专利名称：增加煤层致裂效果的装置及增加煤层致裂效果的方法
技术领域：
本发明涉及煤层气抽放的问题，具体是一种增加煤层致裂效果的装置。
背景技术：
近年来，随着开采强度和开采深度的增大，煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量越来越高。由此引起的瓦斯事故越来越多。瓦斯灾害已经成为矿井生产中最为严重的灾害之一。防治瓦斯聚集超限、煤与瓦斯突出的技术很多，其中煤层瓦斯预抽放是国内外应用较广泛的一项重要技术措施。于此同时，我国煤层气资源极其丰富，据预算，其资源量约为42X1012m%居世界第2位，与常规天然气资源量相当，且基本分布于西气东输沿线，开采潜力巨大。在我国，煤层气抽采技术的应用尚属于起步阶段，且由于我国煤层受地质构造影响，普遍存在低压、低渗、低饱和现象，空隙率低，吸附瓦斯难解吸，如不采取人工增渗措施将无法实现工业化抽采，严重制约了煤层气(瓦斯)的抽采效果。煤层钻孔水压致裂技术是煤层人工增渗、提高抽采效果的有效方法之一。但是，煤层裂隙结构面有连通和不连通两种。前者是煤体中不同结构面组合交切而成的通道，在静水压力作用下可以张开，成为煤层气渗流的通道，释放出包含在其中的煤层气。后者是与煤层边界或者钻孔壁不连通，终止于媒体内部的结构面，这类结构面与外界不连通，不构成抽放的渗流通道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种增加煤层致裂效果的装置及方法，所述的这种装置要解决现有水压致裂技术不能抽放煤层中不连通结构面中的煤层气，解决低透气性煤层难抽放的问题，提高煤层气抽放率。为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下
本发明的增加煤层致裂效果的装置，该装置包括连接杆、若干个可膨胀套管和若干个定压开关，可膨胀套管和定压开关间隔设置，连接杆和第一个可膨胀套管通过连接套管连接。所述的定压开关由开关通道和开关控制装置组成，开关控制装置包括压缩腔，压缩腔内设有压缩弹簧，压缩弹簧一端固定，另一端设有软压片，压缩腔内设有开关内把手， 定压开关外设有外开关把手。本发明的增加煤层致裂效果的方法，具体步骤如下(1)根据综采工作面和煤层附存条件布置钻场，确定钻孔参数；(2)根据钻场参数和煤层条件将连接杆、若干个可膨胀套管和若干个定压开关组装成一个系统；(3)把该系统安装在两个封孔器之间并和注水管连接；(4)开始高压注水压裂工程；压力达到定压开关I设定的压力时，定压开关I打开， 水流流向深一级可膨胀套管位置，压力表突然降压，持续用高压泵注水，定压开关1依次打开，每次会有降压过程，直到压力达到定压开关II设定的压力时，高压水被注到深层煤层，水压保持一定的时间后，停泵并打开阀门迅速将水返回。如需要可以重复一次或多次；(5) 排除积水，连接抽放管道进行抽放。该装置可以根据钻场参数和煤层条件进行组装，具有可拆卸性。该装置可以通过调整定压开关I或者定压开关II来调整作用在煤层上的载荷。此外，亦可以采用现有技术中的定压开关来实现本发明目的。本发明专利的装置可以把静水压力转化为脉冲载荷，在钻孔壁制造更多的裂纹， 使不连通结构面转化为连通结构面，形成渗流通道，解决低透气性煤层难抽放的问题，提高煤层瓦斯抽放率。本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。通过本发明可以把注射的高压水转化为脉冲载荷，从而把不连通的结构面转化为连通的结构面，加大岩石的破碎程度、使裂纹密度增加，解决低透气性煤层难抽放的问题，提高煤层气抽放率。
图1是本发明的装置的连接状态示意图。图2是本发明中的定压开关的结构示意图。图3是图2中的A-A剖面图。图4是图3中的B-B剖面图。
具体实施例方式本发明的增加煤层致裂效果的装置如图1所示，该装置包括连接杆1、若干个可膨胀套管2和若干个定压开关，所述的定压开关分为定压开关I 4和定压开关II 5，可膨胀套管2和定压开关间隔设置，连接杆1和第一个可膨胀套管3通过连接套管2连接。所述的定压开关由开关通道6和开关控制装置组成，开关控制装置包括压缩腔8， 压缩腔8内设有压缩弹簧10，压缩弹簧10 —端固定，另一端设有软压片11，压缩腔8内设有开关内把手9，定压开关外设有外开关把手7。本发明的增加煤层致裂效果的方法，包括布置钻场、确定钻孔参数；组装编号；安装系统；注水制裂；煤层气抽放五个过程，具体步骤如下
(1)布置钻场、确定钻孔参数根据综采工作面巷道布置和煤层附存条件，布置钻场、确定钻孔参数；
(2)组装编号根据钻场参数和煤层条件按照图1顺序把各部分分组编号；
(3)安装系统利用液压钻机打钻，接下来按照下列步骤操作，大直径钻孔 _^扫孔,按照编号依次安装发明装置各个部分_^安装浅部封孔器，设备安装好后连接注水管，注水检查渗漏情况，调整封孔器保证封孔质量；
(4)注水制裂外部设备连接好后开始高压注水压裂工程。压力达到定压开关I设定的压力时，定压开关I打开，水流流向深一级可膨胀套管位置，压力表突然降压，持续用高压泵注水，定压开关I依次打开，每次会有降压过程，直到压力达到定压开关II设定的压力时，高压水被注到深层煤层，水压保持一定的时间后，停泵并打开阀门迅速将水返回。如需要可以重复一次或多次。(5)煤层气抽放排除积水，封孔，连接抽放管道进行抽放。
具体案例
某煤矿采准工程上下顺槽施工结束后，根据勘探资料，煤层气含量会影响到采煤工作的安全，需要进行顺层抽放煤层气，设计在顺槽布置钻场抽放煤层气体。根据煤层附存条件，在顺槽布置一排钻孔，间距8米，钻孔深50米。由于设计的连接杆和可膨胀套管长度均为2米，故需要连接杆1根和可膨胀套管23根，按照附图1方式分组编号(连接套管和定压开关的长度可以不计，靠近钻孔口放置封孔器和预留安全尺寸)。利用液压钻机在设定位置打钻，到达预定深部后，清扫钻孔，保证畅通，按照编号依次安装发明装置各个部分，最后安装浅部封孔器，设备安装好后连接注水管，注水检查渗漏情况，调整封孔器保证封孔质量。 外部设备连接后，将水以慢速泵入工程段，压力达到定压开关I设定的压力时，定压开关II 打开，水流流向深一级可膨胀套管位置，压力表突然降压，持续用高压泵注水，定压开关I 依次打开，每次会有降压过程，直到压力达到定压开关II设定的压力时，高压水被注到深层煤层，水压保持一定的时间后，停泵并打开阀门迅速将水返回。排除积水，封孔，连接抽放管道进行抽放。按照上述步骤进行下一个钻孔的制裂抽放工作，直至全部抽放管道安装结束。抽放时间根据煤层气压力下降至《煤矿安全规程》规定水平来确定。
权利要求
1.一种增加煤层致裂效果的装置，其特征在于该装置包括连接杆、若干个可膨胀套管和若干个定压开关I，可膨胀套管和定压开关间隔设置，连接杆和第一个可膨胀套管通过连接套管连接。
2.根据权利要求1所述的增加煤层致裂效果的装置，其特征在于所述的定压开关由开关通道和开关控制装置组成，开关控制装置包括压缩腔，压缩腔内设有压缩弹簧，压缩弹簧一端固定，另一端设有软压片，压缩腔内设有开关内把手，定压开关外设有外开关把手。
3.一种增加煤层致裂效果的方法，其特征在于包括下述步骤(1)根据综采工作面和煤层附存条件布置钻场，确定钻孔参数；(2)根据钻场参数和煤层条件将连接杆、若干个可膨胀套管和若干个定压开关组装成一个系统；(3)把该系统安装在两个封孔器之间并和注水管连接；(4)开始高压注水压裂工程；(5)排除积水，连接抽放管道进行抽放。
全文摘要
增加煤层致裂效果的装置及增加煤层致裂效果的方法，该装置包括连接杆、连接套管、可膨胀套管和定压开关四个部分；根据综采工作面和煤层附存条件布置钻场，根据钻场参数和煤层条件按照图1顺序把各部分组装成一个系统，把该系统安装在两个封孔器之间并和注水管连接后开始高压注水压裂工程。该装置可以增加孔壁裂纹的数目，注射的高压水通过该装置把静水压力转化为脉冲载荷，使岩石破碎的程度加大、裂纹密度增加，接着静水压力可以增加裂纹的长度。本发明目的在于提高煤层透气性、解决低透气性煤层难抽放的问题，提高煤层瓦斯抽放率。该装置简单，思路明晰，操作方便。
文档编号E21B43/26GK102434192SQ20111024381
公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月24日 优先权日2011年8月24日
发明者王红芳, 胡江春 申请人:中原工学院