CN217028999U - 煤层超声多级增透与co2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，包括设置于煤层内的增透钻孔，增透钻孔的孔口处设有封孔器，增透钻孔中安装有超声波换能器和液态CO2输送管；液态CO2输送管穿过封孔器并连接有液态CO2输送设备；超声波换能器的连接线路穿过封孔器并连接有超声波发生器。本实用新型通过将超声波压裂技术和CO2致裂技术结合起来，通过超声波发生器和超声波换能器对煤层持续发射超声波，对煤层进行初次致裂；再通过液态CO2输送设备和液态CO2输送管向每个增透钻孔内注入CO2，对煤层进行二次致裂。本实用新型先采用超声波致裂对煤层裂隙通道进行改善，为后续的CO2致裂扩散提供更多通道，从而提高瓦斯的抽采效率。
Description
技术领域
本实用新型属于煤层开采技术领域，具体涉及煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置。
背景技术
煤矿瓦斯既是煤矿灾害的罪魁祸首，也是一种不可再生的清洁能源，煤与瓦斯共采是实现瓦斯突出防治与资源利用的根本技术。为了提高煤层瓦斯抽采率，国内外相继提出多种煤层增透方法，包括：水力压裂增透方法、水力割缝增透方法、气体爆炸增透方法、松动爆破增透方法、水力冲孔增透方法、以及超声激励增透方法等。
其中，超声激励增透技术是一种不受煤储层地质条件和气源特征限制，具有普通应用加之的增采技术。但使用超声激励增透单一作用，煤层增透范围小、煤层改造孔隙的尺度窄、作业效率低、增透效果有待改善。
实用新型内容
本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置。
为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，包括设置于煤层内的增透钻孔，增透钻孔的孔口处设有封孔器，增透钻孔中安装有超声波换能器和液态CO2输送管；液态CO2输送管穿过封孔器并连接有液态CO2输送设备；超声波换能器的连接线路穿过封孔器并连接有超声波发生器。
上述技术方案中，通过设置超声波发生器和超声波换能器、以及液态CO2输送设备和液态CO2输送管将超声波压裂技术和CO2致裂技术结合起来，通过超声波发生器和超声波换能器对煤层持续发射超声波，对煤层进行初次致裂；再通过液态CO2输送设备和液态CO2输送管向每个增透钻孔内注入CO2，对煤层进行二次致裂。本实用新型先采用超声波致裂对煤层裂隙通道进行改善，为后续的CO2致裂扩散提供更多通道，从而提高瓦斯的抽采效率。
在本实用新型的一种优选实施方式中，增透钻孔沿其长度方向分为多段，每段增透钻孔内均安装有超声波换能器，每段增透钻孔中的液态CO2输送管的侧壁上均具有注液孔。
上述技术方案中，沿增透钻孔的长度方向进行分段增透，分段增透可对增透钻孔(尤其是长钻孔)每段周边煤层进行充分、均匀增透，不留增透空白带。
在本实用新型的一种优选实施方式中，每段增透钻孔中的超声波换能器对应的连接一个超声波发生器，或者所有超声波换能器与一个超声波发生器相连。由此可根据实际情况，单独控制每段增透钻孔中的超声波换能器单独工作，或者增透钻孔中的所有超声波换能器同时工作。
在本实用新型的一种优选实施方式中，液态CO2输送管外套设有保温防护层。设置保温防护层可减少液态CO2输送管内液态CO2的热量损失，防止液态CO2在输送过程中气化，减小输送管道内的压力，提高安全性。
在本实用新型的一种优选实施方式中，增透钻孔中的设有加热装置。
上述技术方案中，在增透钻孔设置加热装置，对液态CO2输送管排出的液态CO2进行加热，可使液态CO2在较短时间内转变为高压的CO2气体，从而提高瓦斯的抽采效率。
在本实用新型的一种优选实施方式中，加热装置包括多个加热器，多个加热器沿增透钻孔的长度方向间隔设置。分段进行加热，使增透钻孔各段内的液态CO2均能快速气化。
煤层在本实用新型的另一种优选实施方式中，增透钻孔横向设置。相比增透钻孔竖向设置，横向设置便于布置超声波换能器。
在本实用新型的另一种优选实施方式中，增透钻孔中还设有抽采管，抽采管穿过封孔器与位于抽采钻孔外的抽采设备相连煤层。
上述技术方案中，通过设置抽采设备和抽采管对增透后的煤层进行瓦斯抽采，而且抽采管插入增透钻孔中进行抽采，无需再构建抽采钻孔。
在本实用新型的另一种优选实施方式中，还包括控制系统，超声波发生器和/或液态CO2输送设备的使能端与控制系统的输出控制端相连。
上述技术方案中，通过设置控制器来控制超声波发生器和/或液态CO2输送设备的工作，降低人的劳动强度。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请实施例一的煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置的结构示意图。
图2是本申请实施例二的煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置的结构示意图。
说明书附图中的附图标记包括：煤层1、增透钻孔2、封孔器3、超声波换能器4、超声波发生器5、液态CO2输送管6、液态CO2输送设备7、注液孔8、抽采管9、抽采设备10、控制系统11、加热器12。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
实施例一
本实施例提供了煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，如图1所示，在一种优选实施方式中，其包括设置于煤层1内的增透钻孔2，优选增透钻孔2横向设置，增透钻孔2的孔口处设有封孔器3。增透钻孔2中安装有超声波换能器4和液态CO2输送管，液态CO2输送管穿过封孔器3并连接有液态CO2输送设备7，超声波换能器4的连接线路穿过封孔器3并连接有超声波发生器5。
在本实施方式中，一个增透钻孔2中可安装一个及以上的超声波换能器4，当超声波换能器4的数量为两个及以上时，两个及以上超声波换能器4并联设置且沿增透钻孔2的长度方向间隔设置，为多级超声波换能器4。多级超声波换能器4与一个超声波发生器5相连，或者一个超声波换能器对应的连接一个超声波发生器。
采用这样的技术方案，先启动超声波发生器5，超声波换能器4在增透钻孔2中发出超声波对煤层1进行初次致裂，以达到冲击煤层1使之产生裂隙效果，超声波发生器5持续工作一段时间后，关闭超声波发生器5。然后启动液态CO2输送设备7，液态CO2输送至增透钻孔2中的液态CO2输送管中，液态CO2转变为高压的CO2气体，对煤层1进行二次致裂，从而提高瓦斯的抽采效率。一次作业中，超声增透时间约为3-6小时，CO2注入时间约2-4小时。一般需要循环多次作业，应根据煤层情况，决定循环次数。
本实用新型先采用超声波致裂对煤层1的裂隙通道进行改善，为后续的CO2致裂扩散提供更多通道。
在另一优选的实施方式中，增透钻孔2沿其长度方向分为多段，图1中所示为分成六段，每段增透钻孔2内均安装有超声波换能器4，每段增透钻孔2内的超声波换能器4数量至少为一个，每段增透钻孔2中的液态CO2输送管6的侧壁上均具有注液孔8，液态CO2经注液孔8定向的排至每段增透钻孔2中。在本实施方式中，每段增透钻孔2中的超声波换能器4对应的连接一个超声波发生器5，或者所有超声波换能器4与一个超声波发生器5相连。由此可分段增透，使得每段增透钻孔2范围的煤层均匀增透。
在另一优选的实施方式中，液态CO2输送管外套设有保温防护层，保温防护层用于减少液态CO2输送管中液态CO2热量的损失，防止液态CO2在输送过程中气化。
在另一优选的实施方式中，增透钻孔2中还设有抽采管9，抽采管9穿过封孔器3与位于抽采钻孔15外的抽采设备10相连抽采设备10。由此增透钻孔2还可作为抽采钻孔15，在完成煤层增透致裂后，启动抽采设备10进行抽采。
在另一优选的实施方式中，该抽采装置还包括控制系统11，控制系统11还连接有显示装置，超声波发生器5的使能端与控制系统11的输出控制端相连。由控制系统11控制超声波发生器5工作。当然也可由控制系统11控制液态CO2输送设备7和抽采设备10的工作。
实施例二
本实施例的结构和原理与实施例一的结构和原理基本相同，不同之处在于，如图2所示，在本实施例中，增透钻孔2中设有加热装置，加热装置包括多个加热器12，多个加热器12沿增透钻孔2的长度方向间隔设置，优选每段增透钻孔2中均设有加热器12。通过设置加热器12，在CO2致裂时，加热器12将增透钻孔2中的空气加热(加热至液体CO2的气化温度即可)，从而使液态CO2在较短时间内转变为高压的CO2气体，从而提高瓦斯的抽采效率。在本实施方式中，加热器12的使能端也与控制系统11相连，由控制系统11控制加热器12的工作。
在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，其特征在于，包括设置于煤层内的增透钻孔，所述增透钻孔的孔口处设有封孔器，所述增透钻孔中安装有超声波换能器和液态CO2输送管；
所述液态CO2输送管穿过封孔器并连接有液态CO2输送设备；
所述超声波换能器的连接线路穿过封孔器并连接有超声波发生器。
2.根据权利要求1所述的煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，其特征在于，所述增透钻孔沿其长度方向分为多段，每段增透钻孔内均安装有超声波换能器，每段增透钻孔中的液态CO2输送管的侧壁上均具有注液孔。
3.根据权利要求2所述的煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，其特征在于，每段增透钻孔中的超声波换能器对应的连接一个超声波发生器，或者所有超声波换能器与一个超声波发生器相连。
4.根据权利要求1所述的煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，其特征在于，所述液态CO2输送管外套设有保温防护层。
5.根据权利要求1所述的煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，其特征在于，所述增透钻孔中设有加热装置。
6.根据权利要求5所述的煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，其特征在于，所述加热装置包括多个加热器，多个加热器沿增透钻孔的长度方向间隔设置。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，其特征在于，所述增透钻孔横向设置。
8.根据权利要求1-6中任一项所述的煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，其特征在于，所述增透钻孔中还设有抽采管，所述抽采管穿过封孔器与位于抽采钻孔外的抽采设备相连。
9.根据权利要求1-6中任一项所述的煤层超声多级增透与CO2分段压裂驱替协同瓦斯抽采装置，其特征在于，还包括控制系统，所述超声波发生器和/或液态CO2输送设备的使能端与控制系统的输出控制端相连。
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| CN115573764A (zh) * | 2022-11-23 | 2023-01-06 | 中国矿业大学(北京) | 超声波二次冲击下压抽一体化的瓦斯提浓装置及提浓方法 |
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2022
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