CN104007021B - 一种真空状态下实验室水力压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种真空状态下实验室水力压裂方法，包括注水管、水泵、密封腔体，所述密封腔体上设有排气阀；包括以下步骤：(1)在煤样表面安装信息采集装置，注水管一端插入煤样内部，一端与水泵连接，将煤样放入密封腔体中；(2)清除注水管中的气体；(3)向密封腔体中注水，通过排气阀排出气体，关掉排气阀，再向密封腔体中注水形成围压；(4)述煤样施加轴向压力；(5)通过注水管向煤样内部注水，直至煤样破裂，通过信息采集装置采集煤样破裂信息。本发明清除注水管中的气体后，使得水力压裂实验过程不再受注水管中气体的影响，完善了水力压裂实验过程。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空状态下实验室水力压裂方法。
背景技术
水力致裂技术最早应用在石油工程来提高贫油井的产量，逐渐成为测定深部地层原地应力的最可靠方法之一。在地热资源的开发、核废料的储存等领域也得到了重要应用。因此，水力压裂技术具有重要工业价值和经济效益。
水力压裂技术是近年来发展起来的一种新型的增强煤体透气性技术，通过打钻形成钻孔后，向钻孔内注入高强压力水。使煤体内部结构受到破坏，在高压水力作用下，最终使煤体深部原生裂隙扩张，空隙增大，从而提高煤层的透气性，使游离态的瓦斯量增多，大大提高了瓦斯抽放效率，降低了煤层瓦斯突出性危险；同时，水力压裂改变了煤体的裂隙结构,降低了煤岩的弹性和储蓄能量的能力,从而有效防止了冲击地压的发生。
随着开采深度的不断的延伸,煤层瓦斯含量、瓦斯压力在不断的增大,冲击地压也越加危险，为防止在生产过程中突出、冲击地压事故的发生,实现安全生产,对高压注水压裂消突技术进行了研究；测取压裂参数,利用压裂设备,对有突出、冲击危险性的实体煤进行压裂。经实践表明,水力压裂技术可将煤岩体内部微裂隙扩展使其连同,将煤岩体内的瓦斯潜能及弹性能得到一定量的释放,使煤层的透气性增加,降低了煤岩的弹性和储蓄能量的能力，结合瓦斯抽放技术能够有效地削减和消除煤岩体突出、冲击地压的危险性。
由于煤层中的空隙、裂隙里充满了气体，煤层注水实际上是水替代气的水驱气的渗流过程，在常规的各种水力压裂方法中，形成钻孔后，通过输水管向钻孔内注入高强压力水，使煤体内部结构受到破坏，在高压水力作用下，最终使煤体深部原生裂隙扩张，空隙增大，改变了煤体的裂隙结构,降低了煤岩的弹性和储蓄能量的能力,使煤岩体内的瓦斯潜能得到一定量的释放，从而达到消除冲击地压危险性、降低了煤层瓦斯突出性危险的目的。
研究人员进行了实验室水力压裂实验，其方法不外是通过打钻形成钻孔后，向钻孔内注入高强压力水，但以往的实验忽略了注液管中气体对水力压裂实验结果的影响，由于实验中煤样较小，管中气体相对煤样来说含量过多，压裂实验开始后，管中气体首先占据压裂裂隙空间，使压裂过程的前期为气体压裂，减少了压裂过程中的用水量，而在现场工作时，管中的空气完全可以忽略，如果按实验中用水比例进行注水，达不到预期压裂效果。
举例分析：在实验中，自压裂液注水阀至煤样的管路大致长度为900—1000mm，管路平均直径约为10—12mm，总体积大约为110000mm3。
根据玻意耳定律：在定量定温下，理想气体的体积与气体的压强成反比。当气体体积被压缩后其压强会增加百倍，甚至更多，而标准大气压＝760mmHg＝76cmHg＝1.013×105Pa，约为0.1Mpa，所以实验中的管路中的气体压缩后气体压强可增加至10Mpa，甚至更多，高压气体使煤岩体内部微裂隙扩展，对煤体造成预破坏，在液体到达煤体内部并对其进行压裂前使煤体内部裂隙不断拓展发育，严重影响水力压裂实验过程及结果。
发明内容
为了克服上述的不足，本发明提供了一种真空状态下实验室水力压裂方法。
为了解决上述问题，本发明提供的技术方案为：
一种真空状态下实验室水力压裂方法，包括注水管、水泵、密封腔体，所述密封腔体上设有排气阀；
包括以下步骤：
(1)在煤样表面安装信息采集装置，所述注水管一端插入所述煤样内部，一端与所述水泵连接，将所述煤样放入所述密封腔体中；
(2)清除所述注水管中的气体；
(3)向所述密封腔体中注水，通过所述排气阀排出气体，关掉所述排气阀，再向所述密封腔体中注水形成围压；
(4)对所述煤样施加轴向压力；
(5)通过所述注水管向所述煤样内部注水，直至所述煤样破裂，通过所述信息采集装置采集所述煤样破裂信息。
优选的，所述信息采集装置包括声发射传感器、应力应变片。
优选的，利用真空泵清除所述注水管中的气体，提高了实验数据的可靠性。
优选的，在进行步骤(5)时，保持所述密封腔体中的水压稳定。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明清除注水管中的气体后，使得水力压裂实验过程不再受注水管中气体的影响，完善了水力压裂实验过程；采用真空泵对注水管路抽取空气，防止气体压裂煤体，提高了实验数据的可靠性，使其更具有研究价值，对现场工作有很高的指导意义。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明：
一种真空状态下实验室水力压裂方法，包括注水管、水泵、密封腔体，密封腔体上设有排气阀；
包括以下步骤：
(1)在煤样表面安装信息采集装置，信息采集装置包括声发射传感器、应力应变片，注水管一端插入煤样内部，一端与水泵连接，将煤样放入密封腔体中；
(2)利用真空泵清除注水管中的气体；
(3)向密封腔体中注水，通过排气阀排出气体，关掉排气阀，再向密封腔体中注水形成围压；
(4)对煤样施加轴向压力；
(5)保持所述密封腔体中的水压稳定，通过注水管向煤样内部注水，直至煤样破裂，通过声发射传感器、应力应变片采集煤样破裂信息。
注水管清除气体后，对注水压裂的压裂门槛值几乎无影响，反而防止了高压气体对煤样的破坏，改善了水力压裂过程，提高了实验结果的可靠性，做到了实际意义上的水力压裂，更具有实用价值，具体表现在可以确定泵压的合理范围，防止水泵额定压力过小或过大，能够确定在特定矿山压力下的水泵选型，并实现最经济的合理压裂。
本技术方案清除注水管中的气体后，使得水力压裂实验过程不再受注水管中气体的影响，完善了水力压裂实验过程；采用真空泵对注水管路抽取空气，防止气体压裂煤体，提高了实验数据的可靠性，使其更具有研究价值，对现场工作有很高的指导意义。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种真空状态下实验室水力压裂方法，其特征在于：包括注水管、水泵、密封腔体，所述密封腔体上设有排气阀；
包括以下步骤：
(1)在煤样表面安装信息采集装置，所述注水管一端插入所述煤样内部，一端与所述水泵连接，将所述煤样放入所述密封腔体中；
(2)清除所述注水管中的气体；
(3)向所述密封腔体中注水，通过所述排气阀排出气体，关掉所述排气阀，再向所述密封腔体中注水形成围压；
(4)对所述煤样施加轴向压力；
(5)通过所述注水管向所述煤样内部注水，直至所述煤样破裂，通过所述信息采集装置采集所述煤样破裂信息。
2.根据权利要求1所述的真空状态下实验室水力压裂方法，其特征在于：所述信息采集装置包括声发射传感器、应力应变片。
3.根据权利要求1所述的真空状态下实验室水力压裂方法，其特征在于：利用真空泵清除所述注水管中的气体。
4.根据权利要求1所述的真空状态下实验室水力压裂方法，其特征在于：在进行步骤(5)时，保持所述密封腔体中的水压稳定。
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