【技术实现步骤摘要】
本申请涉及煤与煤层气共采，特别涉及一种基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法及系统。
技术介绍
1、我国煤矿数量众多，其中高瓦斯凸出矿井占总煤矿的比例超过55％，这对煤矿的安全生产构成了严重威胁。煤层气作为一种清洁能源，虽然储量较低，开发难度较大，但高效的煤层气抽采对降低煤矿瓦斯事故的发生具有重要意义。
2、目前，我国煤层气的开发主要有两种模式。第一种是在煤炭井工开采过程中进行煤层气的排采和利用，即在煤炭开采时同时进行煤层气的抽采和利用，这种方式需要在煤矿井下建设大量辅助巷道和瓦斯抽采钻孔，但由于施工过程中塌孔现象显著，因此施工难度较大。同时，随着煤储层的埋深增加，传统的井工开采方式存在围岩稳定性弱、开采系统复杂、开采能耗巨大等问题。
3、第二种模式是将煤层气作为主要的开采目标，首先通过水力压裂、超频增渗和电爆震等技术手段对储层进行改造，然后进行煤层气井的排采作业，最后通过井工开采的方式进行煤炭的生产。这种方式需要大量的资金投入和较长的生产周期，且需要将煤层气与煤炭资源开采隔离开来。
4、因而，亟需提供一种针对上述现有技术不足的技术方案。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法及系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
3、本申请提供一种基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，包括：步骤s101、在开采煤田地表向下施工直达煤层中部的注入
4、优选的，在步骤s102中，水力冲孔水平井与注入竖井圆弧相连，流态化开采水平井与生产竖井圆弧相连，形成同一剖面的对称的l形铺设方式；多个水力冲孔水平井与多个流态化开采水平井相互交错间隔布置；多个水力冲孔水平井共用一个注入竖井，多个流态化开采水平井共用一个生产竖井。
5、优选的，在步骤s102中，相邻设置的水力冲孔水平井与流态化开采水平井之间的间距等于压裂半径。
6、优选的，在步骤s103中，按照公式：
7、q＝rbhp
8、确定水力冲刷的注入水量q；其中，r为水力冲刷的压裂半径；b为煤层厚度；h为煤层钻孔水力冲刷段的长度；p为煤体空隙率。
9、优选的，在步骤s103中，确定水力冲刷的注入压力包括：基于强度理论，分别确定煤层及顶底板发生不同形式破坏的破裂压力临界值，以基于水力冲刷破岩准则，确定水力冲刷的注入压力。
10、优选的，按照公式：
11、
12、分别确定煤层及顶底板发生不同形式破坏的破裂压力临界值；其中，pb1为拉伸破坏模式下的破裂压力临界值；pb2为剪切破坏模式下的破裂压力临界值；pb3为先剪切后拉伸破坏模式下的破裂压力临界值；σh为最小水平地应力；σh为最大水平地应力；st为煤岩的单轴抗拉强度；c为内聚力；为内摩擦角；σv为垂直应力。
13、优选的，按照公式：
14、pb＝min(pb1、pb2、pb3)
15、分别确定煤层发生不同形式破坏的破裂压力临界值pb煤，以及顶底板发生不同形式破坏的破裂压力临界值pb岩；选取pb煤与pb岩之间的最小值为水力冲刷的注入压力。
16、优选的，在步骤s104中，根据水平钻井获取的煤层产状，确定水力冲孔水平井中每个压裂段的长度。
17、优选的，在步骤s105中，封堵生产竖井，按照确定的注入水量及注入压力持续向注入竖井中注水，使第i个压裂段对应的水力碎煤区保持正压状态，在第i个压裂段对应的水力碎煤区冲刷致裂，煤体落入下方的流态化开采水平井；其中，i∈n，n为水力冲孔水平井中压裂段的数量，i、n均为正整数；打开生产竖井，通过流态化开采水平井内布置的流态化开采管道进行抽采，使水力冲刷液携带煤层气及落煤运移至地面；再次封堵生产竖井，对第i+1个压裂段进行水力冲刷及抽采，并依次循环推进，直至完成对第n个压裂段的水力冲刷及抽采。
18、本申请实施例还提供一种基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采系统，包括：竖井施工单元，配置为在开采煤田地表向下施工直达煤层中部的注入竖井和生产竖井；水平通道单元，配置为在煤层施工至少一组水平通道，每组水平通道均包含上下并列设置的水力冲孔水平井和流态化开采水平井；其中，水力冲孔水平井与注入竖井连通，流态化开采水平井与生产竖井连通；注水参数单元，配置为根据煤层及顶底板岩石强度确定水力冲刷的注入水量及注入压力；分段划分单元，配置为基于滑套分段压裂技术，根据水平钻井获取的煤层产状，确定水力冲孔水平井中每个压裂段的长度，以对每个压裂段进行独立压裂；压裂抽采单元，配置为按照确定的注入水量及注入压力向注入竖井中注水，进行压裂水力碎煤，使煤体落入下方的流态化开采水平井，并通过生产竖井进行煤炭流态化抽采；其中，对每个压裂段分别进行独立压裂水力碎煤，并基于每个压裂段的长度进行循环压裂抽采。
19、有益效果：
20、本申请实施例提供的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，首先，在开采每天地表向下施工直达煤层中部的注入竖井和生产竖井；然后，在煤层施工至少一组水平通道，每组水平通道均包含上下并列设置的水力冲孔水平井和流态化开采水平井；其中，水力冲孔水平井与注入竖井连通，流态化开采水平井与生产竖井连通；接着，根据煤层及顶底板岩石强度确定水力冲刷的注入水量及注入压力，并基于滑套分段压裂技术，根据水平钻孔获取的煤层产状，确定水力冲孔水平井中每个压裂段的长度，一对每个压裂段进行独立压裂；最后，按照确定的注入水量及注入压力像注入竖井中注水，进行压裂水力碎煤，使煤体落入下方的流态化开采水平井，并通过生产竖井进行煤炭流态化抽采；其中，对每个压裂段分别进行独立压裂水力碎煤，并基于每个压裂段的长度进行循环压裂抽采。籍以，基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采技术，实现煤层气经济、高效排采，煤炭资源安全，清洁开采。
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1.一种基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，在步骤S102中，
3.根据权利要求1所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，在步骤S102中，
4.根据权利要求1所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，在步骤S103中，按照公式：
5.根据权利要求1所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，在步骤S103中，确定水力冲刷的注入压力包括：
6.根据权利要求5所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，按照公式：
7.根据权利要求5所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，在步骤S104中，
9.根据权利要求1所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，在步骤S105中，
10.一种基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采系统，其特征在
...【技术特征摘要】
1.一种基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，在步骤s102中，
3.根据权利要求1所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，在步骤s102中，
4.根据权利要求1所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，在步骤s103中，按照公式：
5.根据权利要求1所述的基于水力冲刷的煤与煤层气原位共采方法，其特征在于，在步骤s103中，确定...
【专利技术属性】
技术研发人员：聂百胜，何珩溢，刘鹏，柳先锋，尹刚，邓博知，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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