CN102155251A

CN102155251A - 一种水力封孔器

Info

Publication number: CN102155251A
Application number: CN2011100569659A
Authority: CN
Inventors: 朱建安; 郭培红; 刘明举; 刘彦伟; 李海霞; 郭瑜
Original assignee: Henan University of Technology
Current assignee: Henan University of Technology
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2011-08-17

Abstract

本发明提供一种水力封孔器，包括前封孔器、一根或一根以上的中间封孔器、后封孔器。前封孔器后端与中间封孔器前端串接，后封孔器前端与中间封孔器后端串接；其中，前封孔器、中间封孔器和后封孔器具有相同的结构，均包括：膨胀胶囊、中心管。本发明能实现岩孔高压封孔，具有无轴向力、封孔压力高、摩擦力大、安全性强且结构简单的特点，可广泛应用于煤矿等采矿行业。

Description

一种水力封孔器

技术领域

本发明涉及封孔技术，特别是涉及一种水力封孔器。

背景技术

随着煤矿开采深度的增加，瓦斯灾害日益凸显。目前，瓦斯灾害已成为煤矿井下一种严重的自然灾害。瓦斯抽放是治理瓦斯灾害的最有效措施之一，但由于埋深的增加，在高地应力作用下，煤层的透气性很低，抽放效果往往不理想，水力压裂技术是目前广泛用于煤矿的卸压增透技术，井下压裂的基本原理即将压裂液高压注入煤(或岩)体中原有的和压裂后出现的裂缝内，克服最小主应力和煤岩体的破裂压力，扩宽并伸展和沟通这些裂缝，进而在煤中产生更多的人造裂缝与裂隙，从而增加煤层的透气性，煤体瓦斯潜能得到释放，提高瓦斯抽放效果，消弱或消除瓦斯突出危险性。封孔工艺和装备是影响该技术效果好坏的关键环节。

申请号为201010197164.X的发明专利申请“水压式煤壁注水封孔器”公开了一种直接作用于煤壁裂孔的封孔器，进水通过安装在进水管前端的单向阀进入进水管，进水管中的水通过充水单向阀进入套装于进水管外侧封闭的弹性环形膨胀管，膨胀管在水压的作用下膨胀鼓起，起到了封孔的作用；封孔结束后，通过按压环通过连杆推开膨胀管后端排水管上的垫片排水。

由此可见，现有技术中，尽管封孔器的种类比较多，但封孔器均无法实现高压的岩孔封闭，而是直接作用于煤体，进行煤壁封孔，故瓦斯突出危险性仍然比较强，且封孔压力比较小。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种封闭岩孔、封孔压力较大、无轴向力、安全性强的水力封孔器。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种水力封孔器，包括前封孔器、一根或一根以上的中间封孔器、后封孔器，前封孔器后端与中间封孔器前端串接，后封孔器前端与中间封孔器后端串接；其中，前封孔器、中间封孔器和后封孔器具有相同的结构，均包括：膨胀胶囊、中心管，膨胀胶囊套装于中心管外侧；膨胀胶囊前端和后端的内侧均套装有中间接头，中间接头内侧套装于中心管外侧，膨胀胶囊中部与中心管之间形成空隙；与膨胀胶囊中部对应的中心管管壁上设置有一个或一个以上的径向孔；膨胀胶囊前端和后端的外侧均套装有套管，套管的前端面固定在中心管上；膨胀胶囊后端固定于中心管进水端外侧，膨胀胶囊前端夹在膨胀胶囊前端的中间接头与套管之间，膨胀胶囊前端的中间接头与中心管之间装设有密封组件，膨胀胶囊前端、膨胀胶囊前端的中间接头与套管、密封组件组成端头部分，端头部分能相对于中心管进行滑动。

综上所述，本发明所述水力封孔器能实现应用于水力压裂的岩孔高压封孔。由于岩孔光滑，所以需要前封孔器、一根或一根以上的中间封孔器、后封孔器串接使用，才能提供必要的摩擦力。膨胀胶囊后端固定于中心管进水端外侧，膨胀胶囊端头部分能相对于中心管进行滑动，在高压水的作用下，膨胀胶囊发生膨胀，膨胀胶囊直径变大的同时，产生较大的轴向收缩力；由于中心管不收缩，所以不产生轴向力；因此，前封孔器与中间封孔器之间的接头、中间封孔器与后封孔器之间的接头不会变形损坏，实现岩孔封孔。另外，膨胀胶囊后端固定于中心管进水端外侧，膨胀胶囊端头部分能相对于中心管进行滑动，使得前封孔器、中间封孔器和后封孔器均能承受更高的水压。由于本发明所述水力封孔器能实现岩孔高压封孔，为水利压裂工艺提供了可靠的封孔条件。

附图说明

图1是组成本发明所述水力封孔器的各封孔器的轴向剖面结构示意图。

图2是本发明带有单向阀的前封孔器的轴向剖面结构示意图。

图3是本发明所述水力封孔器外部接头的轴向剖面结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

本发明所述水力封孔器包括前封孔器、一根或一根以上的中间封孔器、后封孔器，前封孔器后端与中间封孔器前端串接，后封孔器前端与中间封孔器后端串接；其中，前封孔器、中间封孔器和后封孔器具有相同的结构。

图1是组成本发明所述水力封孔器的各封孔器的轴向剖面结构示意图。如图1所示，前封孔器、中间封孔器和后封孔器均包括：膨胀胶囊3、中心管4，膨胀胶囊3套装于中心管4外侧；膨胀胶囊3前端和后端的内侧均套装有中间接头1，中间接头1内侧套装于中心管4外侧，膨胀胶囊3中部与中心管4之间形成空隙；与膨胀胶囊3中部对应的中心管4管壁上设置有一个或一个以上的径向孔5；膨胀胶囊3前端和后端的外侧均套装有套管2，套管2的前端面固定在中心管4上；膨胀胶囊3后端固定于中心管4进水端外侧，膨胀胶囊3前端夹在膨胀胶囊3前端的中间接头1与套管2之间，膨胀胶囊3前端的中间接头1与中心管4之间装设有密封组件6，膨胀胶囊前端、膨胀胶囊前端的中间接头1与套管2、密封组件6组成端头部分，端头部分能相对于中心管4进行滑动。

实际应用中，密封组件6能防止膨胀胶囊3中部与中心管4之间的空隙中的水流出，起到动密封作用。

实际应用中，中间封孔器的数目为2～3根。

实际应用中，采用压管技术，以压套机压套方式，将套管2的前端面固定在中心管4上；以压套机活动压套方式固定端头部分。这里，压管技术为现有技术，此处不再赘述。

总之，当高压水从图1所示的中心管左侧的进水端流入后，通过中心管上的径向孔进入膨胀胶囊中部与中心管之间的空隙，在水压的作用下，膨胀胶囊膨胀。从整体上来讲，当高压软管中的高压水从后封孔器后端依次进入后封孔器、中间封孔器和前封孔器，并从前封孔器前端安装的单向阀流出；在高压水的作用下，前封孔器、中间封孔器和后封孔器中的膨胀胶囊均发生膨胀。在岩孔光滑的情况下，由于前封孔器、一根或一根以上的中间封孔器、后封孔器串接使用提供了必要的摩擦力，所以本发明能实现应用于水力压裂的岩孔封孔。膨胀胶囊后端固定于中心管进水端外侧，膨胀胶囊端头部分能相对于中心管进行滑动，在高压水的作用下，膨胀胶囊发生膨胀，直径变大的同时，产生较大的轴向收缩力；但中心管不收缩，不产生轴向力，不会导致本发明所述水力封孔器从岩孔中滑出，也不会导致前封孔器与中间封孔器之间的接头、中间封孔器与后封孔器之间的接头的变形损坏。另外，膨胀胶囊后端固定于中心管进水端外侧，膨胀胶囊端头部分能相对于中心管进行滑动，使得前封孔器、中间封孔器和后封孔器均能承受更高的水压。由于本发明所述水力封孔器能实现岩孔高压封孔，为水利压裂工艺提供了可靠的封孔条件。本发明所述水力封孔器的结构也比较简单。

实际应用中，本发明所述水力封孔器还包括安装在前封孔器前端的单向阀。图2是本发明带有单向阀的前封孔器的轴向剖面结构示意图。如图2所示，本发明所述水力封孔器还包括有安装在中心管4出水端、用于调节所述水力封孔器开启压力的单向阀7，单向阀7包括阀芯8、弹簧9、封头10，封头10前端中心设置有排水孔11。

实际应用中，当前封孔器中的水压大于单向阀的可调开启压力时，高压水通过单向阀流进煤层，使煤体整体压裂或者使煤体内部的微裂隙扩展并连通，增加煤层透气性，提高瓦斯抽放效果，消弱或消除瓦斯突出危险性。

实际应用中，本发明所述水力封孔器还包括安装在后封孔器后端的快速接头。后封孔器后端安装的快速接头用于连接高压软管。快速接头为K型接头。

图3是本发明所述水力封孔器外部接头的轴向剖面结构示意图。如图3所示，本发明所述水力封孔器还包括用于串接所述前封孔器、中间封孔器和后封孔器的外部接头。外部接头包括接头管12和密封圈13，接头管12两端为两个孔径、孔深均相同的接头孔14、15，两个接头孔通过一个中间孔16连通，中间孔16的孔径小于接头孔14或接头孔15的孔径，接头孔14的孔径、接头孔15的孔径与中心管4出水端或进水端的外径相同。

实际应用中，单向阀与前封孔器前端的连接方式，外部接头与前封孔器、多个中间封孔器和后封孔器之间的连接方式，快速接头与后封孔器后端的连接方式，均为现有技术，此处不再赘述。

本发明中，封孔结束并通过泵卸压后，将本发明所述水力封孔器从岩孔中缓慢拔出，以重复使用。

本发明中，高压水的压力，即本发明所述水力封孔器的封孔压力为16～45MPa。实际应用中，本发明所述水力封孔器的额定封孔压力为31.5MPa。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种水力封孔器，其特征在于，所述水力封孔器包括前封孔器、一根或一根以上的中间封孔器、后封孔器，前封孔器后端与中间封孔器前端串接，后封孔器前端与中间封孔器后端串接；其中，前封孔器、中间封孔器和后封孔器具有相同的结构，均包括：膨胀胶囊、中心管，膨胀胶囊套装于中心管外侧；膨胀胶囊前端和后端的内侧均套装有中间接头，中间接头内侧套装于中心管外侧，膨胀胶囊中部与中心管之间形成空隙；与膨胀胶囊中部对应的中心管管壁上设置有一个或一个以上的径向孔；膨胀胶囊前端和后端的外侧均套装有套管，套管的前端面固定在中心管上；膨胀胶囊后端固定于中心管进水端外侧，膨胀胶囊前端夹在膨胀胶囊前端的中间接头与套管之间，膨胀胶囊前端的中间接头与中心管之间装设有密封组件，膨胀胶囊前端、膨胀胶囊前端的中间接头与套管、密封组件组成端头部分，端头部分能相对于中心管进行滑动。

2.根据权利要求1所述的水力封孔器，其特征在于，所述水力封孔器还包括安装在前封孔器前端的单向阀。

3.根据权利要求2所述的水力封孔器，其特征在于，所述单向阀包括阀芯、弹簧、封头，封头前端中心设置有排水孔。

4.根据权利要求1所述的水力封孔器，其特征在于，所述水力封孔器还包括安装在后封孔器后端的快速接头。

5.根据权利要求1所述的水力封孔器，其特征在于，所述水力封孔器还包括用于串接所述前封孔器、中间封孔器和后封孔器的外部接头。

6.根据权利要求5所述的水力封孔器，其特征在于，所述外部接头包括接头管和密封圈，接头管两端为两个孔径、孔深均相同的接头孔，两个接头孔通过一个中间孔连通，中间孔的孔径小于接头孔孔径，接头孔孔径与所述中心管出水端或进水端的外径相同。

7.根据权利要求1所述的水力封孔器，其特征在于，所述水力封孔器的封孔压力为16～45MPa。