本發(fā)明涉及一種集壓裂和化學支撐的開采煤層氣方法，尤其是一種適用于增產(chǎn)煤層氣抽采與頁巖氣開采的新型壓裂化學支撐方法。

背景技術(shù)：

煤層瓦斯抽采是解決煤礦瓦斯問題最直接有效的方法。鑒于煤層滲透率低，煤層瓦斯抽采主要方式為：先進行壓裂，同步配以支撐劑支撐壓裂縫，然后利用游梁式抽氣機將煤層瓦斯抽取至地面收集利用。近些年來，有科研人員發(fā)現(xiàn)，co2（尤其是超臨界co2）對煤層ch4具有明顯的驅(qū)替效果，能大幅提高煤層氣產(chǎn)量。但也有研究表明，壓裂效果會嚴重影響co2與煤層的接觸，進而影響煤層氣的驅(qū)替增產(chǎn)。盡管各式各樣的壓裂方法層出不群，在一定程度上改善了壓裂效果，但由于支撐劑絕大部分聚集在壓裂井底部，難以進入到煤體裂縫深處，沒有起到支撐作用，導致壓裂壓力撤掉后，大部分裂縫在地應力作用下重新閉合，這在很大程度上減少了煤層氣逸出的通道，削弱了抽采與置換驅(qū)替效果，造成我國絕大多數(shù)煤層氣壓裂單井穩(wěn)定日氣產(chǎn)量水平很低，甚至不足300m³/d。由此可見，如何使支撐劑進入煤層裂縫深處，起到應有的支撐作用，是提高煤層氣增產(chǎn)效果的核心與關(guān)鍵。為了改變這一現(xiàn)狀，特意提出了本發(fā)明一種新型壓裂化學支撐方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明一種新型壓裂化學支撐方法的目的在于，克服上述現(xiàn)有技術(shù)中支撐劑無法進入煤體裂縫深部的缺點和不足，公開一種能夠使支撐劑深入煤體裂縫深部的方法，增大煤體滲透率，實現(xiàn)煤層瓦斯的高效開采。

本發(fā)明一種新型壓裂化學支撐方法，其特征在于：在地下煤層厚度范圍內(nèi)采用群井液壓致裂技術(shù)對煤層進行分段壓裂連通，為保持壓裂縫隙的張開度與滲透性，首先于分段壓裂連通過程中，在壓裂液（高溫過飽和氫氧化鈣水溶液）中按10%質(zhì)量比例加入粘土粉末，然后通過注氣管向壓裂縫隙中注入co2氣體，充分反應，生成以粘土粉末為晶核的caco3結(jié)晶，并作為支撐劑支撐裂縫；待整個煤層分段壓裂連通全部完成后，注入超臨界co2，燜井一段試件，使得煤層氣（ch4）被充分置換驅(qū)替，并經(jīng)游梁式抽氣機抽取至地面收集利用。

其具體實施的步驟為：

（1）在選定煤層氣開采區(qū)域地面進行鉆井布置，井組（一般含4-5口井）呈帶心等邊三角形或田字形布置；

（2）在選定井眼位置，從地面實施鉆孔至目標煤層下部位置，井底一般據(jù)煤層底部5-8m；

（3）利用高溫溶解度增大原理，于高溫（100℃）條件下配制過飽和氫氧化鈣水溶液作為壓裂液，并向壓裂液中注入10%質(zhì)量比例的300目-500目粘土粉末，充分攪拌；

（4）在井組全部鉆井完成后，對目標煤層沿厚度方向自下而上分段實施壓裂，分段高度一般為3-5m；每一分段壓裂時，以帶心等邊三角形或田字形井組的中心井為壓裂井，其余井為周圍井，向目標煤層高壓注入壓裂液，進行壓裂連通；

（5）待目標煤層全部分段壓裂連通后，不泄壓，同樣以中心井為注入井，向壓裂通道中注入適量（以注入氫氧化鈣量計算注入二氧化碳量）高壓co2，注入完畢后，恒壓7d；在實現(xiàn)二次壓裂的同時，co2與壓裂液中ca(oh)2發(fā)生化學反應生成難溶物caco3，caco3以粘土粉末為晶核迅速沉淀結(jié)晶，最終形成具有高抗壓強度的鈣質(zhì)結(jié)核支撐劑；

（6）在壓裂與化學支撐完成后，泄壓排水，封閉周圍井，根據(jù)探明煤層氣儲量，按照體積比ch4：co2=1：10；向中心井中注入超臨界co2，燜井至少6個月，用以置換驅(qū)替煤層中ch4；

（7）封閉中心井，以周圍井為生產(chǎn)井，利用游梁式抽氣機將目標煤層中被置換驅(qū)替出來的煤層氣抽取至地面收集利用。

上述的一種新型壓裂化學支撐開采煤層氣方法，其特征在于：所述步驟（4）中，對目標煤層沿厚度方向，以厚3-5m為區(qū)間，將煤層分成若干段，進行分段壓裂，實現(xiàn)每一分段內(nèi)的獨立壓裂連通。

上述的一種新型壓裂化學支撐開采煤層氣方法，其特征在于：所述步驟（3）和（5）中，于高溫（100℃）條件下配制過飽和氫氧化鈣水溶液作為壓裂液，并向壓裂液中注入10%質(zhì)量比例的300目-500目粘土粉末，充分攪拌后，注入目標煤層進行壓裂；壓裂完畢后，不泄壓，向壓裂通道中注入適量（以注入氫氧化鈣量計算注入二氧化碳量）高壓co2，在進行二次壓裂的同時，co2與壓裂液中ca(oh)2發(fā)生化學反應生成難溶物caco3，caco3以粘土粉末為晶核迅速沉淀結(jié)晶，最終形成具有高抗壓強度的鈣質(zhì)結(jié)核支撐劑。

上述的一種新型壓裂化學支撐開采煤層氣方法，其特征在于：所述（6）和（7）中，在壓裂和化學支撐完成后，注入根據(jù)探明煤層氣儲量，按照體積比ch4：co2=1：10；向中心井中注入超臨界co2，燜井至少6個月，用以充分置換驅(qū)替煤層中ch4；之后，封閉中心井，以周圍井為生產(chǎn)井，經(jīng)游梁式抽氣機將置換驅(qū)替出來的ch4抽取至地面收集利用。

本發(fā)明一種新型壓裂化學支撐開采煤層氣方法的優(yōu)點在于：與現(xiàn)有煤層氣開采方法相比，該方法以過飽和ca(oh)2水溶液為壓裂液，壓裂液中加入300目-500目粘土粉末，沿煤層厚度方向的分段壓裂，再向壓裂通道注入高壓co2，在提高壓力效果的同時，利用co2和ca(oh)2發(fā)生化學反應，在壓裂縫隙內(nèi)部生成具有高抗壓強度的鈣質(zhì)結(jié)核支撐劑，解決了現(xiàn)有支撐劑難以進入壓裂縫隙的難題；此外，利用超臨界co2置換驅(qū)替煤層ch4的特性，燜井，讓煤層中ch4被充分置換驅(qū)替后，再進行開采；這些措施既極大地提高了煤層氣資源的生產(chǎn)效率，又實現(xiàn)了溫室氣體co2的捕捉儲存。本發(fā)明方法適用于地下不同深度、不同厚度的煤層瓦斯或頁巖氣開采利用，尤其適用于厚度較大的煤層或頁巖層。

附圖說明：

圖1：帶心等邊三角形群井井組布置方式；

圖中的標號：1——周圍井；2——中心井

圖2：田字形群井井組布置方式；

圖中的標號：1——周圍井；2——中心井

圖3：群井分段壓裂化學支撐示意圖；

圖中的標號：1——周圍井；2——中心井；3——壓裂縫隙；4——鈣質(zhì)結(jié)核支撐劑

具體實施方式：

實施例1：如圖1、3所示，在一個厚度為60m的單一煤層中，采用本發(fā)明布置4口井，各周圍井距中心井間距50m，呈帶心等邊三角形分布。各鉆井分別鉆至目標煤層下部，井底距礦層底部5m，按5m的分段高度將目標煤層分為6段，用含10%質(zhì)量比例300目-500目粘土粉末、并經(jīng)充分攪拌的過飽和ca(oh)2溶液作為壓裂液，由下至上在每一分段由中心井向周圍井進行壓裂連通；當所有分段全部壓裂連通后，不泄壓，以中心井為注入井，向壓裂通道中注入高壓co2,生成鈣質(zhì)結(jié)核支撐劑；在壓裂與化學支撐完成后，泄壓排水，封閉周圍井，向中心井中注入超臨界co2，燜井，充分置換驅(qū)替ch4；之后，封閉中心井，以周圍井為生產(chǎn)井，抽取煤層氣至地表收集利用。

具體步驟如下：

（1）在選定油頁巖開采區(qū)域地面進行鉆井布置，井組的布置方式呈帶心等邊三角形，4口井為一組；

（2）在選定井組井點位置，從地面實施鉆孔至目標煤層下部位置，井底距礦層底部5m；

（3）利用高溫溶解度增大原理，于高溫（100℃）條件下配制過飽和氫氧化鈣水溶液作為壓裂液，并向壓裂液中注入10%質(zhì)量比例的300目-500目粘土粉末，充分攪拌；

（4）一組井全部鉆井完成后，對目標煤層在厚度方向上實施分段壓裂，分段高度5m，將目標煤層分為6段，分段壓裂順序為自下而上；

（5）在每一分段實施壓裂時，選擇帶心等邊三角形的中心井為壓裂井，其余井為周圍井，向目標煤層高壓注入壓裂液，進行壓裂連通；

（6）待目標煤層全部分段壓裂連通后，不泄壓，同樣以中心井為注入井，向壓裂通道中注入適量（以注入氫氧化鈣量計算注入二氧化碳量）高壓co2，注入完畢后，恒壓7d；在實現(xiàn)二次壓裂的同時，co2與壓裂液中ca(oh)2發(fā)生化學反應生成難溶物caco3，caco3以粘土粉末為晶核迅速沉淀結(jié)晶，最終形成具有高抗壓強度的鈣質(zhì)結(jié)核支撐劑；

（7）在壓裂與化學支撐完成后，泄壓排水，封閉周圍井，根據(jù)探明煤層氣儲量，按照體積比ch4：co2=1：10；向中心井中注入超臨界co2，燜井至少6個月，用以置換驅(qū)替煤層中ch4；

（8）封閉中心井，以周圍井為生產(chǎn)井，利用游梁式抽氣機將目標煤層中被置換驅(qū)替出來的煤層氣抽取至地面收集利用。

實施例2：如圖1、3所示，在一個厚度為60m的單一煤層中，采用本發(fā)明布置5口井，各周圍井距中心井間距50m，呈田字形分布。各鉆井分別鉆至目標煤層下部，井底距礦層底部5m，按5m的分段高度將目標煤層分為6段，用含10%質(zhì)量比例300目-500目粘土粉末、并經(jīng)充分攪拌的過飽和ca(oh)2溶液作為壓裂液，由下至上在每一分段由中心井向周圍井進行壓裂連通；當所有分段全部壓裂連通后，不泄壓，以中心井為注入井，向壓裂通道中注入高壓co2,生成鈣質(zhì)結(jié)核支撐劑；在壓裂與化學支撐完成后，泄壓排水，封閉周圍井，向中心井中注入超臨界co2，燜井，充分置換驅(qū)替ch4；之后，封閉中心井，以周圍井為生產(chǎn)井，抽取煤層氣至地表收集利用。具體步驟中，步驟（1）中的井口布置為5口井，井組的布置方式呈田字形；步驟（5）中選擇田字形的中心井為壓裂井；其它同實施方式1。

綜上所述，本發(fā)明方法主要用于地下不同深度、不同厚度的煤層瓦斯或頁巖氣開采利用，尤其適用于厚度較大的煤層或頁巖層。但以上實施方式僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過參照本發(fā)明的實施方式已經(jīng)對本發(fā)明進行了描述，但本領(lǐng)域的科研技術(shù)人員應當明白，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變。