序，先注入碱性增渗液将含硅矿物进行初次溶蚀或转化为易溶于酸的中间产物，同时增加煤中的含氧官能团含量，降低煤层的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，初次增透完成后注入酸性增渗液，彻底溶蚀煤中的矿物质；当煤层中的矿物质以碳酸盐矿物为主时，采用先酸后碱的增透顺序，先注入酸性增渗液溶蚀煤中的矿物质完成初次增透，再注入碱性增渗液中和残留的酸性增渗液，降低后续煤炭开采时对设备造成的腐蚀影响，并通过增加煤中含氧官能...

【专利技术属性】
技术研发人员：张欢，杜双利，秦宇辉，李雨成，陶文飞，杨雪林，王涛，赵涛，吕亚萍，毛心雨，宋创，尹美军，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：