CN112145145A - 一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置及方法 - Google Patents
一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112145145A CN112145145A CN202011127654.2A CN202011127654A CN112145145A CN 112145145 A CN112145145 A CN 112145145A CN 202011127654 A CN202011127654 A CN 202011127654A CN 112145145 A CN112145145 A CN 112145145A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fracturing
- pressure
- carbon dioxide
- carrying
- sand
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 59
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 56
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 13
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 11
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 7
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 6
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 abstract description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 abstract description 4
- 208000013201 Stress fracture Diseases 0.000 abstract description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 206010017076 Fracture Diseases 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 208000010392 Bone Fractures Diseases 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/267—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B33/00—Sealing or packing boreholes or wells
- E21B33/10—Sealing or packing boreholes or wells in the borehole
- E21B33/13—Methods or devices for cementing, for plugging holes, crevices or the like
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/16—Enhanced recovery methods for obtaining hydrocarbons
- E21B43/164—Injecting CO2 or carbonated water
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21F—SAFETY DEVICES, TRANSPORT, FILLING-UP, RESCUE, VENTILATION, OR DRAINING IN OR OF MINES OR TUNNELS
- E21F7/00—Methods or devices for drawing- off gases with or without subsequent use of the gas for any purpose
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
- F17C13/02—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment
- F17C13/026—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment having the temperature as the parameter
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
- F17C13/04—Arrangement or mounting of valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C7/00—Methods or apparatus for discharging liquefied, solidified, or compressed gases from pressure vessels, not covered by another subclass
- F17C7/02—Discharging liquefied gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/01—Shape
- F17C2201/0104—Shape cylindrical
- F17C2201/0109—Shape cylindrical with exteriorly curved end-piece
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2201/00—Vessel construction, in particular geometry, arrangement or size
- F17C2201/05—Size
- F17C2201/054—Size medium (>1 m3)
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
- F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
- F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
- F17C2205/0323—Valves
- F17C2205/0335—Check-valves or non-return valves
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
- F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
- F17C2205/0302—Fittings, valves, filters, or components in connection with the gas storage device
- F17C2205/0352—Pipes
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2205/00—Vessel construction, in particular mounting arrangements, attachments or identifications means
- F17C2205/03—Fluid connections, filters, valves, closure means or other attachments
- F17C2205/0388—Arrangement of valves, regulators, filters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
- F17C2221/01—Pure fluids
- F17C2221/013—Carbone dioxide
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
- F17C2227/01—Propulsion of the fluid
- F17C2227/0128—Propulsion of the fluid with pumps or compressors
- F17C2227/0135—Pumps
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
- F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
- F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
- F17C2227/0304—Heat exchange with the fluid by heating using an electric heater
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
- F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
- F17C2260/00—Purposes of gas storage and gas handling
- F17C2260/04—Reducing risks and environmental impact
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/70—Combining sequestration of CO2 and exploitation of hydrocarbons by injecting CO2 or carbonated water in oil wells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Geology (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置及方法，包括液态CO2储罐、增压泵、加热装置、高压喷射器与封孔器，其中，液态CO2储罐经增压泵、加热装置与高压喷射器相连；高压喷射器与封孔器相连，高压喷射器还设置有引射介质进口。本发明以超临界CO2作为压裂液，利用超临界CO2极强的扩散能力及溶解度，可以使煤层中的微裂隙相互沟通，增加煤层透气性。并且携带陶粒作为支撑剂，可以保持压裂后形成的裂缝开启，陶粒也具有良好的导流能力，在瓦斯抽采过程中能使瓦斯顺畅通过。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层压裂装置及方法，具体是一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置及方法，属于煤矿井下安全开采技术领域。
背景技术
目前，我国针对深部高应力、低透气性、高瓦斯含量煤层所采取的卸压增透措施主要有松动爆破增透、高压空气爆破煤层增透、水力压裂增透、超高压水力割缝、液态二氧化碳压裂增透等技术，但这些技术存在以下几个问题：
(1)：松动爆破和高压空气爆破由于其爆炸的能量大部分消耗在钻孔附近煤体的破碎上，使得其产生的裂缝范围非常有限。
(2)：超高压水力割耗水量大，所需压力高，对设备的性能要求很高，工艺复杂且工作量大，虽然可以对煤体起到卸压增透的作用，但其割缝较浅，其形成的松动卸压影响范围有限。
(3)：利用纯液态二氧化碳压裂煤层时，虽然裂缝开启范围大，但是二氧化碳气体滤失以后裂缝也容易重新闭合，但是液态二氧化碳携砂压裂煤层时，由于支撑剂中含有水分，在低温下容易结冰从而导致支撑剂结块，增加了平稳输砂的难度，并且可能会造成砂堵。另外液态二氧化碳产生的低温也可能会使孔口附近煤层水分结冰，造成压裂安全隐患。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明目的是提供一种能有效提高煤层卸压增透效果和瓦斯抽采效率的超临界二氧化碳携砂压裂装置及方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置，包括液态CO2储罐、增压泵、加热装置、高压喷射器与封孔器，其中，封孔器包括压裂管，液态CO2储罐经增压泵、加热装置与高压喷射器相连；高压喷射器与压裂管相连，高压喷射器还设置有引射介质进口。
本发明进一步的改进在于，液态CO2储罐出口处设置有第一压力表；加热装置入口处设置有第一单向阀。
本发明进一步的改进在于，液态CO2储罐出口通过第一液压软管与增压泵相连。
本发明进一步的改进在于，高压喷射器包括还工作介质进口以及出口，工作介质进口与加热装置相连，引射介质进口与装有粒径为60目的支撑剂的给料桶相连，出口经第三液压软管与封孔器相连。
本发明进一步的改进在于，液态CO2储罐为矿用卧式可移动型防爆储罐；增压泵为出口压力为13MPa的矿用防爆型电磁式增压泵；封孔器为高压膨胀橡胶封孔器，封孔器的封孔强度为43KN。
本发明进一步的改进在于，第三液压软管上依次设置有流量计、第二压力表、第二单向阀和三通，三通的一路出口与第二单向阀相连，另一路出口与工作介质进口相连，第三路出口处设置有卸压开关。
本发明进一步的改进在于，加热装置包括密封罐筒，密封罐筒内设置有电路板、防爆电热管和温度传感器，密封罐筒内装有CO2，电路板通过导线与防爆电热管相连。
本发明进一步的改进在于，封孔器还包括高压膨胀橡胶管、控制阀和充气管，压裂管穿过橡胶胶管，充气管一端位于橡胶胶管内部，另一端与控制阀相连；压裂管上开设有若干携砂压裂液释放孔，压裂管末端设置有喷嘴。
一种基于上述装置的超临界二氧化碳携砂压裂煤层的方法，包括以下步骤：
步骤1：在煤层压裂位置处进行钻孔，然后在钻孔内放入封孔器，通过封孔器进行充气封孔；
步骤2：打开液态CO2储罐的液体出口阀，打开增压泵开关，提高泵的压力至13MPa以上，然后向加热装置中通入CO2，并使CO2达到临界状态；
步骤3：将临界状态的CO2通入向高压喷射器，并向高压喷射器内加入支撑剂，待超临界CO2撑开裂缝以后，再加大支撑剂流量，支撑剂和超临界CO2进入压裂管，实现对煤层的压裂。
本发明进一步的改进在于，向高压喷射器内加入支撑剂时，控制砂比为5％，加大支撑剂流量时控制砂比为10％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过设置液态CO2储罐、增压泵、加热装置、高压喷射器与封孔器，液态CO2储罐经增压泵、加热装置与高压喷射器相连；高压喷射器与封孔器相连，利用增压泵将CO2加压至13MPa，然后通过加热装置将使CO2达到超临界状态，在高压喷射器中临界状态CO2与支撑剂混合后，通入到压裂管中，实现对煤层的压裂，本发明以超临界CO2作为压裂液，利用超临界CO2极强的扩散能力及溶解度，可以使煤层中的微裂隙相互沟通，增加煤层透气性。并且携带陶粒作为支撑剂，可以保持压裂后形成的裂缝开启，陶粒也具有良好的导流能力，在瓦斯抽采过程中能使瓦斯顺畅通过。
由于超临界CO2其密度接近于液体，黏度接近于气体，表面张力为0，具有比液态CO2更小的摩擦阻力，极易扩散，很容易到达煤层微孔隙中并将裂隙相互贯通并且还具有极强的溶解度，能有效提高煤层的压裂效果，所以本发明通过超临界CO2携带支撑剂进入煤层可以支撑开启的煤层裂缝，防止CO2滤失以后裂缝重新闭合，支撑剂也具有良好的导流能力，在抽采瓦斯时能使瓦斯顺畅通过。本发明该方法针对超临界CO2黏度低，携砂能力弱的问题，利用喷射器混合支撑剂和超临界CO2，有效提高了携砂能力，提高了煤层压裂效果。本发明该方法通过加热装置使液态CO2达到超临界状态，CO2临界温度为31.265℃，其作为压裂液对煤层进行压裂时不会造成钻孔附近煤层水分结冰，降低了压裂安全隐患。本发明的施工工艺相对水力压裂简单，所需压力更小，操作比较方便。CO2进入煤层后还能解吸煤层中的甲烷，提高煤层瓦斯抽采效果。
附图说明
对发明涉及到的所有附图及图中的附图标记进行描述如：
图1为本发明提出的超临界CO2携砂压裂煤层装置整体结构示意图；
图2是本发明加热装置内部结构示意图；
图3是本发明喷射器和压裂管组成结构示意图。
图中：1为液态CO2储罐、2为第一压力表、3为第一液压软管、4为增压泵、4-1为增压泵入口、4-2为增压泵出口、5为第二液压软管、6为第一单向阀、7为加热装置、7-1为电路板、7-2为防爆电热管、7-3为温度传感器、7-4密封罐筒，8为第三液压软管、9为流量计、10为第二压力表、11为第二单向阀、12为三通、13为卸压开关、14为高压喷射器、14-1为工作介质进口，14-2为引射介质进口，15为给料桶、16为控制阀、17为封孔器、17-1为压裂管、17-2为释放孔、17-3为喷嘴、17-4为充气管、17-5为控制阀、17-6为高压膨胀橡胶管、18为煤壁、19为钻孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本发明提供一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置，包括液态CO2储罐1、增压泵4、加热装置7、高压喷射器14、给料桶15、封孔器17、第一液压软管3、第二液压软管5和第三液压软管8。其中，增压泵4包括增压泵入口4-1和增压泵出口4-2，高压喷射器14包括工作介质进口14-1、引射介质进口14-2和出口。
液态CO2储罐1出口处设置有第一压力表2，液态CO2储罐1出口通过第一液压软管3与增压泵入口4-1相连，增压泵出口4-2通过第二液压软管5与加热装置7入口相连，加热装置7出口与工作介质进口14-1相连。加热装置7入口处设置有第一单向阀6，增压泵4将CO2加压至13MPa以后，CO2经增压泵出口4-2、第二液压软管5将高压CO2运输至加热装置7，通过加热使CO2达到临界状态后，加热装置7出口与高压喷射器14相连，利用高压喷射器14混砂对煤层进行压裂。高压喷射器14的工作介质进口14-1通过第三液压软管8与加热装置7连接，引射介质进口14-2上端连接有给料桶15，连接处设置控制阀16，用于控制支撑剂(陶粒)流量。第三液压软管8上设置有流量计9、第二压力表10、第二单向阀11和三通12，三通12的一路出口与第二单向阀11相连，另一路出口与工作介质进口14-1相连，第三路出口处设置有卸压开关13，流量计9位于加热装置7和第二压力表10中间，第二单向阀11位于第二压力表10和三通12之间。
如图2所示，加热装置7包括可耐压30MPa的密封罐筒7-4、电路板7-1、防爆电热管7-2和温度传感器7-3，电路板7-1、防爆电热管7-2和温度传感器7-3设置在密封罐筒7-4内，密封罐筒7-4内还装有CO2，电路板7-1通过导线与防爆电热管7-2相连，防爆电热管7-2用于加热CO2，电路板7-1用于控制防爆电热管7-2温度，温度传感器7-3用于检测CO2是否达到临界温度。
如图3所示，封孔器17用于待压裂煤层钻孔的封孔，封孔器17为放置在待压裂煤层钻孔19内的可回收高压膨胀橡胶封孔器，包括可回收高膨胀和摩擦系数的高压膨胀橡胶管17-6、压裂管17-1和充气管17-4。压裂管17-1穿过橡胶胶管17-6并固定在橡胶胶管17-6上，充气管17-4一端在橡胶胶管内部，另一端与控制阀17-5相连，控制阀17-5用于卸压。充气管17-4可以用于充气和排气。
位于钻孔内(即穿过橡胶胶管17-6)的压裂管17-1上开设有若干携砂压裂液释放孔17-2，释放孔17-2有6个，相邻释放孔17-2的间距均为1m。压裂管17-1末端设置有一直径为2mm的喷嘴17-3，喷嘴17-3直径可根据支撑剂粒度大小进行更换。
上述液态CO2储罐1选用有效容积为3m3的矿用卧式可移动型防爆储罐；增压泵4为出口压力可达13MPa的矿用防爆型电磁式增压泵；封孔器17为高膨胀系数和摩擦系数的可回收高压膨胀橡胶封孔器，其封孔强度可达43KN，可以抵抗压裂过程中钻孔内的最大反冲力；压裂管17-1为壁厚5mm，外径15mm的优质无缝钢管；每个液压软管型号为RB2-13可耐压25MPa的二层钢丝编织液压支架软管；所用支撑剂陶粒的粒径为60目。
一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层的方法，具体实施步骤为：
步骤1：采用钻具在煤层压裂位置处进行钻孔，然后在煤层钻孔19内放入可回收高压膨胀橡胶封孔器17，封孔器17底部与钻孔19的底部存在一定距离，将压裂管17-1固定好并与高压喷射器14密闭连接，然后对高压膨胀橡胶管17-6进行充气封孔。
步骤2：打开液态CO2储罐1的液体出口阀，打开增压泵4开关，逐步提高泵的压力至13MPa以上，由液态CO2储罐1通过增压泵4向加热装置7中通入CO2，通过密封罐体7-1外部控制器控制电防爆电热管7-3的温度使密封罐体7-1内部温度逐渐升高至CO2临界温度以上，使CO2达到临界状态。
步骤3：通过第三液压软管8向高压喷射器14工作介质进口14-1加入超临界CO2，同时打开给料桶15底部控制阀16，初始压裂时控制支撑剂(陶粒)流量，先给高压喷射器14混入少量支撑剂，即控制砂比(支撑剂与压裂液比值)为5％，等超临界CO2撑开裂缝以后，再慢慢加大支撑剂流量(即控制砂比为10％)，这样可以有效防止支撑剂堵塞钻孔，从而实现对煤层的压裂。
步骤4：压裂结束后，排空各管路压力，打开高压膨胀橡胶封孔器17上的控制阀17-5，放出空气，回收封孔器17，然后对下一钻孔进行压裂工作。
压裂过程中应利用便携二氧化碳气体检测仪实时监测作业区周围环境中CO2浓度。
Claims (10)
1.一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置，其特征在于，包括液态CO2储罐(1)、增压泵(4)、加热装置(7)、高压喷射器(14)与封孔器(17)，其中，封孔器(17)包括压裂管(17-1)，液态CO2储罐(1)经增压泵(4)、加热装置(7)与高压喷射器(14)相连；高压喷射器(14)与压裂管(17-1)相连，高压喷射器(14)还设置有引射介质进口(14-2)。
2.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置，其特征在于，液态CO2储罐(1)出口处设置有第一压力表(2)；加热装置(7)入口处设置有第一单向阀(6)。
3.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置，其特征在于，液态CO2储罐(1)出口通过第一液压软管(3)与增压泵(4)相连。
4.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置，其特征在于，高压喷射器(14)包括还工作介质进口(14-1)以及出口，工作介质进口(14-1)与加热装置(7)相连，引射介质进口(14-2)与装有粒径为60目的支撑剂的给料桶(15)相连，出口经第三液压软管(8)与封孔器(17)相连。
5.根据权利要求4所述的一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置，其特征在于，液态CO2储罐(1)为矿用卧式可移动型防爆储罐；增压泵(4)为出口压力为13MPa的矿用防爆型电磁式增压泵；封孔器(17)为高压膨胀橡胶封孔器，封孔器(17)的封孔强度为43KN。
6.根据权利要求4所述的一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置，其特征在于，第三液压软管(8)上依次设置有流量计(9)、第二压力表(10)、第二单向阀(11)和三通(12)，三通(12)的一路出口与第二单向阀(11)相连，另一路出口与工作介质进口(14-1)相连，第三路出口处设置有卸压开关(13)。
7.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置，其特征在于，加热装置(7)包括密封罐筒(7-4)，密封罐筒(7-4)内设置有电路板(7-1)、防爆电热管(7-2)和温度传感器(7-3)，密封罐筒(7-4)内装有CO2，电路板(7-1)通过导线与防爆电热管(7-2)相连。
8.根据权利要求1所述的一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置，其特征在于，封孔器(17)还包括高压膨胀橡胶管(17-6)、控制阀(17-5)和充气管(17-4)，压裂管(17-1)穿过橡胶胶管(17-6)，充气管(17-4)一端位于橡胶胶管内部，另一端与控制阀(17-5)相连；压裂管(17-1)上开设有若干携砂压裂液释放孔(17-2)，压裂管(17-1)末端设置有喷嘴(17-3)。
9.一种基于权利要求1-8中任意一项所述装置的超临界二氧化碳携砂压裂煤层的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在煤层压裂位置处进行钻孔，然后在钻孔(19)内放入封孔器(17)，通过封孔器(17)进行充气封孔；
步骤2：打开液态CO2储罐(1)的液体出口阀，打开增压泵(4)开关，提高泵的压力至13MPa以上，然后向加热装置(7)中通入CO2，并使CO2达到临界状态；
步骤3：将临界状态的CO2通入向高压喷射器(14)，并向高压喷射器(14)内加入支撑剂，待超临界CO2撑开裂缝以后，再加大支撑剂流量，支撑剂和超临界CO2进入压裂管(17-1)，实现对煤层的压裂。
10.一种根据权利要求9所述的超临界二氧化碳携砂压裂煤层的方法，其特征在于，向高压喷射器(14)内加入支撑剂时，控制砂比为5％，加大支撑剂流量时控制砂比为10％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011127654.2A CN112145145A (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011127654.2A CN112145145A (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112145145A true CN112145145A (zh) | 2020-12-29 |
Family
ID=73954188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011127654.2A Pending CN112145145A (zh) | 2020-10-20 | 2020-10-20 | 一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112145145A (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112832728A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-25 | 中国矿业大学 | 一种基于甲烷多级燃爆的页岩储层压裂方法 |
| CN113138140A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-20 | 重庆大学 | 一种二氧化碳携带支撑剂的试验系统及方法 |
| CN113217009A (zh) * | 2021-05-19 | 2021-08-06 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种微波增益型co2相变泄压防治岩爆方法 |
| CN114018719A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-08 | 中国矿业大学 | 一种超临界二氧化碳压裂温压精准监测试验装置及方法 |
| CN114165725A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-11 | 中氢(湖南)氢能装备有限公司 | 一种超临界工质快速充装与精准供应装置及方法 |
| CN114635677A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-06-17 | 华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心) | 基于超临界co 2原位气化压裂煤层增渗装置及技术方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203531832U (zh) * | 2013-10-16 | 2014-04-09 | 山西潞安集团余吾煤业有限责任公司 | 一种煤矿井下水力压裂封孔装置 |
| CN104632174A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-05-20 | 西安科技大学 | 煤层液态二氧化碳压裂装置及方法 |
| CN105332684A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-02-17 | 重庆大学 | 一种高压水爆与co2压裂相结合的煤层气驱替抽采工艺 |
| CN106285604A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-01-04 | 中国矿业大学 | 一种微波辅助超临界二氧化碳循环压裂系统及方法 |
| CN106522913A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-03-22 | 西安石油大学 | 一种平行管式井下超临界二氧化碳射流混砂装置 |
| WO2017075935A1 (zh) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | 中国矿业大学 | 一种底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法 |
| CN206722798U (zh) * | 2017-05-05 | 2017-12-08 | 西安科技大学 | 一种组合式煤层注水压裂及瓦斯抽采一体封孔装置 |
| CN111042793A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-04-21 | 西安石油大学 | 一种二氧化碳压裂地面射流混砂装置 |
| CN213510569U (zh) * | 2020-10-20 | 2021-06-22 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置 |
-
2020
- 2020-10-20 CN CN202011127654.2A patent/CN112145145A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN203531832U (zh) * | 2013-10-16 | 2014-04-09 | 山西潞安集团余吾煤业有限责任公司 | 一种煤矿井下水力压裂封孔装置 |
| CN104632174A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-05-20 | 西安科技大学 | 煤层液态二氧化碳压裂装置及方法 |
| WO2017075935A1 (zh) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | 中国矿业大学 | 一种底抽巷高功率电爆震辅助水力压裂煤层增透方法 |
| CN105332684A (zh) * | 2015-11-13 | 2016-02-17 | 重庆大学 | 一种高压水爆与co2压裂相结合的煤层气驱替抽采工艺 |
| CN106285604A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-01-04 | 中国矿业大学 | 一种微波辅助超临界二氧化碳循环压裂系统及方法 |
| CN106522913A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-03-22 | 西安石油大学 | 一种平行管式井下超临界二氧化碳射流混砂装置 |
| CN206722798U (zh) * | 2017-05-05 | 2017-12-08 | 西安科技大学 | 一种组合式煤层注水压裂及瓦斯抽采一体封孔装置 |
| CN111042793A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-04-21 | 西安石油大学 | 一种二氧化碳压裂地面射流混砂装置 |
| CN213510569U (zh) * | 2020-10-20 | 2021-06-22 | 陕西煤业化工技术研究院有限责任公司 | 一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112832728A (zh) * | 2021-01-08 | 2021-05-25 | 中国矿业大学 | 一种基于甲烷多级燃爆的页岩储层压裂方法 |
| CN112832728B (zh) * | 2021-01-08 | 2022-03-18 | 中国矿业大学 | 一种基于甲烷多级燃爆的页岩储层压裂方法 |
| CN113138140A (zh) * | 2021-04-25 | 2021-07-20 | 重庆大学 | 一种二氧化碳携带支撑剂的试验系统及方法 |
| CN113138140B (zh) * | 2021-04-25 | 2024-01-30 | 重庆大学 | 一种二氧化碳携带支撑剂的试验系统及方法 |
| CN113217009A (zh) * | 2021-05-19 | 2021-08-06 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种微波增益型co2相变泄压防治岩爆方法 |
| CN113217009B (zh) * | 2021-05-19 | 2022-04-05 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种微波增益型co2相变泄压防治岩爆方法 |
| CN114018719A (zh) * | 2021-11-04 | 2022-02-08 | 中国矿业大学 | 一种超临界二氧化碳压裂温压精准监测试验装置及方法 |
| CN114018719B (zh) * | 2021-11-04 | 2024-01-26 | 中国矿业大学 | 一种超临界二氧化碳压裂温压精准监测试验装置及方法 |
| CN114635677A (zh) * | 2021-11-18 | 2022-06-17 | 华北科技学院(中国煤矿安全技术培训中心) | 基于超临界co 2原位气化压裂煤层增渗装置及技术方法 |
| CN114165725A (zh) * | 2021-12-14 | 2022-03-11 | 中氢(湖南)氢能装备有限公司 | 一种超临界工质快速充装与精准供应装置及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112145145A (zh) | 一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置及方法 | |
| CN104632174A (zh) | 煤层液态二氧化碳压裂装置及方法 | |
| CN204419145U (zh) | 煤层液态二氧化碳压裂装置 | |
| CN106285681B (zh) | 一种坚硬煤层顶板致裂装置及方法 | |
| CN107476794B (zh) | 一种液氮气化循环后注高温氮气增加煤体透气性的方法 | |
| CN109578059B (zh) | 一种井下煤层气抽采方法及其使用的液氮流动冻裂装置 | |
| CN213510569U (zh) | 一种超临界二氧化碳携砂压裂煤层装置 | |
| CN112145144B (zh) | 一种基于多级液态co2相变的复合压裂改造系统及方法 | |
| CN102704984A (zh) | 一种钻孔高浓度瓦斯的抽排采方法及其装置 | |
| CN113250670B (zh) | 单孔多段同步控制压裂煤体增透系统及方法 | |
| CN105443081A (zh) | 一种基于轮替思想的瓦斯抽采设备与抽采方法 | |
| CN210269442U (zh) | 一种三轴煤岩多场多相耦合压裂实验装置 | |
| CN115539130B (zh) | 一种不可采煤层强化煤层气开采及co2封存的方法 | |
| CN206957684U (zh) | 一种煤层顶板水力压裂系统 | |
| CN106939766A (zh) | 一种热冷冲击三级破煤装置与实施方法 | |
| CN106968705A (zh) | 一种煤层抽采钻孔热冷冲击破煤增透装置及增透方法 | |
| CN108979531A (zh) | 一种用于矿井塌孔防治的泡沫混凝土注浆系统及方法 | |
| CN208900072U (zh) | 一种新型囊袋式封孔器 | |
| CN106677756B (zh) | 一种煤岩软化活性压裂装置及煤岩压裂施工工艺 | |
| CN113236338B (zh) | 矿井瓦斯增透方法及装置 | |
| CN208456572U (zh) | 可移动式水力压裂和注浆封孔一体化装置 | |
| CN110080763A (zh) | 一种基于内注式静态破碎卸压机构的煤层围岩卸压方法 | |
| CN113738326B (zh) | 二氧化碳无水加砂压裂系统及方法 | |
| CN202578754U (zh) | 一种钻孔高浓度瓦斯的抽排采装置 | |
| CN107178388A (zh) | 煤层巷道脉冲抽压煤体瓦斯装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20220907 Address after: 714026 north side of South Street, new area, high tech Industrial Development Zone, Weinan City, Shaanxi Province Applicant after: Weinan Shaanxi coal Qichen Technology Co.,Ltd. Address before: No.166, Shenzhou 7th Road, aerospace base, Xi'an City, Shaanxi Province, 710100 Applicant before: SHAANXI COAL AND CHEMICAL TECHNOLOGY INSTITUTE Co.,Ltd. |