CN102561989A - 一种煤矿井下水力压裂封孔方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿井下水力压裂孔的封孔方法，该方法采用双胶囊封孔装置封孔，包括如下步骤：a在抽采巷道内利用钻机钻压裂孔至设定深度，并按压裂孔深度方向分布的岩石层性质记录相应岩石层厚度；b根据压裂孔的各性质岩层的厚度确定双胶囊封孔装置的第一胶囊和第二胶囊之间的中间连接管长度并配制中间连接管；c组装双胶囊封孔装置并将其置入压裂孔中，使第一胶囊置于煤层底板层内，第一胶囊前端位于煤层底板与煤层的交界处；d连接压裂管线后开启压裂泵组，向煤层注水并实施压裂，第一胶囊和第二胶囊分别与压裂孔的对应段孔壁形成密封。本发明的有益效果是，无压裂时因为压裂液泄漏带来的安全隐患，且封孔效率高、封孔效果好、实用范围广、抗压范围广、可重复利用。

Description

一种煤矿井下水力压裂封孔方法

技术领域

本发明涉及煤层瓦斯水力压裂增透抽采技术领域，特别是一种煤矿井下水力压裂封孔方法。

背景技术

 煤炭是我国一次性能源的主体。煤炭工业承载着经济发展、社会进步和民族振兴的历史重任。煤矿安全工作是全国工业安全工作的重中之重。煤层瓦斯是一种洁净能源，但对煤矿生产而言更是一种灾害源。我国的煤炭赋存地质条件复杂，主要依靠地下开采，随着开采深度的增加，煤层瓦斯含量逐渐增加，煤层瓦斯压力增大，突出的危险性增高，防突难度越来越大。建国以来，在我国煤矿发生的重特大事故中，煤矿煤尘事故占70％以上。在迄今为止发生的一次死亡百人以上的22起事故中，瓦斯及煤尘事故占20起，死亡3314人，分别占总事故起数和总死亡人数的94.4％和96.2％，之所谓“煤矿灾害，瓦斯为首”。

重庆地区煤矿瓦斯自然灾害十分严重，是我国“五省、一市、一局”瓦斯灾害突出的重点地区。根据重庆的南桐、天府、松藻、中梁山4个严重突出矿务局资料统计，截至2003年底，共发生煤与瓦斯突出2237次，其中采煤工作面927次，各类巷道掘进1346次，死亡797人。严重的煤与瓦斯突出，危及和制约了重庆地区煤炭企业的安全和经济发展。

因此，紧密依靠科技进步，遏制并最终消除煤矿瓦斯事故，建设平安和谐的矿区，既是专家学者和工程技术人员的神圣职责，更是广大煤矿工人的热切期盼。特别是随着开采深度的增加、资源需求的日益强烈、国家一系列关于煤矿瓦斯灾害治理强制措施和煤层气开发利用鼓励政策的出台，都迫切要求有一套系统的、完整的、地面与井下相结合的瓦斯抽采工艺技术。特别是新的防突规定更加强调了区域瓦斯治理的重要性，要求“不掘突出头、不采突出面”，以往突出煤层掘进的“四位一体”方案已经难以满足新规定的要求。

重庆地区所属煤矿煤层大多为松软煤层，具有煤层硬度低、瓦斯含量高、透气性差的特点；突出危险性大，瓦斯灾害是制约煤矿安全、高效生产的第一因素，现行的瓦斯治理措施已难以满足高效生产的需求，迫切需要一种新型区域和局部治理工艺，以彻底改变目前消突困难、接替紧张的局面。钻孔预抽是瓦斯治理和防突的有效措施，在区域防突措施和局部防突措施中广泛使用。在实施瓦斯抽采过程中，由于在松软煤层中施工瓦斯抽放孔时易发生塌孔、喷孔、卡钻等问题，使得瓦斯抽放孔很难成形，难以达到抽放钻孔的设计要求。水力压裂正是为了满足这一生产需求而诞生的一种集区域和局部瓦斯治理为一体的一种新工艺。该工艺是将地面煤层气开发的一种成熟技术移植到井下，根据煤体结构的不同采用不同压力等级的压裂方案，达到增透、提高抽采效率、缩短抽采时间的目的。水力压裂是一种适应性强、增透效果明显的工艺技术。

封孔效果是制约水力压裂这一工艺产业化运行的关键。传统的封孔方法一般是使用单个胶囊封孔器封孔或者水泥砂浆封孔。胶囊封孔器封孔是在水力压裂的同时，利用水力使胶囊膨胀变形与压裂孔孔壁从而实现对压裂孔的密封。但单个橡胶封孔器封孔往往因为胶囊段孔壁不光滑导致封孔不严实，且封孔能够承受的压裂压力有限。水泥砂浆封孔需要钻孔达到一定的上倾角度，使得水泥凝结时的体积收缩空隙形成在钻孔的上端，大部分的钻孔在水泥凝结后被水泥充填密实。水泥砂浆封孔需要在现场搅拌水泥，施工工艺复杂、工程量较大，水泥硬化需要很长时间。近水平孔和浅孔的煤层水力压裂不适合水泥砂浆封孔。

中国专利公告号CN 2175306 Y，公告日期1994年8月24日，发明创造名称“一种煤层注水封孔器”，该技术方案公开了一种在注水管上串接有数个胶囊式封孔器的结构。多胶囊封孔器可以弥补第一胶囊封孔器密封不严实的缺陷，能有效提高单一胶囊封孔器的封孔效果。但多胶囊封孔器的结构复杂、安装繁琐、制造成本高。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用双胶囊封孔装置的煤矿井下水力压裂封孔方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种煤矿井下水力压裂孔的封孔方法，该方法利用双胶囊封孔装置进行封孔，包括如下步骤：

a、在抽采巷道内利用钻机钻压裂孔至设定深度，并按压裂孔深度方向分布的岩石层性质记录相应岩石层厚度；

b、根据压裂孔的各性质岩层的厚度确定双胶囊封孔装置的第一胶囊和第二胶囊之间的中间连接管长度并配制中间连接管；

c、组装双胶囊封孔装置并将其置入压裂孔中，使第一胶囊置于煤层底板层内，第一胶囊前端位于煤层底板与煤层的交界处；

d、连接压裂管线后开启压裂泵组，向煤层注水并实施压裂，第一胶囊和第二胶囊分别与压裂孔的对应段孔壁形成密封。

采用前述方案的本发明，由于采用双胶囊装置封孔，不会产生由于一个胶囊遇到孔壁不光滑而产生的封孔不密实的问题，两个胶囊能够起到互补的作用；本发明不但可以应用于煤层、岩层孔的水力压裂，也可以应用于煤层注水、水力挤出等，无论压裂孔是仰孔、水平孔或俯孔均可采用本封孔方法，且可根据煤层赋存情况的不同采用不同的压裂封孔方案，打孔即可封孔、封孔即可压裂，比水泥封孔节省时间，在大规模的煤层水力压裂中推广应用效率较高；还具有膨胀效果好、封孔严实、抗压范围广、启动压力低，且可在压裂完成后，排水、卸压、取出双胶囊封孔装置重复使用，直至胶囊损坏或遇到意外无法取出而报废。

优选的技术方案，所述第二胶囊设置在另一性质的岩层中。这样两个胶囊分别布置在各自的同一种岩性的岩层段，在进行煤层水力压裂的过程中，不会因为不同岩石遇水膨胀率不同而使得胶囊与孔壁之间产出缝隙而导致封孔不密实的问题。

本发明与现有技术相比的有益效果是，无压裂时因为压裂液泄漏带来的安全隐患，且封孔效率高、封孔效果好、实用范围广、抗压范围广、启动压力低、可重复利用。

附图说明

图1是本发明中采用双胶囊封孔装置在压裂孔内的安装示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

参见图1，一种煤矿井下水力压裂孔的封孔方法，该方法利用双胶囊封孔装置进行封孔，双胶囊封孔装置主要由连接导向头1、筛管2、第一胶囊4、第二胶囊6、中间连接管12、导向管5、后续连接管7，该方法利用包括如下步骤：

a、在抽采巷道内利用钻机钻压裂孔8至设定深度，并按压裂孔8深度方向分布的岩石层性质记录相应岩石层厚度；

b、根据压裂孔8的各性质岩层的厚度确定双胶囊封孔装置的第一胶囊4和第二胶囊6之间的中间连接管12长度并配制中间连接管12；

c、组装双胶囊封孔装置，并将其置入压裂孔8中，使第一胶囊4置于煤层底板11层内，第一胶囊4前端位于煤层底板11与煤层10的交界处，第二胶囊6设置在另一性质的岩层9中，两个胶囊分别布置在各自的同一种岩性的岩层段；

d、连接压裂管线后开启压裂泵组，向煤层注水并实施压裂，第一胶囊4和第二胶囊6分别与压裂孔8的对应段孔壁形成密封。

以上虽然结合了附图描述了本发明的实施方式，但本领域的普通技术人员也可以意识到对所附权利要求的范围内作出各种变化或修改，这些修改和变化应理解为是在本发明的范围和意图之内的。

Claims (2)

1.一种煤矿井下水力压裂孔的封孔方法，该方法利用双胶囊封孔装置进行封孔，包括如下步骤：

a、在抽采巷道内利用钻机钻压裂孔（8）至设定深度，并按压裂孔（8）深度方向分布的岩石层性质记录相应岩石层厚度；

b、根据压裂孔（8）的各性质岩层的厚度确定双胶囊封孔装置的第一胶囊（4）和第二胶囊（6）之间的中间连接管（12）长度并配制中间连接管（12）；

c、组装双胶囊封孔装置并将其置入压裂孔（8）中，使第一胶囊（4）置于煤层底板（11）层内，第一胶囊（4）前端位于煤层底板（11）与煤层（10）的交界处；

d、连接压裂管线后开启压裂泵组，向煤层注水并实施压裂，第一胶囊（4）和第二胶囊（6）分别与压裂孔（8）的对应段孔壁形成密封。

2.根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂孔的封孔方法，其特征在于：所述第二胶囊（6）设置在另一性质的岩层（9）中。

Images