井下高压液态CO2压裂增透煤岩成套装备研制与应用

摘要: 我国煤层渗透率低、瓦斯压力高、含量大，原始煤层瓦斯抽采困难。为提高煤层瓦斯抽采率、缩短预抽时间，必须实施人工增透。而众多压裂增透技术中，液态CO2压裂兼具压裂增透和驱替置换的双重瓦斯强化抽采作用，是当前低渗透煤层压裂改造方法的一个研究热点。为探索液态CO2（L-CO2）压裂增透技术在高瓦斯低透气性煤层中的应用及效果，类比水力压裂施工工艺，提出了井下高压（30 MPa）液态CO2压裂增透煤岩成套装备系统架构，确定了决定装备性能的5个关键参数。基于弹性力学理论、相似模拟实验和装备自身结构特点，综合考虑L-CO2低粘强渗透性和其相变特征，建立了L-CO2压裂煤岩起裂压力计算模型，推导了水和L-CO2压裂注液量的量化表征关系，得到了关键参数的科学确定方法。采用该方法，针对淮南潘三矿C13-1煤层地质赋存条件，研发了国内首套井下高压（30 MPa）L-CO2压裂增透煤岩成套装备，进行了井下上向穿层钻孔的L-CO2压裂增透煤层现场试验。结果表明：L-CO2压裂增透影响半径约25 m，此范围内单孔瓦斯抽采体积分数提高约1.47倍，抽采纯量提高1.75~3.3倍；抽采钻孔出现明显的压裂增流效应，且随抽采孔与压注孔间距离的增加，增流效应逐渐减弱。