從煤層開采甲烷的方法技術(shù)

從煤層開采甲烷的方法，所述方法在于通過使用重復(fù)短間隔寬頻帶脈沖激勵(lì)來產(chǎn)生聲波、電波、機(jī)械波以及水動(dòng)力波的擠壓和拉伸應(yīng)力，所述脈沖由設(shè)置在井的工作段中的振動(dòng)源上的校準(zhǔn)導(dǎo)體的爆炸產(chǎn)生，爆炸的能量施加到煤層。在此情況下，沿煤層中的主應(yīng)力方向在井中形成槽穿孔，并且沿煤層圍巖中的主應(yīng)力方向在滲透性煤層圍巖中形成額外的槽穿孔。所述應(yīng)力增強(qiáng)了甲烷氣泡的聲波和水動(dòng)力空化作用，使得甲烷從煤層的煤炭、裂紋、微裂紋、孔隙、微孔、毛細(xì)管、微毛細(xì)管以及滲透性煤層圍巖中產(chǎn)生的裂紋和微裂紋中釋放。本發(fā)明專利技術(shù)方法的技術(shù)效果是提高煤床甲烷的產(chǎn)量，減少能量消耗，并提高過程的安全性和環(huán)保性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及通過以等離子體能周期激勵(lì)從煤層和可滲透圍巖回收甲烷的方法，所述等離子體能通過槽穿孔施加到產(chǎn)煤層并施加到可滲透圍巖，所述槽穿孔以由校準(zhǔn)的金屬導(dǎo)體爆炸引起的主應(yīng)力的向量方向的修正值定向，導(dǎo)致設(shè)置在由槽穿孔打開的豎井孔的操作間隔中的等離子體脈沖發(fā)生器產(chǎn)生定向短間隔寬帶高壓脈沖，用于啟動(dòng)煤層中的拉壓應(yīng)力，出現(xiàn)聲和水動(dòng)力空化，其促進(jìn)異常微斷裂的巨大樣式的形成，并產(chǎn)生從煤炭、裂紋、微裂紋、微孔、毛細(xì)管和微毛細(xì)管以及從可滲透圍巖最大程度地解吸甲烷的條件。
技術(shù)介紹
用于回收甲烷的所有現(xiàn)有技術(shù)的方法主要在于僅從煤層回收瓦斯，而不提供從可滲透圍巖回收甲烷，并且其在未來未能提供礦工的最大職業(yè)安全。已知所采用的方法為:-通過利用自然煤與瓦斯爆發(fā)在井周圍沖刷煤層；-通過流體動(dòng)力阻力，在儲(chǔ)煤區(qū)的地層引入和維持自動(dòng)毀壞；-將水和空氣(以及二氧化碳)注入煤層；-從單直徑井和多分支井回收甲烷氣體；-在井周圍形成空洞；-通過瓦斯排放孔回收甲烷氣體；-水力壓裂煤層。但是，如由不產(chǎn)生甲烷的大量豎井和水平井的事實(shí)所證實(shí)的，所述方法昂貴、費(fèi)時(shí)費(fèi)力、環(huán)境不安全、能源消化大和效率低。還已知在美國(guó)專利2005/009831A1和美國(guó)專利2006/0108111A1中公開的方法，這些專利提出，煤層應(yīng)該從日照表面并通過設(shè)置在豎井中的發(fā)聲裝置受到物理和聲學(xué)激勵(lì)。但是，從日照表面(US2005/009831A1)受到激勵(lì)是耗能的，并且寬帶振動(dòng)能量隨著煤層深度減弱。此外，這種激勵(lì)是環(huán)境不安全的，并且可能對(duì)斷裂區(qū)域附近有不可預(yù)測(cè)的影響。為了增加可滲透性，設(shè)置在豎井中的發(fā)聲裝置(美國(guó)專利2005/009831A1和美國(guó)專利2006/0108111A1)發(fā)出一個(gè)頻率，而含甲烷的煤床是多因子的非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其持續(xù)自我維持不穩(wěn)定的多頻振蕩，它似乎不可能分離主頻率，因此不能解決在離激勵(lì)源相當(dāng)大距離處增加可滲透的問題。已知在專利RU2254451、IPCE21/B43/112以及專利RU2369728中公開了用于井槽穿孔的方法。但是，槽漏只發(fā)生在井孔區(qū)內(nèi)，并不擴(kuò)散到整個(gè)煤層。已知在專利RU2248591、RU2373386、RU2373387中以及在美國(guó)專利2014/0027110A1中公開了等離子體脈沖激勵(lì)碳?xì)浠衔锷a(chǎn)層的方法。但是，所有所述方法都提供了通過累積穿孔或在開放井孔中刺激碳?xì)浠衔锷a(chǎn)層。累積穿孔損害了啟動(dòng)等離子體脈沖的有效性，并且當(dāng)在開放井孔中時(shí)，由于煤炭塑性和脆性，可引起井底區(qū)的塌陷和等離子體脈沖設(shè)備的粘結(jié)。此外，所有所述方法不提供從可滲透圍巖回收甲烷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)方法的技術(shù)效果是增加煤床甲烷的產(chǎn)量，減少能量消耗，并提高過程的安全性和環(huán)境友好性。該技術(shù)效果是通過從煤層回收甲烷的所述方法實(shí)現(xiàn)的，所述方法在于通過使用重復(fù)短間隔脈沖激勵(lì)來產(chǎn)生聲、電、機(jī)械以及水動(dòng)力拉壓應(yīng)力，所述重復(fù)短間隔脈沖由設(shè)置在井的操作間隔中的振動(dòng)源的校準(zhǔn)導(dǎo)體的爆炸產(chǎn)生，爆炸的能量施加到煤層。在此情況下，在井中形成槽穿孔，其沿煤層中的主應(yīng)力的方向取向，在可滲透煤層圍巖中形成額外的槽穿孔，并且額外的槽穿孔的方向是沿煤層圍巖中的主應(yīng)力的方向取向，所述煤層圍巖增強(qiáng)了從煤層的煤炭、裂紋、微裂紋、孔隙、微孔、毛細(xì)管、微毛細(xì)管以及在可滲透煤層圍巖中產(chǎn)生的裂紋和微裂紋發(fā)出的氣泡的聲和水動(dòng)力空化，這促進(jìn)了煤層中的異常微斷裂的樣式的發(fā)展和可滲透煤層圍巖中的更多裂紋和微裂紋，并使甲烷的解吸和擴(kuò)散最大化。【附圖說明】現(xiàn)在將由圖1至5示出所要求保護(hù)的技術(shù)方案。圖1是煤床上的等離子能的周期性作用結(jié)果的示意圖。圖2是通過本專利技術(shù)要求保護(hù)的方法激勵(lì)之前和之后的煤層(樣品)的一部分。圖3是通過本專利技術(shù)要求保護(hù)的方法激勵(lì)之后的煤層(樣品)的斷層圖像。圖4是通過本專利技術(shù)要求保護(hù)的方法激勵(lì)之前和之后的井的性能參數(shù)。圖5是重復(fù)脈沖對(duì)煤層中的應(yīng)力狀態(tài)的影響。【具體實(shí)施方式】穿過任何變形的產(chǎn)煤層并且同時(shí)穿過更多可滲透圍巖的井(見圖1)的操作間隔中的槽穿孔的組合能夠使由等離子體啟動(dòng)所產(chǎn)生的沖擊波在沒有障礙的情況下徑向滲透到煤層和圍巖中，并經(jīng)受周期性的脈沖重復(fù)，以產(chǎn)生重復(fù)拉壓應(yīng)力，并且其允許(由于協(xié)同作用:微斷裂、空化、熱和質(zhì)量傳遞、毛細(xì)管中表面張力的釋放、由外部能量累積的力的集中擴(kuò)散的出現(xiàn))在不采取其他額外提高產(chǎn)量操作的情況下在最大可能范圍內(nèi)回收甲烷。所述方法使得通過槽穿孔直接接觸煤層和可滲透圍巖，考慮煤層和可滲透圍巖的物理、機(jī)械和地質(zhì)特性，并且，作為根據(jù)開發(fā)計(jì)劃和數(shù)學(xué)模型的定向周期性寬帶脈沖激勵(lì)的結(jié)果，產(chǎn)生伴隨著活躍的甲烷解吸和擴(kuò)散的煤層自然調(diào)節(jié)的效果。通過槽穿孔施加到煤層的周期性寬帶等離子體脈沖激勵(lì)的程序通過順利地使用以下自然細(xì)節(jié)使得甲烷的產(chǎn)出最大化:-由圍巖約束的煤床在過載下本質(zhì)上是多孔的系統(tǒng)，通常沒有巖體固結(jié)；-通過煤床滲透的流體(水)的豎直侵入受毛細(xì)管和重力控制；-煤層具有更低的滲透特性更高的毛細(xì)管壓力；替代地，煤層和巖石具有更高的滲透特性更低的毛細(xì)管壓力；-毛細(xì)管壓力在煤層含水飽和度降低時(shí)升高，并促進(jìn)氣體解吸和擴(kuò)散過程；-煤炭的機(jī)械強(qiáng)度遠(yuǎn)低于其他巖石的機(jī)械強(qiáng)度，并且它不能承受更陡峭的激勵(lì)梯度而不破裂。有一個(gè)悖論稱為布里奇曼效應(yīng)，即當(dāng)應(yīng)力解除并且不施加時(shí)，發(fā)生煤炭中的斷鍵。在這種條件下，煤炭斷裂成晶片狀的薄層；-當(dāng)受到應(yīng)力并具有比平時(shí)高的聲傳導(dǎo)率時(shí)，煤層呈現(xiàn)出非平衡、耗散傳輸介質(zhì)的性質(zhì)，其中，由外部能量(潮汐、遠(yuǎn)震、在開發(fā)的邊遠(yuǎn)地區(qū)處的爆破操作)維持自然頻率混舌L ；-根據(jù)電性質(zhì)，大部分的煤炭屬于半導(dǎo)體和導(dǎo)體。煤層或可滲透圍巖的等離子體脈沖激勵(lì)產(chǎn)生與多孔的流體飽和介質(zhì)中的帶電流體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的機(jī)械和濃度擴(kuò)散力。外部力呈現(xiàn)出具有動(dòng)電來源，并每個(gè)脈沖產(chǎn)生電場(chǎng)；該場(chǎng)發(fā)展成不同場(chǎng)的能量；并且隨著脈沖激勵(lì)的停止，累積的外部能量以其原來的形式恢復(fù)，其有一些損失。含甲烷的煤層的氣體飽和度由四個(gè)組分組成:—填充孔和裂紋的非伴生氣體-5-6%；-吸附在微孔、毛細(xì)管和裂紋的壁上的氣體(氣體吸附和體積填充)_28至35%;—以溶解形式包含在煤體中的氣體-40至50%;-部分溶解在水膜中的氣體，在此情當(dāng)前第1頁(yè)1 2 本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種從煤層回收甲烷的方法，所述方法在于通過使用重復(fù)短間隔脈沖激勵(lì)來產(chǎn)生聲、電、機(jī)械以及水動(dòng)力拉壓應(yīng)力，所述重復(fù)短間隔脈沖由設(shè)置在井的操作間隔中的振動(dòng)源的校準(zhǔn)導(dǎo)體的爆炸產(chǎn)生，爆炸的能量施加到煤層，其中，在所述井中進(jìn)行槽穿孔，所述槽穿孔沿煤層中的主應(yīng)力的方向取向，在可滲透煤層圍巖中進(jìn)行額外的槽穿孔，并且所述額外的槽穿孔的方向是沿所述煤層圍巖中的主應(yīng)力的方向取向，所述煤層圍巖增強(qiáng)了從所述煤層的煤炭、裂紋、微裂紋、孔隙、微孔、毛細(xì)管、微毛細(xì)管以及在所述可滲透煤層圍巖中產(chǎn)生的裂紋和微裂紋發(fā)出的氣泡的聲和水動(dòng)力空化，其促進(jìn)了所述煤層中的異常微斷裂的樣式的發(fā)展和所述可滲透煤層圍巖中的更多裂紋和微裂紋，并使甲烷的解吸和擴(kuò)散最大化。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：阿格耶夫·尼基塔·彼得羅維奇，阿格耶夫·彼得·格奧爾基維奇，斯特爾岑科·瓦季姆·瓦連京諾維奇，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：喬瑞森南斯有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：俄羅斯;RU