CN116792063A - 一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿井下煤层增透技术领域，具体是一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法。包括以下步骤，S100：对煤样中的矿物质进行测定，对煤样进行宏观力学特性表征实验；S200：根据步骤S100测试的结果，设定目标煤层的增透顺序；S300：根据步骤S200确定的增透顺序对煤样进行处理，然后对处理后的煤样进行实验；实验包括x射线衍射实验、傅里叶红外光谱分析实验、电镜扫描实验、单轴压缩实验和渗流实验；S400：对步骤S300中实验结果与步骤S100中的实验结果进行对比，分别确定酸性增渗液与碱性增渗液的最佳配伍；S500：根据最佳配伍的酸性增渗液与碱性增渗液进行煤层气抽采。本发明不仅可大大提高煤层增透效果，还可有效降低增渗液对煤储层的伤害。

Description

一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下煤层增透技术领域，具体是一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法。

背景技术

我国煤层气（瓦斯）资源丰富，发展前景广阔，埋深2000m以浅的煤层气资源储量约30.1万亿m³，当前技术条件下可采资源量12.5万亿m³，但我国煤层“微孔隙、强吸附、低渗透”的赋存特征严重制约了煤层气的开采。近年来，随着开采深度的不断增加，深部煤层高地应力、高瓦斯压力、高瓦斯含量、低透气性的特性变得更加显著，导致赋存在煤层中的大量煤层气资源很难被抽采出来，同时也给煤矿安全、高效生产带来严重威胁。因此，低渗煤层的煤层气高效抽采一直是制约我国煤层气产业化发展和煤矿瓦斯灾害防治的技术瓶颈。

煤储层属于典型的孔隙-裂隙型储集层，其内部包含有丰富孔隙、裂隙等微结构，即独特的双重孔隙结构。其中，孔隙是吸附态（约占90%）和游离态煤层气储集的主要场所，其储气能力与煤层中孔隙发育程度和孔隙结构有关；裂隙是煤层气运移的主要通道，其发育特征直接影响煤层的渗透特性。煤层气抽采的过程本质上是煤层气在煤体结构中“解吸-扩散-渗流”的过程，即吸附在煤孔隙中的大量煤层气首先要解吸、扩散至裂隙中，然后才能通过裂隙结构渗流运移至抽采井中；因此，要实现对煤层气高效抽采，一方面需要改造煤储层，提高其渗透率，另一方面需将吸附态的煤层气解吸出来形成游离态，增加煤层气的解吸量。目前，在低渗煤层增透技术领域，应用较为广泛的手段大多是通过力学致裂煤体来增加煤中孔隙结构，从而达到提高煤层渗透率的目的。在面对富含矿物质的煤层时，国内外学者提出将酸液借助水力压裂技术注入煤层中，酸液可以有效溶蚀填充在煤孔裂隙中的矿物质，进一步提高煤层渗透率，但这些手段对煤的瓦斯吸附性改变十分有限，且酸液由于黏性低，注入煤层后滤失大，浪费的同时容易在煤层后续开采过程中造成设备腐蚀。另外，不同煤层的孔裂隙结构、力学性质、矿物成分及含量、吸附特性均存在较大差异，这就导致采用相同的压裂技术和压裂液对不同的煤层进行增透，其增透效果往往大不相同。因此，针对目前低渗煤层增透效果差、缺乏针对性、煤层气抽采效率低等难题，研发一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法是十分迫切需要的。

发明内容

为了解决上述问题，一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，通过配制酸性增渗液和碱性增渗液，并根据煤层条件按先酸后碱或先碱后酸的顺序进行两次增透，可以在水力压裂的基础上，溶蚀填充在煤孔隙中的矿物质，进一步提高煤层渗透率，并降低煤的瓦斯吸附性，同时减少增渗液的滤失量和后续煤炭开采过程中对设备的腐蚀，达到清洁高效抽采煤层气的效果。

本发明采取以下技术方案：一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，包括以下步骤，S100：对需要增透的煤层进行采样并密封保存，并对煤样中的矿物质进行测定，同时对煤样进行宏观力学特性表征实验；S200：根据步骤S100测试的结果，设定目标煤层的增透顺序，增透顺序为酸性增渗液和碱性增渗液注入煤层的先后顺序，包括先酸后碱、先碱后酸两种情况；S300：根据步骤S200确定的增透顺序对煤样进行处理，然后对处理后的煤样进行实验；实验包括x射线衍射实验、傅里叶红外光谱分析实验、电镜扫描实验、单轴压缩实验和渗流实验；S400：对步骤S300中实验结果与步骤S100中的实验结果进行对比，分别确定酸性增渗液与碱性增渗液的最佳配伍；S500：根据最佳配伍的酸性增渗液与碱性增渗液进行煤层气抽采。

在一些实施例中，步骤S100中对煤样的测试包括工业分析、矿物成分测定、煤样大分子结构测定、孔裂隙结构分析以及渗透率测定测试，工业分析测定煤中灰分占比，矿物质成分测定则可以确定煤中矿物质类别及相对含量，煤大分子结构测定确定原生煤样中的官能团类别；孔裂隙结构分析反映出原生煤样中的孔裂隙分布情况；渗透率测定测试反映出原生煤样中孔裂隙结构的透气性。

在一些实施例中，步骤S200中，

当煤层中的矿物质以含硅矿物为主时，采用先碱后酸的增透顺序，先注入碱性增渗液将含硅矿物进行初次溶蚀或转化为易溶于酸的中间产物，同时增加煤中的含氧官能团含量，降低煤层的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，初次增透完成后注入酸性增渗液，彻底溶蚀煤中的矿物质；

当煤层中的矿物质以碳酸盐矿物为主时，采用先酸后碱的增透顺序，先注入酸性增渗液溶蚀煤中的矿物质完成初次增透，再注入碱性增渗液中和残留的酸性增渗液，降低后续煤炭开采时对设备造成的腐蚀影响，并通过增加煤中含氧官能团含量来降低煤的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，完成二次增透。

在一些实施例中，步骤S300中，在实验方案的表征分析部分中，煤样经步骤S200设置的不同浓度增渗液处理后，通过x射线衍射实验表征煤样中矿物质变化情况，通过傅里叶红外光谱分析实验分析煤样含氧官能团变化情况，通过电镜扫描实验直观观测煤样微观孔裂隙变化，通过单轴压缩实验分析煤样力学性质变化情况，通过渗流实验分析煤样气体渗流特性的变化。

在一些实施例中，步骤S400中，通过对比不同浓度增渗液处理前、后煤样的各项实验结果，从增渗液改性煤体前、后的矿物成分及含量、孔隙率、渗透率、吸附解吸量、单轴抗压强度以及官能团变化确定增渗液浓度与煤样各项特征参数的关系，选出最优的增渗液配伍方案。

在一些实施例中，步骤S500的具体过程为：

S501：分别钻设水平对接井和排采直井，水平对接井钻至煤层顶板岩层，在煤层上方0.5m~1.5m范围内进行水平钻进，直至与排采直井贯通，使得水平对接井和排采直井形成U型排采井系统，并在排采直井附近建立地面排采系统；

S502：通过水平对接井向下方目标煤层定向射孔，沟通井眼与目标煤层之间的流体通道；按照已设定的增透顺序将初次增透的增渗液及支撑剂逐级压入目标煤层进行致裂增透；进行保压焖井，使增渗液充分渗入目标煤层，溶蚀煤层中的矿物质，改造其孔裂隙结构；保压焖井完成后，通过地面排采系统进行返排和采气；

S503：当产气量跌至平均产气量的60%时，按照步骤S502向目标煤层中高压注入用于二次增透的增渗液，实现对目标煤层的二次增透；进行保压焖井，进一步溶蚀煤层中的矿物质，改造其孔裂隙结构；进行保压焖井后，通过地面排采系统进行返排、采气。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明根据实际煤层条件，针对性地向低渗煤层中交替注入酸性增渗液和碱性增渗液，既可通过水压致裂在煤层中形成宏观裂缝，实现物理增透，还通过增渗液充分溶蚀煤中矿物成分，实现化学增透；同时，增渗液还可降低煤对煤层气的吸附性，增大煤层气的解吸量，从而实现对低渗煤层的多方位协同增透和煤层气高效抽采。

2、本发明通过酸碱交替压裂二次改造煤储层透气性，不仅可大大提高煤层增透效果，还可有效降低增渗液对煤储层的伤害，降低后续煤炭开采时对设备的腐蚀，有利于煤层气的清洁高效开采以及后续的安全生产。

附图说明

图1是本发明一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法的示意图

图2是本发明一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法的实施流程图

图中：1—目标煤层；2—顶板岩层；3—水平对接井；4—排采直井；5—压裂管路；6—定向射孔；7—一号增渗液储罐；8—二号增渗液储罐；9—压裂裂隙网；10—对接处；11—地面排采系统。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图1，进一步详细说明本发明的具体实施方式。

本发明采用以下技术方案：一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，包括如下步骤：

S100：对需要增透的煤层进行采样并密封保存，并对煤样中的矿物质进行测定，同时对煤样进行宏观力学特性表征实验。针对需要增透的煤层（目标煤层1），现场采样并密封保存，将样品进行包括工业分析、矿物成分测定、煤样大分子结构测定、孔裂隙结构分析、渗透率测定等测试。

步骤S100中，煤样的测试包括工业分析、矿物成分测定、煤样大分子结构测定、孔裂隙结构分析以及渗透率测定测试，工业分析测定煤中灰分占比，矿物质成分测定则可以确定煤中矿物质类别及相对含量，煤大分子结构测定确定原生煤样中的官能团类别；孔裂隙结构分析反映出原生煤样中的孔裂隙分布情况；渗透率测定测试反映出原生煤样中孔裂隙结构的透气性。

S200：根据步骤S100测试所得的煤样参数，设定目标煤层的增透顺序，并初步确定酸性增渗液、碱性增渗液的成分和配比。

步骤S200中的增透顺序为酸性增渗液和碱性增渗液注入煤层的先后顺序，包括先酸后碱、先碱后酸两种情况。

增透顺序取决于煤层矿物质的成分与含量，当煤层中的矿物质以含硅矿物为主时，采用先碱后酸的增透顺序，先注入碱性增渗液将含硅矿物进行初次溶蚀或转化为易溶于酸的中间产物，同时增加煤中的含氧官能团含量，降低煤层的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，初次增透完成后注入酸性增渗液，彻底溶蚀煤中的矿物质；当煤层中的矿物质以碳酸盐矿物为主时，采用先酸后碱的增透顺序，先注入酸性增渗液溶蚀煤中的矿物质完成初次增透，再注入碱性增渗液中和残留的酸性增渗液，降低后续煤炭开采时对设备造成的腐蚀影响，并通过增加煤中含氧官能团含量来降低煤的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，完成二次增透。

所述步骤S200中的酸性增渗液成分包括酸液、表面活性剂、缓蚀剂等，其中，酸液包括醋酸、柠檬酸等弱酸以及盐酸、硝酸、氢氟酸等强酸；表面活性剂包括阳离子类、阴离子类及两性离子类。碱性增渗液成分包括碱液、表面活性剂等，其中，碱液为氢氧化钠、氢氧化钾等碱性溶液，表面活性剂包括阳离子类、阴离子类及两性离子类。

所述步骤S200中的酸性增渗液作用为：酸液成分的作用为针对煤中的碳酸盐矿物质、含硅矿物进行溶蚀，其中，盐酸、硝酸、氢氟酸、醋酸、柠檬酸可有效溶蚀煤层中的方解石、白云石等碳酸盐矿物，氢氟酸可以有效溶蚀煤层中的石英、高岭石、伊利石、蒙脱石等含硅矿物，醋酸可以溶蚀高岭石等硅酸盐矿物，并一定程度上增加煤中含氧官能团数量，降低煤的瓦斯吸附性，针对不同煤层的矿物赋存情况，可以选用单一酸型或两种及两种以上的组合酸型进行增透作业，出于环保和保护设备的考虑，优先使用醋酸、柠檬酸等弱酸；表面活性剂的作用为减小增渗液分子与煤的接触角，增强煤的润湿性，同时通过增强增渗液粘性达到减小增渗液滤失量的效果，并起到缓蚀的作用，使得增渗液分子与矿物质、煤分子充分接触并反应；缓蚀剂可有效减少后续井下煤炭开采时煤层中残留的酸性增渗液对设备的腐蚀。碱性增渗液的作用为：碱液可以溶蚀煤中的高岭石等硅酸盐矿物，使石英等含硅矿物转化为易溶于酸的中间产物，并增加煤中含氧官能团的含量，降低煤层的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸；若碱性增渗液用于二次增透时还可以中和煤层残留酸性增渗液、降低后续开采时设备受到的腐蚀；表面活性剂的作用为增强煤层润湿性、减小滤失。

所述步骤S200中的增渗液处理煤样实验参数包括煤样形态、增渗液浓度、处理时间、处理温度。煤样形态包括煤粉、碎煤块、煤柱，煤粉处理后进行X射线衍射实验测定煤中矿物质变化，进行傅里叶红外光谱实验测定煤大分子结构变化，进行氮气吸附实验测定煤样微观孔隙结构变化；碎煤块进行电镜扫描实验观察煤样微观孔隙结构变化；煤柱用于进行单轴压缩实验和渗透率测试实验，分别测定煤样的力学特性和渗透特性。

配比是以一定浓度梯度设置的，根据测试结果中矿物质含量，结合去除矿物质的预期效果，按照矿物质和增渗液成分的化学计量数比例，估算出增渗液的质量分数值，并在该值上下以一定差值各取数个质量分数值，形成浓度梯度。

S300：根据步骤S200确定的增透顺序对煤样进行处理，然后对处理后的煤样进行实验；实验包括x射线衍射实验、傅里叶红外光谱分析实验、电镜扫描实验、单轴压缩实验和渗流实验。

x射线衍射实验、傅里叶红外光谱分析实验、电镜扫描实验等属于煤样微观特征表征实验，单轴压缩试验、渗流实验属于煤样宏观力学特性表征实验。

步骤S300中，在实验方案的表征分析部分中，煤样经步骤S200设置的不同浓度增渗液处理后，通过x射线衍射实验表征煤样中矿物质变化情况，通过傅里叶红外光谱分析实验分析煤样含氧官能团变化情况，通过电镜扫描实验直观观测煤样微观孔裂隙变化，通过单轴压缩实验分析煤样力学性质变化情况，通过渗流实验分析煤样气体渗流特性的变化。

S400对步骤S300中实验结果与步骤S100中的实验结果进行对比，分别确定酸性增渗液与碱性增渗液的最佳配伍。

步骤S300的实验结果可以较为具体、直观地表征增渗液的增透作用，其中，x射线衍射实验结果可以反映出煤中残余矿物质类别及含量，傅里叶红外光谱分析实验结果可以反映出煤中增加的羟基、羰基等含氧官能团，电镜扫描实验可以直观表现出增渗液对煤微观结构的破坏程度，单轴压缩实验并配合电镜扫描可以通过煤样断面特征直观反映增渗液对煤孔裂隙结构中次生矿物腐蚀效果，渗流实验可以反映出增渗液改性后煤样的渗透率改变情况，吸附解吸实验用于表征增渗液处理对煤体甲烷吸附解吸特性的影响。通过对比不同浓度增渗液处理前、后煤样的各项实验结果，从增渗液改性煤体前、后的矿物成分及含量、孔隙率、渗透率、吸附解吸量、单轴抗压强度以及官能团变化确定增渗液浓度与煤样各项特征参数的关系，从而根据实际要求，选出最优的增渗液配伍方案。

S500：根据最佳配伍的酸性增渗液与碱性增渗液进行煤层气抽采。

S501：分别钻设水平对接井和排采直井，水平对接井钻至煤层顶板岩层，在煤层上方0.5m~1.5m范围内采用井眼轨迹控制技术和地质导向技术进行水平钻进，直至与排采直井贯通，使得水平对接井和排采直井形成U型排采井系统，并在排采直井附近建立地面排采系统。

S502：通过水平对接井向下方目标煤层定向射孔，沟通井眼与目标煤层之间的流体通道；采用分段水力压裂技术，按照已设定的增透顺序将初次增透的增渗液及支撑剂逐级压入目标煤层进行致裂增透；进行保压焖井，使增渗液充分渗入目标煤层，溶蚀煤层中的矿物质，改造其孔裂隙结构；保压焖井完成后，通过地面排采系统进行返排、采气。

S503：当排采直井中的产气量明显降低时，按照步骤S502向目标煤层中高压注入用于二次增透的增渗液，实现对目标煤层的二次增透；进行保压焖井，进一步溶蚀煤层中的矿物质，改造其孔裂隙结构；进行保压焖井后，通过地面排采系统进行返排、采气。

实施例1

（1）煤样参数测定

通过钻探取芯获取目标煤层1的煤样，并将其放入密封煤样罐中；对煤样进行工业分析、矿物成分测定、煤样大分子结构测定、孔裂隙结构分析、渗透率测定等测试。经测试分析确定该煤层为低透气性煤层，其煤质为中高变质程度的高灰分烟煤，矿物成分以石英、高岭石、伊利石、蒙脱石等含硅矿物为主，其余成分为白云石、方解石等碳酸盐矿物。

（2）增透顺序确定

由于该煤层中的矿物成分以石英、高岭石、伊利石、蒙脱石等含硅矿物为主，设定该煤层的增透顺序为先碱后酸，即先注入碱性增渗液将含硅矿物进行初次溶蚀或转化为易溶于酸的中间产物，同时增加煤中的含氧官能团含量，降低煤层的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，初次增透完成后注入酸性增渗液，彻底溶蚀煤中的矿物质。

（3）增渗液配伍

根据该煤层中的矿物含量及各矿物成分相对含量占比，初步确定增渗液成分为氢氧化钠、醋酸、十二烷基硫酸钠以及缓蚀剂。设置增渗液处理煤样实验的各项参数，将一定质量分数的氢氧化钠、十二烷基硫酸钠与水的混合液作为碱性增渗液，将一定质量分数的醋酸、十二烷基硫酸钠、缓蚀剂和水的混合液作为酸性增渗液。按照先碱后酸的增透顺序对煤样进行增渗液处理，并对处理完成后的各煤样进行X射线衍射实验、傅里叶红外光谱分析实验、电镜扫描实验、单轴压缩实验、渗流实验；根据室内实验的分析结果，分别确定酸性增渗液与碱性增渗液的最佳配伍。

其中，碱性增渗液中，氢氧化钠的作用为将石英反应为易溶于酸的中间产物，并溶蚀高岭石等硅酸盐矿物，同时增加煤中的含氧官能团，降低煤层对瓦斯的吸附性，促进瓦斯解吸；十二烷基硫酸钠的作用为增强增渗液对煤的润湿性，减少滤失量，并微弱提升煤层中含氧官能团含量。酸性增渗液中，醋酸的作用为溶蚀煤层中的碳酸盐矿物并溶解先前注碱后生成的易溶于酸的中间产物，并增加煤中含氧官能团含量，降低煤层的瓦斯吸附性，促进瓦斯的解吸，而且醋酸属于弱酸，可以防止反应过快导致增渗液反应范围小的问题；十二烷基硫酸钠的作用为增强增渗液对煤的润湿性，减少滤失量，同时增加增渗液的粘稠度，起到一定缓蚀的作用，使增渗液与煤层充分接触并反应。

（4）完成增渗液配伍后，将碱性增渗液装入一号增渗液储罐7，酸性增渗液装入二号增渗液储罐8；分别钻设水平对接井3和排采直井4，水平对接井3钻至煤层顶板岩层2，在煤层上方0.5~1.5m范围内采用井眼轨迹控制技术和地质导向技术进行水平钻进，直至与排采直井4在对接处10贯通，形成U型排采井系统，并在排采直井附近建立地面排采系统11。

（5）通过水平对接井3向下方目标煤层1定向射孔，沟通井眼与目标煤层1之间的流体通道；采用分段水力压裂技术，通过压裂管路5将一号增渗液储罐7中的碱性增渗液与支撑剂由定向射孔6逐级压入目标煤层1进行致裂增透，形成压裂裂隙网9；进行保压焖井，使碱性增渗液充分渗入目标煤层1，改造其孔裂隙结构和吸附性；保压焖井完成后，通过地面排采系统11进行返排、采气。

（6）当排采直井中的产气量明显降低时，再次采用分段水力压裂技术，通过压裂管路5将二号增渗液储罐8中的酸性增渗液逐级压入目标煤层1进行二次增透；进行保压焖井，使酸性增渗液充分渗入目标煤层1，进一步溶蚀煤层中的矿物质，改造其孔裂隙结构和吸附性；进行保压焖井后，再次通过地面排采系统进行返排、采气。

实施例2

（1）煤样参数测定

通过钻探取芯获取目标煤层1的煤样，并将其放入密封煤样罐中；对煤样进行工业分析、矿物成分测定、煤样大分子结构测定、孔裂隙结构分析、渗透率测定等测试。经测试分析确定该煤层为低透气性煤层，其煤质为中变质程度的高灰分烟煤，矿物成分以白云石、方解石等碳酸盐矿物为主，其余灰分成分为少量石英、高岭石、伊利石、蒙脱石等含硅矿物。

（2）增透顺序确定

由于该煤层中的矿物成分以白云石、方解石等碳酸盐矿物为主，设定该煤层的增透顺序为先酸后碱，即先注入酸性增渗液溶蚀煤中的矿物质完成初次增透，再注入碱性增渗液中和残留的酸性增渗液，降低后续煤炭开采时对设备造成的腐蚀影响，并通过增加煤中含氧官能团含量来降低煤的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，完成二次增透。

（3）增渗液配伍

根据该煤层中的矿物含量及各矿物成分相对含量占比，初步确定增渗液成分为增渗液成分确定为醋酸、氢氟酸、氢氧化钠、十二烷基硫酸钠。将一定质量分数的醋酸、少量氢氟酸、十二烷基硫酸钠和水的混合液作为酸性增渗液，将一定质量分数的氢氧化钠、十二烷基硫酸钠与水的混合液作为碱性增渗液。按照先酸后碱的增透顺序对煤样进行增渗液处理，并对处理完成后的各煤样进行X射线衍射实验、傅里叶红外光谱分析实验、电镜扫描实验、单轴压缩实验、渗流实验；根据室内实验的分析结果，分别确定酸性增渗液与碱性增渗液的最佳配伍。

其中，酸性增渗液中，氢氟酸作用为溶蚀碳酸盐矿物和含硅矿物，醋酸的作用为溶蚀煤层中的碳酸盐矿物和高岭石，并增加煤中含氧官能团含量，降低煤层的瓦斯吸附性，促进瓦斯的解吸，且醋酸属于弱酸，可以防止反应过快导致增渗液反应范围小的问题；十二烷基硫酸钠的作用为增强增渗液对煤的润湿性，减少滤失量。碱性增渗液中，氢氧化钠的作用为中和煤层中残留的酸性增渗液，进一步溶蚀煤层中剩余的高岭石等硅酸盐矿物，并增加煤中的含氧官能团含量，降低煤层对瓦斯的吸附性，促进瓦斯解吸；十二烷基硫酸钠的作用为增强增渗液对煤的润湿性，减少滤失量，并微弱提升煤层中含氧官能团含量。

（4）完成增渗液配伍后，将酸性增渗液装入一号增渗液储罐7，碱性增渗液装入二号增渗液储罐8；分别钻设水平对接井3和排采直井4，水平对接井3钻至煤层顶板岩层2，在煤层上方0.5~1.5m范围内采用井眼轨迹控制技术和地质导向技术进行水平钻进，直至与排采直井4在对接处10贯通，形成U型排采井系统，并在排采直井附近建立地面排采系统11。

（5）通过水平对接井3向下方目标煤层1定向射孔，沟通井眼与目标煤层1之间的流体通道；采用分段水力压裂技术，通过压裂管路5将一号增渗液储罐7中的酸性增渗液与支撑剂由定向射孔6逐级压入目标煤层1进行致裂增透，形成压裂裂隙网9；进行保压焖井，使酸性增渗液充分渗入目标煤层1，改造其孔裂隙结构和吸附性；保压焖井完成后，通过地面排采系统11进行返排、采气。

（6）当排采直井中的产气量明显降低时，再次采用分段水力压裂技术，通过压裂管路5将二号增渗液储罐8中的碱性增渗液逐级压入目标煤层1进行二次增透；进行保压焖井，使碱性增渗液充分渗入目标煤层1，进一步溶蚀煤层中的矿物质，改造其孔裂隙结构和吸附性；进行保压焖井后，再次通过地面排采系统进行返排、采气。

Claims (6)

1.一种低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，其特征在于：包括以下步骤，

S100：对需要增透的煤层进行采样并密封保存，并对煤样中的矿物质进行测定，同时对煤样进行宏观力学特性表征实验；

S200：根据步骤S100测试的结果，设定目标煤层的增透顺序，增透顺序为酸性增渗液和碱性增渗液注入煤层的先后顺序，包括先酸后碱、先碱后酸两种情况；

S300：根据步骤S200确定的增透顺序对煤样进行处理，然后对处理后的煤样进行实验；实验包括x射线衍射实验、傅里叶红外光谱分析实验、电镜扫描实验、单轴压缩实验和渗流实验；

S400：对步骤S300中实验结果与步骤S100中的实验结果进行对比，分别确定酸性增渗液与碱性增渗液的最佳配伍；

S500：根据最佳配伍的酸性增渗液与碱性增渗液进行煤层气抽采。

2.根据权利要求1所述的低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，其特征在于：所述步骤S100中对煤样的测试包括工业分析、矿物成分测定、煤样大分子结构测定、孔裂隙结构分析以及渗透率测定测试，工业分析测定煤中灰分占比，矿物质成分测定则可以确定煤中矿物质类别及相对含量，煤大分子结构测定确定原生煤样中的官能团类别；孔裂隙结构分析反映出原生煤样中的孔裂隙分布情况；渗透率测定测试反映出原生煤样中孔裂隙结构的透气性。

3.根据权利要求1所述的低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，其特征在于：所述步骤S200中，

当煤层中的矿物质以含硅矿物为主时，采用先碱后酸的增透顺序，先注入碱性增渗液将含硅矿物进行初次溶蚀或转化为易溶于酸的中间产物，同时增加煤中的含氧官能团含量，降低煤层的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，初次增透完成后注入酸性增渗液，彻底溶蚀煤中的矿物质；

当煤层中的矿物质以碳酸盐矿物为主时，采用先酸后碱的增透顺序，先注入酸性增渗液溶蚀煤中的矿物质完成初次增透，再注入碱性增渗液中和残留的酸性增渗液，降低后续煤炭开采时对设备造成的腐蚀影响，并通过增加煤中含氧官能团含量来降低煤的瓦斯吸附性，促进瓦斯解吸，完成二次增透。

4.根据权利要求1所述的低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，其特征在于：所述步骤S300中，在实验方案的表征分析部分中，

煤样经步骤S200设置的不同浓度增渗液处理后，通过x射线衍射实验表征煤样中矿物质变化情况，通过傅里叶红外光谱分析实验分析煤样含氧官能团变化情况，通过电镜扫描实验直观观测煤样微观孔裂隙变化，通过单轴压缩实验分析煤样力学性质变化情况，通过渗流实验分析煤样气体渗流特性的变化。

5.根据权利要求1所述的低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，其特征在于：所述步骤S400中，通过对比不同浓度增渗液处理前、后煤样的各项实验结果，从增渗液改性煤体前、后的矿物成分及含量、孔隙率、渗透率、吸附解吸量、单轴抗压强度以及官能团变化确定增渗液浓度与煤样各项特征参数的关系，选出最优的增渗液配伍方案。

6.根据权利要求1所述的低渗煤层酸碱协同增透强化煤层气抽采方法，其特征在于：所述步骤S500的具体过程为：

S501：分别钻设水平对接井和排采直井，水平对接井钻至煤层顶板岩层，在煤层上方0.5m~1.5m范围内进行水平钻进，直至与排采直井贯通，使得水平对接井和排采直井形成U型排采井系统，并在排采直井附近建立地面排采系统；

S502：通过水平对接井向下方目标煤层定向射孔，沟通井眼与目标煤层之间的流体通道；按照已设定的增透顺序将初次增透的增渗液及支撑剂逐级压入目标煤层进行致裂增透；进行保压焖井，使增渗液充分渗入目标煤层，溶蚀煤层中的矿物质，改造其孔裂隙结构；保压焖井完成后，通过地面排采系统进行返排和采气；

S503：当产气量跌至平均产气量的60%时，按照步骤S502向目标煤层中高压注入用于二次增透的增渗液，实现对目标煤层的二次增透；进行保压焖井，进一步溶蚀煤层中的矿物质，改造其孔裂隙结构；进行保压焖井后，通过地面排采系统进行返排、采气。