一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法与流程

1.本发明涉及一种地面钻井增透方法，具体是一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法。


背景技术：

2.煤层气是一种洁净能源，据统计，我国埋深2000m以浅的煤层气地质资源储量约为36.8万亿立方米，居世界第三位，具有很大的开发潜力。但是，我国煤层气赋存地质条件复杂，煤层渗透率低，煤层气开采普遍面临着开采成本高、开采效率低的问题。
3.为了提高煤层气产量，水力压裂、注气驱替和多分支水平井等增产措施被应用于地面钻井增产改造中，其中，水力压裂是目前煤层气开采中最常用的技术手段。但是，常规的水力压裂技术在煤层内形成的裂缝数量较少，且裂缝延伸范围较小，整体压裂效果不好，且煤体中残留水分封堵了瓦斯流动的通道，产生抑制瓦斯解吸、扩散和渗透的作用，产生“水锁”效应，导致水力压裂技术逐渐受到限制，最终导致地面钻井产量低。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法，能够有效解决地面钻井水力压力的增透范围小、增透效果差的难题，同时解决水力压裂的“水锁”效应，提高瓦斯抽采浓度并加快低透气性煤层瓦斯抽采速率，强化地面钻井水力压裂增产效果。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法，包括如下步骤：
6.①
根据煤矿瓦斯抽采需要，进行地面钻井施工，然后按照规范对瓦斯抽采钢管进行固定，并采用常规方法对煤层进行水力压裂；
7.②
在地面钻井井口利用固定旋转装置对激光送入管和注射管进行密封，激光头送入管垂直贯穿固定旋转装置设置，通过激光头送入管将激光头固定装置送入到距离煤层底板0.2
‑
0.5m处，将光纤与激光发生器相连；
8.③
通过注射管向地面钻井内注入液氮，对水力压裂的煤体进行冻结；
9.④
通过注射管向地面钻井内喷射高吸水材料粉末，同时启动激光发生器，通过固定旋转装置旋转激光头送入管，激光对冻结的煤体进行切割，形成环形缝槽，而激光还能产生高温，显著提高煤体的温度，加快煤层瓦斯的解吸速率，冻结的煤体还能避免激光高温引发煤自燃；同时，煤体中水分转化的水蒸气被高吸水材料粉末吸收，避免水蒸气再次凝结浸润煤体，确使瓦斯运移通道畅通；
10.⑤
通过固定旋转装置向上移动激光头送入管，移动距离为0.5
‑
0.8m，再通过固定旋转装置旋转激光头送入管；激光继续对液氮冻结的煤体进行割缝，并对煤体瓦斯进行热驱；
11.⑥
重复步骤
④
，直至完成对地面钻井内煤层煤体的激光切割与热驱，强化地面钻井水力压裂的增产效果，然后拆除激光割缝设备，进行地面钻井瓦斯抽采。
12.本发明步骤
④
中喷射的高吸水材料粉末的粒径为100
‑
180目，粒径越小，表面积越大，吸水性越好。
13.作为本发明的进一步改进，所述激光头固定装置的头部沿周向均匀设有4个激光头。
14.作为本发明的进一步改进，注射管垂直贯穿激光头送入管固定旋转装置设置。
15.与现有技术相比，本发明通过对地面钻井进行常规水力压裂作业，初步促进煤体孔隙和裂隙的生长发育，提高煤体渗透率；用液氮冻结煤体能避免激光高温引发煤体自燃。为了避免水力压裂技术限制，采用激光发生器产生激光对煤体进行割缝，形成的缝槽能有效增加煤体的开裂而增加透气性，同时便于煤体中含有的水分排出；激光还能产生高温，提高煤体温度，干燥煤体，同时高吸水材料粉末能吸收水蒸气，避免水蒸气重新凝结后再次浸润煤体，消除“水锁”效应，使水力压裂产生的通道畅通，同时高温能加快煤体瓦斯解吸，从而在增透和加快解吸的双重作用下强化瓦斯抽采。本发明不但有效解决了地面钻井水力压力的增透范围小、增透效果差的难题，还解决了水力压裂的“水锁”效应，提高瓦斯抽采浓度并加快低透气性煤层瓦斯抽采速率，强化了地面钻井水力压裂增产效果，具有广泛的实用性。
附图说明
16.图1是本发明装配后的结构示意图；
17.图2是激光头固定装置的结构示意图。
18.图中：1、煤层，2、地面钻井，3、瓦斯抽采钢管，4、激光头固定装置，5、激光头，6、激光头送入管，7、固定旋转装置，8、光纤，9、激光发生器，10、注射管。
具体实施方式
19.下面结合附图对本发明做进一步说明。
20.如图1所示，一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法，包括如下步骤：
21.①
根据煤矿瓦斯抽采需要，进行地面钻井2施工，然后按照规范对瓦斯抽采钢管3进行固定，并采用常规方法对煤层1进行水力压裂；
22.②
在地面钻井2井口利用固定旋转装置7对激光送入管6和注射管10进行密封，激光头送入管6垂直贯穿固定旋转装置7设置，通过激光头送入管6将激光头固定装置4送入到距离煤层底板0.2
‑
0.5m处，将光纤8与激光发生器9相连；
23.③
通过注射管10向地面钻井2内注入液氮，对水力压裂的煤体进行冻结；
24.④
通过注射管10向地面钻井2内喷射粒径为100
‑
180目的高吸水材料粉末，高吸水材料粉末可以通过市购买的得到，例如常见的有表面施胶剂天然淀粉、植物胶、动物胶(干酪素)、甲壳质以及海藻酸的水溶性衍生物等；同时启动激光发生器9，通过固定旋转装置7旋转激光头送入管6，激光对冻结的煤体进行切割，形成环形缝槽，而激光还能产生高温，显著提高煤体的温度，加快煤层瓦斯的解吸速率，冻结的煤体还能避免激光高温引发煤自燃；同时，煤体中水分转化的水蒸气被高吸水材料粉末吸收，避免水蒸气再次凝结浸润煤体，确使瓦斯运移通道畅通；
25.⑤
通过固定旋转装置7向上移动激光头送入管6，移动距离为0.5
‑
0.8m，再通过固
定旋转装置7旋转激光头送入管6；激光继续对液氮冻结的煤体进行割缝，并对煤体瓦斯进行热驱；
26.⑥
重复步骤
④
，直至完成对地面钻井2内煤层煤体的激光切割与热驱，强化地面钻井水力压裂的增产效果，然后拆除激光割缝设备，进行地面钻井瓦斯抽采。
27.如图2所示，所述激光头固定装置4的头部沿周向均匀设有4个激光头5。
28.注射管10垂直贯穿固定旋转装置7设置。


技术特征：
1.一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法，其特征在于，包括如下步骤：
①
根据煤矿瓦斯抽采需要，进行地面钻井(2)施工，然后按照规范对瓦斯抽采钢管(3)进行固定，并采用常规方法对煤层(1)进行水力压裂；
②
在地面钻井(2)井口利用固定旋转装置(7)对激光送入管(6)和注射管(10)进行密封，激光头送入管(6)垂直贯穿固定旋转装置(7)设置，通过激光头送入管(6)将激光头固定装置(4)送入到距离煤层底板0.2
‑
0.5m处，将光纤(8)与激光发生器(9)相连；
③
通过注射管(10)向地面钻井(2)内注入液氮，对水力压裂的煤体进行冻结；
④
通过注射管(10)向地面钻井(2)内喷射高吸水材料粉末，同时启动激光发生器(9)，通过固定旋转装置(7)旋转激光头送入管(6)，激光对冻结的煤体进行切割，形成环形缝槽，煤体中水分转化的水蒸气被高吸水材料粉末吸收；
⑤
通过固定旋转装置(7)向上移动激光头送入管(6)，移动距离为0.5
‑
0.8m，再通过固定旋转装置(7)旋转激光头送入管(6)；
⑥
重复步骤
④
，直至完成对地面钻井(2)内煤层煤体的激光切割与热驱，然后拆除激光割缝设备，进行地面钻井瓦斯抽采。2.根据权利要求1所述的一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法，其特征在于，步骤
④
中喷射的高吸水材料粉末的粒径为100
‑
180目。3.根据权利要求1或2所述的一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法，其特征在于，所述激光头固定装置(4)的头部沿周向均匀设有4个激光头(5)。4.根据权利要求1或2所述的一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法，其特征在于，注射管(10)垂直贯穿固定旋转装置(7)设置。

技术总结
一种强化地面钻井水力压裂增透效果的方法，进行地面钻井施工，固定瓦斯抽采钢管，对煤层进行水力压裂；将激光头固定装置送入到煤层底板，将光纤与激光发生器相连；通过注射管向地面钻井内注入液氮，通过注射管向地面钻内喷射高吸水材料粉末，同时启动激光发生器，通过固定旋转装置旋转激光头送入管，激光对冻结的煤体进行切割，形成环形缝槽，煤体中富含水分转化的水蒸气被高吸水材料粉末吸收；向上移动激光头送入管，再旋转激光头送入管；直至完成对地面钻井内煤层煤体的激光切割与热驱，拆除激光割缝设备，进行地面钻井瓦斯抽采。本发明能够提高瓦斯抽采浓度并加快低透气性煤层瓦斯抽采速率，强化地面钻井水力压裂增产效果。强化地面钻井水力压裂增产效果。强化地面钻井水力压裂增产效果。


技术研发人员：王圣程 夏红春 胡东亮 卢守青 苏善杰 侯鹏 黄兰英 禄利刚 宋雪娟 张朕 吴静晰 王艳 杨硕 金煜皓 杨捷 宋雷
受保护的技术使用者：徐州工程学院
技术研发日：2021.07.08
技术公布日：2021/9/28