CN107401400B - 压裂系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压裂系统，属于煤层气开采领域。所述压裂系统包括控制设备、识别设备、射孔设备和液体注入设备，控制设备分别与识别设备、射孔设备和液体注入设备连接。本发明通过识别设备确定煤层的顶板或者底板的岩层类型，控制设备根据煤层的顶板或者底板的岩层类型，确定射孔位置以及射孔比例系数，液体注入设备将压裂液注入射孔段，从而形成较长的裂缝，保证在长时间内的稳定产气量，提高了煤层气的产气量，提高了煤层气的采收率。
Description
技术领域
本发明涉及煤层气开采领域，特别涉及一种压裂系统。
背景技术
煤层气是吸附在煤基质颗粒表面的烃类气体，是煤的伴生矿产资源。随着开采技术的不断进步，在开采煤矿的同时，还可以对煤层气进行采集。
实际应用中，采用水力压裂技术开采煤层气。即在采集煤层气时，需要先将套管下放至煤层，并通过射孔枪在煤层的位置进行射孔作业，从而击穿套管形成射孔段，使井筒与煤层连通，再以高压状态向射孔段中注入压裂液，使得压裂液进入射孔段并在煤层内部形成裂缝，再向形成的裂缝中注入支撑剂，防止裂缝闭合。注入支撑剂后，就可以通过裂缝将煤层中的地层水抽取至井筒中，进一步将地层水通过井筒抽取至地面，随着地层压力的降低，煤层中吸附状态的甲烷气体也即是煤层气开始解吸，然后可以通过射孔段被吸入井筒，进一步地被抽取至地面。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
当煤层为软煤层时，采用水力压裂技术会造成煤层中的裂缝短，不足以维持长时间稳定的产气量，造成产气量过少，煤层气采收率过低的问题。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种压裂系统。所述技术方案如下：
根据本发明实施例的第一方面，提供一种压裂系统，所述压裂系统包括控制设备、识别设备、射孔设备和液体注入设备，所述控制设备分别与所述识别设备、所述射孔设备和所述液体注入设备连接；
所述识别设备用于确定煤层的顶板或者底板的岩层类型；
所述控制设备用于确定所述煤层的顶板或者底板的岩层类型是否满足压裂条件；
所述控制设备，还用于当所述煤层的顶板或者底板满足所述压裂条件时，根据所述煤层的顶板或者底板的岩层类型确定射孔位置以及射孔比例系数，所述射孔位置位于所述煤层与所述煤层的顶板或者底板的交界处，所述射孔比例系数为所述煤层的顶板或者底板在竖直方向上被射开的长度与所述煤层在竖直方向上被射开的长度的比值；
所述射孔设备用于根据所述射孔比例系数在所述射孔位置进行射孔形成射孔段；
所述液体注入设备用于将压裂液注入所述射孔段。
在另一实施例中，所述识别设备还用于确定所述煤层的煤层类型；
所述控制设备还用于根据所述煤层的煤层类型和所述煤层的顶板或者底板的岩层类型，确定所述射孔位置和所述射孔比例系数。
在另一实施例中，当所述煤层的煤层类型为原生结构煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为砂岩或者泥质砂岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数为0.5。
在另一实施例中，当所述煤层的煤层类型为碎粒煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为砂岩或者泥质砂岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数大于或等于1。
在另一实施例中，当所述煤层的煤层类型为混合型煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为砂岩或者泥质砂岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数为区间(0.5，1)内的任意数。
在另一实施例中，当所述煤层的煤层类型为原生结构煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为脆性指数大于40的泥岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数为区间(0.5，1)内的任意数。
在另一实施例中，当所述煤层的煤层类型为碎粒煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为脆性指数大于40的泥岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数大于或等于2。
在另一实施例中，当所述煤层的煤层类型为混合型煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为脆性指数大于40的泥岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数为区间(1，2)内的任意数。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
本实施例提供的压裂系统，包括控制设备、识别设备、射孔设备和液体注入设备，控制设备分别与识别设备、射孔设备和液体注入设备连接。通过识别设备确定煤层的顶板或者底板的岩层类型，控制设备根据煤层的顶板或者底板的岩层类型，确定射孔位置以及射孔比例系数，液体注入设备将压裂液注入射孔段，从而形成较长的裂缝，保证在长时间内的稳定产气量，提高了煤层气的产气量，提高了煤层气的采收率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种压裂系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种煤层、煤层的顶板以及煤层的底板的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的一种压裂系统的结构示意图，参见图1，该压裂系统包括：控制设备110、识别设备120、射孔设备130和液体注入设备140，该控制设备110分别与识别设备120、射孔设备130和液体注入设备140连接。
在开采煤层气的过程中，需要先进行钻井，从井筒中获取矿井中煤层的顶板和煤层的底板的岩石样本，从而确定顶板和底板的岩层类型，以便根据顶板和底板的岩层类型确定开采煤层气的技术方案。
在本发明实施例中，该识别设备120用于根据预先获取的煤层顶板的岩石样本和煤层底板的岩石样本，对煤层顶板和煤层底板的岩石样本进行分析，确定煤层顶板或者煤层底板的岩层类型。
其中，岩层类型可以为砂岩、泥质砂岩或者泥岩。识别设备120可以为傅里叶红外光谱仪、X射线衍射仪、拉曼光谱仪或者扫描电镜等仪器，本发明实施例对此不做限定。
在确定煤层的顶板或者底板的岩层类型后，该控制设备110确定所述煤层的顶板或者底板的岩层类型是否满足压裂条件。
其中，压裂条件用于指示煤层的顶板或者底板的岩层类型为预设类型，例如，压裂条件可以为煤层的顶板或者底板的岩层类型为砂岩、泥质砂岩或者脆性指数大于40的泥岩，该脆性指数为岩石的抗压强度与岩石的抗拉强度的比值。
具体地，在通过识别设备120确定了煤层的顶板的岩层类型或者煤层的底板的岩层类型后，控制设备110可以根据识别设备120发送的岩层类型或者，根据用户输入的岩层类型，确定当前矿井的煤层的顶板或者底板是否符合压裂条件。如果符合压裂条件，则可以采用压裂的方法采收煤层气，如果不符合压裂条件，则无法通过压裂方法对矿井中的煤层气进行采收。
而且，需要说明的是，该控制设备110可以为电脑、手机或者平板等终端，本发明实施例对此不做限定。
当煤层的顶板或者底板满足上述压裂条件时，控制设备110还用于根据煤层的顶板或者底板的岩层类型确定射孔位置以及射孔比例系数。
具体地，当确定煤层的顶板或者底板满足压裂条件时，控制设备110则可确定在后续作业过程中进行射孔的位置，也即是在煤层与煤层的顶板或者底板的交界处进行射孔，以便在煤层和顶板或者底板都形成射孔段。而且，控制设备110可以确定射孔比例系数大于或者等于0.5。
其中，参见图2，该射孔位置位于煤层与煤层的顶板或者底板的交界处，该射孔比例系数为煤层的顶板或者底板在竖直方向上被射开的长度与煤层在竖直方向上被射开的长度的比值。
参见图2，控制设备110在确定射孔位置已经射孔比例系数后，射孔设备130用于根据射孔比例系数在射孔位置进行射孔，形成射孔段，以便在后续过程中进行压裂，从而采收煤层气。
其中，射孔设备130可以为射孔枪，本发明实施例对此不做限定。
液体注入设备140用于将压裂液注入射孔段。在煤层与煤层的顶板或者底板进行射孔后，液体注入设备140就可以通过高压将压裂液注入射孔形成的射孔段，从而使得煤层以及煤层的顶板或者底板内部的射孔段破裂，形成裂缝，最后从形成的裂缝中抽取煤层气。
其中，液体注入设备140可以为压裂泵车，本发明实施例对此不做限定。
综上所述，本实施例提供的压裂系统，包括控制设备、识别设备、射孔设备和液体注入设备，控制设备分别与识别设备、射孔设备和液体注入设备连接。通过识别设备确定煤层的顶板或者底板的岩层类型，控制设备根据煤层的顶板或者底板的岩层类型，确定射孔位置以及射孔比例系数，液体注入设备将压裂液注入射孔段，从而形成较长的裂缝，保证在长时间内的稳定产气量，提高了煤层气的产气量，提高了煤层气的采收率。
在另一实施例中，不仅煤层的顶板和底板可以被划分为不同的岩层类型，煤层也可以根据不同的结构被划分为不同的煤层类型，煤层类型可以为原生结构煤、碎粒煤或者原生结构煤与碎粒煤共同存在的混合型煤。
相应的，识别设备120还可以用于根据煤层样本确定煤层的煤层类型。而且，控制设备110还可以用于根据煤层的煤层类型和煤层的顶板或者底板的岩层类型，确定射孔位置和射孔比例系数。
在进行压裂的过程中，控制设备110可以根据不同的煤层类型和煤层的顶板或者底板的不同的岩层类型确定不同的射孔位置和不同的射孔比例系数，从而使得煤层的裂缝以及煤层的顶板或者底板的裂缝最大化，保证煤层气的采收量。
在另一实施例中，当煤层的煤层类型为原生结构煤、煤层的顶板或者底板的岩层类型为砂岩或者泥质砂岩时，控制设备110确定的射孔比例系数为0.5。
在另一实施例中，当煤层的煤层类型为碎粒煤、煤层的顶板或者底板的岩层类型为砂岩或者泥质砂岩时，控制设备确定的射孔比例系数大于或等于1。
但是，还可以不对煤层进行射孔，防止煤层中的碎粒煤进一步遭到破坏，从而产生大量的煤粉，影响后期采收煤层气。
在另一实施例中，当煤层的煤层类型为混合型煤、煤层的顶板或者底板的岩层类型为砂岩或者泥质砂岩时，控制设备110确定的射孔比例系数为区间(0.5，1)内的任意数。
在另一实施例中，当煤层的煤层类型为原生结构煤、煤层的顶板或者底板的岩层类型为脆性指数大于40的泥岩时，控制设备110确定的射孔比例系数为区间(0.5，1)内的任意数。
在另一实施例中，当煤层的煤层类型为碎粒煤、煤层的顶板或者底板的岩层类型为脆性指数大于40的泥岩时，控制设备110确定的射孔比例系数大于或等于2。
在另一实施例中，当煤层的煤层类型为混合型煤、煤层的顶板或者底板的岩层类型为脆性指数大于40的泥岩时，控制设备110确定的射孔比例系数为区间(1，2)内的任意数。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本公开的可选实施例，在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种压裂系统，其特征在于，所述压裂系统包括控制设备、识别设备、射孔设备和液体注入设备，所述控制设备分别与所述识别设备、所述射孔设备和所述液体注入设备连接；
所述识别设备用于确定煤层的顶板或者底板的岩层类型；
所述控制设备用于确定所述煤层的顶板或者底板的岩层类型是否满足压裂条件；
所述控制设备，还用于当所述煤层的顶板或者底板满足所述压裂条件时，根据所述煤层的煤层类型和所述煤层的顶板或者底板的岩层类型，确定射孔位置和射孔比例系数，所述射孔位置位于所述煤层与所述煤层的顶板或者底板的交界处，所述射孔比例系数为所述煤层的顶板或者底板在竖直方向上被射开的长度与所述煤层在竖直方向上被射开的长度的比值；
所述射孔设备用于根据所述射孔比例系数在所述射孔位置进行射孔形成射孔段；
所述液体注入设备用于将压裂液注入所述射孔段。
2.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，当所述煤层的煤层类型为原生结构煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为砂岩或者泥质砂岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数为0.5。
3.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，当所述煤层的煤层类型为碎粒煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为砂岩或者泥质砂岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数大于或等于1。
4.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，当所述煤层的煤层类型为混合型煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为砂岩或者泥质砂岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数为区间(0.5，1)内的任意数。
5.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，当所述煤层的煤层类型为原生结构煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为脆性指数大于40的泥岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数为区间(0.5，1)内的任意数。
6.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，当所述煤层的煤层类型为碎粒煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为脆性指数大于40的泥岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数大于或等于2。
7.根据权利要求1所述的压裂系统，其特征在于，当所述煤层的煤层类型为混合型煤、所述煤层的顶板或者底板的岩层类型为脆性指数大于40的泥岩时，所述控制设备确定的射孔比例系数为区间(1，2)内的任意数。
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