CN115522975A - 煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法 - Google Patents
煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115522975A CN115522975A CN202211153363.XA CN202211153363A CN115522975A CN 115522975 A CN115522975 A CN 115522975A CN 202211153363 A CN202211153363 A CN 202211153363A CN 115522975 A CN115522975 A CN 115522975A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pressure
- fracturing
- alkali liquor
- hole
- preventing
- 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
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 86
- 239000003513 alkali Substances 0.000 title claims abstract description 84
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 230000004048 modification Effects 0.000 title claims abstract description 28
- 238000012986 modification Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011435 rock Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 63
- 239000002775 capsule Substances 0.000 claims description 25
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 22
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 22
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 10
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 9
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 abstract description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 9
- 150000007522 mineralic acids Chemical class 0.000 description 8
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 8
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 6
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 6
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 6
- NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N pyrite Chemical compound [Fe+2].[S-][S-] NIFIFKQPDTWWGU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 5
- 229910052683 pyrite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011028 pyrite Substances 0.000 description 5
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000002585 base Substances 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- -1 oxide Chemical compound 0.000 description 4
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 4
- 229910021532 Calcite Inorganic materials 0.000 description 3
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N Sulphide Chemical compound [S-2] UCKMPCXJQFINFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000605118 Thiobacillus Species 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 239000002734 clay mineral Substances 0.000 description 3
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 3
- 235000008733 Citrus aurantifolia Nutrition 0.000 description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000011941 Tilia x europaea Nutrition 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052663 cancrinite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000004571 lime Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 2
- 229910052600 sulfate mineral Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000503 Na-aluminosilicate Inorganic materials 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000605219 Starkeya novella Species 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000605268 Thiobacillus thioparus Species 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001037 White iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910000323 aluminium silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005842 biochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010170 biological method Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001748 carbonate mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001732 carboxylic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- HOOWDPSAHIOHCC-UHFFFAOYSA-N dialuminum tricalcium oxygen(2-) Chemical compound [O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[O--].[Al+3].[Al+3].[Ca++].[Ca++].[Ca++] HOOWDPSAHIOHCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000010433 feldspar Substances 0.000 description 1
- 239000012458 free base Substances 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011019 hematite Substances 0.000 description 1
- 229910052595 hematite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052900 illite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N iron(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Fe+3].[Fe+3] LIKBJVNGSGBSGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002386 leaching Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910052960 marcasite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000010445 mica Substances 0.000 description 1
- 229910052618 mica group Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000003472 neutralizing effect Effects 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L nonaaluminum;magnesium;tripotassium;1,3-dioxido-2,4,5-trioxa-1,3-disilabicyclo[1.1.1]pentane;iron(2+);oxygen(2-);fluoride;hydroxide Chemical compound [OH-].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[F-].[Mg+2].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[Al+3].[K+].[K+].[K+].[Fe+2].O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2.O1[Si]2([O-])O[Si]1([O-])O2 VGIBGUSAECPPNB-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052952 pyrrhotite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052665 sodalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000429 sodium aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 235000012217 sodium aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N sodium aluminosilicate Chemical compound [Na+].[Al+3].[O-][Si]([O-])=O.[O-][Si]([O-])=O URGAHOPLAPQHLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910021653 sulphate ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- E21F17/00—Methods or devices for use in mines or tunnels, not covered elsewhere
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Consolidation Of Soil By Introduction Of Solidifying Substances Into Soil (AREA)
Abstract
本发明涉及一种煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，包括以下步骤：A、在煤壁上钻打压裂孔；B、对压裂孔进行封堵；C、向压裂孔内部泵入碱液。本发明主要特点是将压裂液替换为碱液，在对煤层起到压裂作用时，主要通过碱液与煤层中的酸性物质发生中和反应，促进了裂缝的形成，达到煤层改性目的。
Description
技术领域
本发明属于煤层冲击地压防治技术领域，具体涉及为煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法。
背景技术
煤中含有14多种常量元素，主要是C、H、O和N组成煤的有机组分，S既是煤中有机物质的组成成分，也是硫酸盐矿物和硫化物的重要组成。Na、Al、Mg、Ca、Si、Ti、K、Fe和P主要组成无机部分，氢氧化物、硅酸盐、氧化物、碳酸盐、硫化物、磷酸盐、硫酸盐等矿物是主要载体：①Si主要以石英、粘土矿物、硅酸盐和铝硅酸盐形式存在；②Al主要以硅酸盐和氢氧化物形式存在；③Fe：存在于硫化物(黄铁矿，白铁矿，磁黄铁矿等)中，以黄铁矿为主，部分也以碳酸盐矿物、氢氧化物和氧化物、硫酸盐等型式存在；④Mg以碳酸盐和粘土矿物为主；⑤Na主要以粘土矿物、硅酸盐、岩盐形式存在；⑥Ca在煤中主要以碳酸盐(方解石)、硫酸盐(石膏)、磷酸盐、硅酸盐型式和有机状态存在。⑦K在煤中以伊利石、长石、云母的形式存在。
除主要的可燃有机煤基质，煤层中含有水和其他杂质矿物，其中硫酸盐矿物和硫化物占了较大比重，硫酸盐是强酸弱碱盐，H2S的溶液呈弱酸性，煤中的有机羧酸在碱性环境中也会发生中和反应，此外，中高硫煤层开采过程中黄铁矿、白铁矿等会发生一系列物化和生化反应，使矿井水呈酸性，这一现象在陕、晋、鲁、皖、蒙、川、桂、贵等主要产煤省区均广泛存在。因此煤层存在能够发生中和反应的酸性环境，具备中和碱性物质的物质条件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，本发明主要特点是将压裂液替换为碱液，在对煤层起到压裂作用时，还可以通过碱液与煤层中的酸性物质发生中和反应，促进了裂缝的形成，达到煤层改性目的。
本发明解决现有技术存在的问题所采用的技术方案是：
煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，包括以下步骤：
A、在煤壁上钻打压裂孔；
B、对压裂孔进行封堵；
C、向压裂孔内部泵入碱液。
优选的，将胶囊封孔器放置于压裂孔中，对压裂孔进行封堵，胶囊封孔器通过高压胶管与胶囊泵站连接。
优选的，压裂孔内部设有注水端头，注水端头位于压裂孔封堵处与孔底之间。
注水端头通过高压管与碱液供给装置连接。
优选的，碱液供给装置包括碱液添加混合装置以及高压泵站，高压泵站的进出口分别与碱液添加混合装置以及高压管贯通连接。
优选的，所述的高压管上设有流量计以及水压计。
高压泵站通过注水端头向压裂孔内部注入碱液，水压计检测的压力数值不变，流量计的数值稳定后，关闭高压泵站。
优选的，高压管上水压计的数值逐渐降低，低于阈值后，拆除高压管与压裂孔的连接。
优选的，压裂孔内部设有注水端头，注水端头位于胶囊封孔器与压裂孔的孔底之间。
注水端头通过高压管与碱液供给装置连接。
优选的，碱液供给装置包括碱液添加混合装置以及高压泵站，高压泵站的进出口分别与碱液添加混合装置以及高压管贯通连接。
优选的，高压管以及高压胶管上均设有流量计以及水压计。
胶囊泵站向胶囊封孔器内部注水，高压泵站通过注水端头向压裂孔内部注入碱液，胶囊封孔器内部注水压力大于等于压裂孔内部碱液压力。
高压管上水压计检测的压力数值不变，流量计的数值稳定后，关闭高压泵站以及胶囊泵站。
高压管上水压计的数值逐渐降低，低于阈值后，拆除高压管以及高压胶管与压裂孔的连接。
优选的，所述的碱液为赤泥浆。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果：
该方法主要特点是将压裂液替换为碱液，碱和水混合后高压泵入封闭压裂孔内，高压液体对煤层起到有效起裂和持续压裂作用，碱液则依靠强碱性腐蚀煤层中的酸性物质，发生中和反应，促进了裂隙的形成，破坏煤层的完整性，永久性弱化煤层的力学性质(单轴抗压强度、内聚力、摩擦角等)，降低煤层的冲击倾向性(弱化煤层的冲击倾向性指标：单轴抗压强度、弹性能量指数、动态破坏时间、冲击能量指数)，达到煤层改性的目的，消除煤层冲击的物质源头，同时也起到促进裂隙扩展的作用，强化水力压裂卸压作用。此外，作为压裂介质的水也能够使煤层吸水饱和，弱化力学性质，降低冲击倾向，达到煤层改性目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法示意图。
图中：1-注水端头、2-胶囊封孔器、3-高压管、4-流量计、5-水压计、6-高压胶管。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，包括以下步骤：
A、在煤壁上钻打压裂孔；
B、对压裂孔进行封堵；
C、向压裂孔内部泵入碱液；
D、增透压裂结束后，撤出设备。
煤层水力压裂是常用的技术手段，在煤层内形成宏观裂缝和裂缝网络，起到卸压的作用。使用碱液代替水，可以使煤层中的有机酸和无机酸与碱发生中和反应，使煤体被腐蚀，产生新的裂痕以及扩大原有裂痕，进而扩大卸压范围、提高卸压效果，强化防冲效果。
碱液对煤层的改性路径如下：
(1)在碱性条件下，煤层中的有机酸和无机酸与碱发生中和反应：
碱(OH-)+无机酸/有机酸(H+)→煤体腐蚀裂隙→碱化改性促裂
(2)煤层吸水饱和：煤层吸水后处于饱水状态，力学指标弱化，冲击倾向性降低，达到煤层改性的目的。
煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法能够有效扩展常规水力压裂的优势，并补充其不足，扩大卸压范围、提高卸压效果，强化防冲效果。
煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法可通过以下的实施例进行实施。
煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，包括以下步骤：
A、在煤壁上钻打压裂孔，并连接压裂装置。
压力装置包括注水端头1、高压管2以及碱液供给装置。碱液供给装置通过高压管2以及注水喷头1，向压裂孔内部注入碱液，对压裂孔进行冲击，在煤体上形成裂痕。之后碱液在挤压到裂痕内部，与煤体中的有机酸以及无机酸发生中和反应，对煤体进行腐蚀，产生新的裂痕以及扩大原有裂痕，优化卸压效果，对冲击地压进行有效的防治。
碱液供给装置包括碱液添加混合装置以及高压泵站，高压泵站的进出口分别与碱液添加混合装置以及高压管3贯通连接。
B、对压裂孔进行封堵。
封堵的主要作用是避免碱液从压裂孔开口处喷出，因此封堵可采用多种现有的技术手段。本实施例中，采用胶囊封孔器2对压裂孔进行封堵。注水端头1位于胶囊封孔器2与压裂孔的孔底之间，胶囊封孔器2通过高压胶管6与胶囊泵站连接。
C、向压裂孔内部泵入碱液。
高压管3以及高压胶管6上均设有流量计4以及水压计5。
胶囊泵站向胶囊封孔器2内部注水，高压泵站通过注水端头1向压裂孔内部注入碱液，胶囊封孔器2内部注水压力大于或等于压裂孔内部碱液压力。
保持高压管3上水压计5检测的压力数值不变(即高压泵站输出压力不变)，当流量计4的数值稳定后，关闭高压泵站以及胶囊泵站。
D、增透压裂结束后，撤出设备。
通过高压管3上水压计5的数值来判断增透压裂过程是否结束。当高压管3上水压计5的数值逐渐降低，低于阈值时；或高压管3上水压计5的数值逐渐降低到某一数值后，稳定在此数值的时长大于等于120h时，判定增透压裂过程完成。可以拆除高压管3以及高压胶管6与压裂孔的连接，撤出设备。
从作用效果来讲，煤层水力压裂主要作用是起裂煤层，在煤层内形成宏观裂缝和裂隙网络，起到卸压作用；煤层碱液改性压裂与水力压裂相似，但可以实现煤层物理和化学双重改性，极大促进冲击源头的消除，同时碱液能够对煤体杂质矿物进行腐蚀，促进裂隙的产生，有助于压裂液的蔓延和扩展，更好的压裂煤层进行卸压，促进应力转移，压裂范围更加广泛、均匀，采用循环压裂方式可得到更好的压裂效果。
由于赤泥的强碱性使其难以大规模综合利用，同时赤泥产量巨大，赤泥堆存带来巨大风险，实现赤泥的高效无害化处理成为环境保护问题的重中之重。赤泥堆存不仅占用大量土地、耗费大量资源，赤泥颗粒粒度在0～0.08mm级别，团聚性差，风流带走颗粒后污染空气，危害人体健康。赤泥的重金属等污染成分也会随雨水渗入土壤，造成严重水、土资源污染。2010年发生在匈牙利的一起溃坝事故使附近水域的pH值达到13。赤泥的危害性巨大，如何多产业交叉，变废为宝，实现源化利用赤泥的同时提高经济产值是十分关键的环保和经济课题。
赤泥性质复杂，主要由化学组分和矿物组分两部分组成，赤泥具有较高的持水性，与水混合后形成赤泥浆体。化学成分主要有：CaO、SiO2、Fe2O3、Al2O3、TiO2、K2O和Na2O等，赤泥中Na2O含量一般在2％～10％，是衡量赤泥碱性强弱的重要指标；矿物相主要有：方解石、赤铁矿、水合铝硅酸钠、水化石榴石、铝酸三钙和钙霞石等。
赤泥中碱有自由碱和结合碱两种形式，自由碱附着于表面，溶于水电离出碱性阴离子和Na+，主要有NaOH、KOH、NaAl(OH)4、Na2CO3、NaHCO3、K2CO3、Na2SiO3等；结合碱以矿物相存在，主要包括方解石(CaCO3)、方钠石(Na6Al6Si6O24·NaX)、钙霞石(Na6Al6Si6O24·2CaCO3)等多种矿物。赤泥脱碱是其综合利用的关键一环，有水洗法、酸浸法、石灰法、生物法、石灰法等，但由于赤泥碱性强烈，药剂消耗大，限制条件多，难以实现大规模工业化脱碱，因此赤泥的综合利用受到极大限制。
为了提高赤泥的利用率，将赤泥与水混合，形成赤泥浆，赤泥浆代替碱液应用在煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法中，此时煤层改性路径如下：
(1)中和反应：在碱性条件下，煤层中的有机酸和无机酸与赤泥中的自由碱和结合碱发生中和反应：
赤泥(自由碱/结合碱)+无机酸/有机酸(H+)→煤体腐蚀裂隙→碱化改性促裂/赤泥脱碱
(2)置换反应：在碱性条件下，煤层中的石膏(CaSO4)与赤泥中的部分自由碱和部分结合碱发生置换反应：
赤泥(部分自由碱/部分结合碱)+石膏(CaSO4)→煤体腐蚀裂隙→碱化改性促裂/赤泥脱碱
(3)生物脱碱：暴露在水和空气的环境下，煤层中的部分硫杆菌属(Thiobacillus)能够在水和空气作用下分解黄铁矿(FeS2)，产生无机酸，中和赤泥碱性物质，同时也腐蚀煤层：
排硫杆菌(Thiobacillus thioparus)/新型硫杆菌(Thiobacillus novellus)+黄铁矿/水/空气(FeS2/H2O/O2)→无机酸(H+)→煤体腐蚀裂隙→碱化改性促裂/赤泥脱碱
(4)煤层吸水饱和：煤层吸水后处于饱水状态，力学指标弱化，冲击倾向性降低，达到煤层改性的目的。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、在煤壁上钻打压裂孔；
B、对压裂孔进行封堵；
C、向压裂孔内部泵入碱液。
2.根据权利要求1所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：
将胶囊封孔器(2)放置于压裂孔中，对压裂孔进行封堵，
胶囊封孔器(2)通过高压胶管(6)与胶囊泵站连接。
3.根据权利要求1所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：
压裂孔内部设有注水端头(1)，注水端头(1)位于压裂孔封堵处与孔底之间，
注水端头(1)通过高压管(3)与碱液供给装置连接。
4.根据权利要求3所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：
碱液供给装置包括碱液添加混合装置以及高压泵站，高压泵站的进出口分别与碱液添加混合装置以及高压管(3)贯通连接。
5.根据权利要求4所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：
所述的高压管(3)上设有流量计(4)以及水压计(5)，
高压泵站通过注水端头(1)向压裂孔内部注入碱液，水压计(5)检测的压力数值不变，流量计(4)的数值稳定后，关闭高压泵站。
6.根据权利要求5所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：
高压管(3)上水压计(5)的数值逐渐降低，低于阈值后，拆除高压管与压裂孔的连接。
7.根据权利要求2所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：
压裂孔内部设有注水端头(1)，注水端头(1)位于胶囊封孔器(2)与压裂孔的孔底之间，
注水端头(1)通过高压管(3)与碱液供给装置连接。
8.根据权利要求7所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：
碱液供给装置包括碱液添加混合装置以及高压泵站，高压泵站的进出口分别与碱液添加混合装置以及高压管(3)贯通连接。
9.根据权利要求8所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：
高压管(3)以及高压胶管(6)上均设有流量计(4)以及水压计(5)，
胶囊泵站向胶囊封孔器(2)内部注水，高压泵站通过注水端头(1)向压裂孔内部注入碱液，胶囊封孔器(2)内部注水压力大于等于压裂孔内部碱液压力，
高压管(3)上水压计(5)检测的压力数值不变，流量计(4)的数值稳定后，关闭高压泵站以及胶囊泵站，
高压管(3)上水压计(5)的数值逐渐降低，低于阈值后，拆除高压管(3)以及高压胶管(6)与压裂孔的连接。
10.根据权利要求1-9任一所述的煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法，其特征在于：
所述的碱液为赤泥浆。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211153363.XA CN115522975A (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211153363.XA CN115522975A (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115522975A true CN115522975A (zh) | 2022-12-27 |
Family
ID=84699293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211153363.XA Pending CN115522975A (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115522975A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115355004A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-11-18 | 山东理工大学 | 煤层冲击地压钻孔赤泥浆改性与强化卸压方法 |
| CN115492575A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-20 | 山东理工大学 | 煤层冲击地压钻孔碱液改性与强化卸压方法 |
-
2022
- 2022-09-20 CN CN202211153363.XA patent/CN115522975A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115355004A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-11-18 | 山东理工大学 | 煤层冲击地压钻孔赤泥浆改性与强化卸压方法 |
| CN115492575A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-20 | 山东理工大学 | 煤层冲击地压钻孔碱液改性与强化卸压方法 |
| CN115355004B (zh) * | 2022-09-20 | 2024-03-19 | 山东理工大学 | 煤层冲击地压钻孔赤泥浆改性与强化卸压方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN115522975A (zh) | 煤层碱液改性及压裂卸压冲击地压防治方法 | |
| CN101451061B (zh) | 一种油泥砂固砂堵水调剖剂 | |
| Gräfe et al. | Bauxite residue issues: III. Alkalinity and associated chemistry | |
| CA2522031C (en) | Method for treatment of oil sands tailings with lime or with lime and carbon dioxide | |
| CN101693827B (zh) | 凝结型复合封堵剂 | |
| CN104153731B (zh) | 一种钻井废弃泥浆回用堵水调剖工艺方法 | |
| CN101250041A (zh) | 一种环保型土壤固化剂 | |
| CN104293333A (zh) | 油田采油中性解堵剂组合物及其制备方法 | |
| CN109913192A (zh) | 除盐解堵剂 | |
| CN107245338B (zh) | 一种修道改良土壤结构的复合制剂及其制备方法 | |
| CN109458166B (zh) | 一种煤层中co2制剂高压致裂瓦斯增透与置换方法 | |
| CN115492575A (zh) | 煤层冲击地压钻孔碱液改性与强化卸压方法 | |
| CN104212422B (zh) | 一种稠油低成本改性粘土类堵水剂及使用方法 | |
| CN101480576B (zh) | 一种利用赤泥作为吸收剂的喷射鼓泡法脱硫方法 | |
| CN115355004B (zh) | 煤层冲击地压钻孔赤泥浆改性与强化卸压方法 | |
| CN105062447B (zh) | 一种热采封窜剂及其制备方法 | |
| CN102757776A (zh) | 油井压裂低温破胶促进剂 | |
| CN106747130B (zh) | 一种耐高温油井封堵剂 | |
| CN103964477B (zh) | 一种通过多级碳化降低赤泥铝硅比的方法 | |
| CN115417409B (zh) | 一种多产业固废协同强化赤泥固碳的方法 | |
| CN110841463A (zh) | 与钙法烟气脱硫工艺耦合的赤泥脱碱方法 | |
| CN105696998A (zh) | 一种页岩气储层压裂改造方法 | |
| CN111115994A (zh) | 一种磺化泥浆钻屑无害化处理干凝粉及其制备方法 | |
| CN105602536A (zh) | 一种非酸溶性高强度封窜堵漏剂及其制备方法 | |
| CN112520933B (zh) | 一种压裂返排液氧化气浮-超磁分离-干化系统及其工艺 |
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 |