一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法

1.本发明涉及煤层气抽采技术领域，具体涉及一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法。


背景技术：

2.煤层气是一种优质清洁的非常规天然气资源。我国煤层气资源储量巨大。同时，煤层气(瓦斯)作为煤的伴生物是诱发矿井灾害的主要因素，且随着煤层开采深度增加，煤层压力及瓦斯压力骤增，使得瓦斯爆炸、煤与瓦斯突出等瓦斯灾害日趋严重。因此，实现煤层气的高效抽采不仅可以缓解我国能源消费紧张的局势，还能够大幅度减少煤矿瓦斯灾害事故。目前，水力压裂是非常规天然气储层增透的主要措施。但面对松软煤层，水力压裂弊端尤其突出，主要是因为水属于浸润相，水基压裂液会对储层造成严重的水锁及水敏性伤害，难以对储层进行有效增。近年来，无水压裂技术发展迅速，例如气体压裂、超临界二氧化碳压裂、液化石油气(lpg)压裂、液氮压裂等。其中，液氮作为压裂流体能够与煤储层完全适配，同时具有极低的温度，超强的相变膨胀性，这些特性均能对煤层机构造成可观的损伤，进而改善煤层渗透性。因此，以液氮为基液的煤层增透技术有望为煤层气开发提供一种新的途径。


技术实现要素：

3.针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法，其可实现性强，能够大幅度改善煤层渗透性，大大提高瓦斯抽采效率。
4.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法，包括以下步骤：
5.s1、在巷道内顺着煤层施工一个压裂孔，在压裂孔两侧施工两个瓦斯抽采孔；
6.s2、向瓦斯抽采孔送入抽采管，向压裂孔内送入缠绕有环形微波天线的液氮管；
7.s3、将同轴波导其中一端与环形微波天线相连后利用封孔器对压裂孔和瓦斯抽采孔进行密封；
8.s4、将同轴波导另一端与波导转换器相连，波导转换器经圆形波导管与微波发生器相连接；
9.s5、液氮管伸出封孔器的一端连连接液氮泵并设置压力表，液氮泵经管道与设有纳米钛酸钡液氮悬浮液的储液罐连接；
10.s6、管路连接完成后，打开液氮泵向压裂孔内注入纳米钛酸钡液氮悬浮液，当压裂孔内达到预定压力后液氮泵自动停止工作，此时纳米钛酸钡液氮悬浮液低温致裂煤层；
11.s7、打开微波发生器使其产生的高能微波通过圆形波导管、波导转换器、同轴波导到达环形微波天线并由环形微波天线向压裂孔内辐射，使压裂孔内纳米钛酸钡液氮悬浮液持续汽化形成高压氮气环境继续致裂煤层；
12.s8、当压裂孔内压力下降到液氮泵阈值后，液氮泵开始工作，继续注入纳米钛酸钡液氮悬浮液，保证压裂孔内氮气压力的持续供应，保证煤层的持续压裂；
13.s9、当瓦斯在纳米钛酸钡液氮悬浮液汽化形成的高压氮气下不断解吸并沿煤层裂缝向抽采孔大量涌出，此时关闭液氮泵和微波发生器，进行瓦斯抽采。
14.优选地，所述压裂孔与瓦斯抽采孔之间的距离为4～6m。
15.优选地，所述压裂孔与瓦斯抽采孔的直径相同，均为100-150mm。
16.优选地，所述液氮管及其外壁上缠绕的环形微波天线靠近压裂孔底部。
17.本发明的有益效果在于：
18.1、本发明采用的纳米钛酸钡为强介电材料，吸收微波能力较强，同时释放大量热，便于促进液氮气化，将微波和液氮同时作用于煤层，充分发挥液氮极低温、极易相变膨胀的优势。
19.2、极低的温度促进煤层内部裂纹的扩展，同时在微波与纳米钛酸钡材料共同作用下，保证了液氮能不断气化产生高压氮气对煤层持续压裂，改善煤层渗透性。
20.3、在高压氮气的作用下促进瓦斯在已形成的裂纹网络内解吸、运移，大幅度提高瓦斯抽采效率，在本技术领域具有广泛的可实施性。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例提供的一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法的结构示意图。
23.附图标记说明：
24.1-煤层；2-微波发生器；3-圆形波导管；4-波导转换器；5-同轴波导；6-压力表；7-液氮泵；8-储液罐；9-封孔器；10-液氮管；11-抽采管；12-环形微波天线；13-瓦斯抽采孔；14-压裂孔。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
26.如图1所示，一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法，包括以下步骤：
27.s1、在巷道内顺着煤层1施工一个压裂孔14，在压裂孔14两侧施工两个瓦斯抽采孔13；所述压裂孔14与瓦斯抽采孔13之间的距离为5m；所述压裂孔14与瓦斯抽采孔13的直径均为150mm；
28.s2、向瓦斯抽采孔13送入抽采管11，向压裂孔14内送入缠绕有环形微波天线12的
液氮管10；所述液氮管10及其外壁上缠绕的环形微波天线12靠近压裂孔14底部；
29.s3、将同轴波导5其中一端与环形微波天线12相连后利用封孔器9对压裂孔14和瓦斯抽采孔13进行密封；
30.s4、将同轴波导5另一端与波导转换器4相连，波导转换器4经圆形波导管3与微波发生器2相连接；
31.s5、液氮管10伸出封孔器9的一端连连接液氮泵7并设置压力表6，液氮泵7经管道与设有纳米钛酸钡液氮悬浮液的储液罐8连接；
32.s6、管路连接完成后，打开液氮泵7向压裂孔14内注入纳米钛酸钡液氮悬浮液，当压裂孔14内达到预定压力后液氮泵7自动停止工作，此时纳米钛酸钡液氮悬浮液低温致裂煤层；
33.s7、打开微波发生器2使其产生的高能微波通过圆形波导管3、波导转换器4、同轴波导5到达环形微波天线12并由环形微波天线12向压裂孔14内辐射，使压裂孔14内纳米钛酸钡液氮悬浮液持续汽化形成高压氮气环境继续致裂煤层；
34.s8、当压裂孔14内压力下降到液氮泵7阈值后，液氮泵7开始工作，继续注入纳米钛酸钡液氮悬浮液，保证压裂孔14内氮气压力的持续供应，保证煤层的持续压裂；
35.s9、当瓦斯在纳米钛酸钡液氮悬浮液汽化形成的高压氮气下不断解吸并沿煤层裂缝向抽采孔13大量涌出，此时关闭液氮泵7和微波发生器2，进行瓦斯抽采。
36.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。


技术特征：
1.一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在巷道内顺着煤层(1)施工一个压裂孔(14)，在压裂孔(14)两侧施工两个瓦斯抽采孔(13)；s2、向瓦斯抽采孔(13)送入抽采管(11)，向压裂孔(14)内送入缠绕有环形微波天线(12)的液氮管(10)；s3、将同轴波导(5)其中一端与环形微波天线(12)相连后利用封孔器(9)对压裂孔(14)和瓦斯抽采孔(13)进行密封；s4、将同轴波导(5)另一端与波导转换器(4)相连，波导转换器(4)经圆形波导管(3)与微波发生器(2)相连接；s5、液氮管(10)伸出封孔器(9)的一端连连接液氮泵(7)并设置压力表(6)，液氮泵(7)经管道与设有纳米钛酸钡液氮悬浮液的储液罐(8)连接；s6、管路连接完成后，打开液氮泵(7)向压裂孔(14)内注入纳米钛酸钡液氮悬浮液，当压裂孔(14)内达到预定压力后液氮泵(7)自动停止工作，此时纳米钛酸钡液氮悬浮液低温致裂煤层；s7、打开微波发生器(2)使其产生的高能微波通过圆形波导管(3)、波导转换器(4)、同轴波导(5)到达环形微波天线(12)并由环形微波天线(12)向压裂孔(14)内辐射，使压裂孔(14)内纳米钛酸钡液氮悬浮液持续汽化形成高压氮气环境继续致裂煤层；s8、当压裂孔(14)内压力下降到液氮泵(7)阈值后，液氮泵(7)开始工作，继续注入纳米钛酸钡液氮悬浮液，保证压裂孔(14)内氮气压力的持续供应，保证煤层的持续压裂；s9、当瓦斯在纳米钛酸钡液氮悬浮液汽化形成的高压氮气下不断解吸并沿煤层裂缝向抽采孔(13)大量涌出，此时关闭液氮泵(7)和微波发生器(2)，进行瓦斯抽采。2.如权利要求1所述的一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法，其特征在于，所述压裂孔(14)与瓦斯抽采孔(13)之间的距离为4～6m。3.如权利要求1所述的一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法，其特征在于，所述压裂孔(14)与瓦斯抽采孔(13)的直径相同，均为100-150mm。4.如权利要求1所述的一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法，其特征在于，所述液氮管(10)及其外壁上缠绕的环形微波天线(12)靠近压裂孔(14)底部。

技术总结
本发明公开了一种基于纳米钛酸钡的液氮联合微波压裂煤层增透方法，主要步骤包括在煤层施工一个压裂孔和两个瓦斯抽采孔；向压裂孔内放入缠绕有环形微波天线的液氮管；液氮管连接液氮泵和填充有纳米钛酸钡液氮悬浮液的储液罐，环形微波天线连接微波发生器；瓦斯抽采孔放入抽采管，本方法将微波和液氮同时作用于煤层，充分发挥液氮极低温、极易相变膨胀的优势，极低的温度促进煤层内部裂纹的扩展，同时在微波与纳米钛酸钡材料共同作用下，保证了液氮能不断气化产生高压氮气对煤层持续压裂，改善煤层渗透性，在高压氮气的作用下促进瓦斯在已形成的裂纹网络内解吸、运移，大幅度提高瓦斯抽采效率，在本技术领域具有广泛的可实施性。性。性。


技术研发人员：苏善杰 侯鹏 王圣程 薛熠 梁鑫 高峰 蔡承政 杨玉贵 杨硕 金煜皓 蒋玄
受保护的技术使用者：徐州工程学院
技术研发日：2022.03.07
技术公布日：2022/6/4