CN106499360A - 煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，包括封隔器和安装于封隔器出液端用于控制液体流出以调节封隔器中液压的调压装置；所述调压装置的开启压力大于封隔器坐封压力；可确保在封隔器完成坐封后，压裂液才通过调压装置进入钻孔进行水力压裂，实现可靠有效的封孔效果；调压装置的设置有助于封隔器实现快速坐封，并确保封隔器在水力压裂全过程都处于可靠的坐封状态。使用2个封隔器，可达到更好的封孔效果，并确保水力压裂发生在煤层，进而避免层间影响，增加煤层的渗透率，提高煤层气抽采效果。在尾管上安装有防脱装置可有效防止泄压时整个装置被冲出钻孔，损坏设备。本装置可以实现可靠有效的封孔效果，保证水力压裂的正常进行。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下水力压裂技术领域，具体涉及一种煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置。
背景技术
目前国内外都在大力研发煤层气抽采增透技术，通过各种技术手段强制贯通每层内的原有裂隙网络，使每层透气性增加，进而提高煤层气抽采效果。主要措施包括保护层开采等煤层外卸压增透措施，爆破增透，水力增透等每层内强化增透措施。水力压裂作为一种常用的增透技术手段，已在油气开发领域广泛使用并取得了较好的效果，其实质是将流体以大于地层滤失速率的排量和大于破裂压力的水压使岩体破裂并形成裂缝，从而增加煤层的渗透率，提高煤层气抽采效果。
随着瓦斯发电技术的成熟，对瓦斯这种洁净能源的需求也将越来越大。提高瓦斯抽采效率，最大限度地降低抽采过程中的漏气现象，提高瓦斯抽采浓度，是瓦斯利用的基础。简便、可靠的封孔设备和封孔工艺是水力压裂法提高瓦斯抽采效率的支撑。
目前，煤矿井下水力压裂孔常规封孔方法一般用水泥砂浆、聚氨酯材料堵孔，其中水泥砂浆方法较为常用。水泥砂浆封堵法比较适合上向孔封堵，但用该风发封孔时难以掌握注入水泥砂浆量，容易造成压裂管末端被水泥堵塞，造成压裂孔报废，且水泥砂浆具有收缩性，密封效果不好，给水力压裂工作带来困难。另外采用水泥砂浆封堵法封孔，成本较高，且耗费大量水泥、电力以及水资源，不利于推动节能减排。聚氨酯封孔方法适应性广，一般用于瓦斯抽放孔的封堵，由于聚氨酯膨胀后为多孔材料，有一定的弹塑性，且强度不高，不适用于高压水力压裂孔的封堵。由于混合液体具有流动特性，不能充满近水平孔，无论是水泥砂浆、聚氨酯材料堵孔方法均不能封堵近水平以及下向压裂孔。
传统的封孔方法封孔后压裂管不能重复利用，造成大量的资源浪费；采用胶囊式封隔器封孔技术，压裂管和封隔器能够多次循环利用，节能减排意义重大。传统的水泥砂浆封孔后需要养护3－5天后才能开始压裂，采用胶囊式封隔器封孔能即封即用，大大地提高了生产效率。但胶囊式封隔器进行坐封需要一定压力，如果压力发生变化，封隔器可能发生解封，压裂液将从钻孔中泄漏，从而无法保证可靠的封堵。
因此，需要设计一种煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置在进行水力压裂时实现快速可靠的封孔。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，不仅适用于上向孔，还适用于近水平以及下向压裂孔的封堵，能够快捷可靠地实现对钻孔的封堵，且封孔后即可进行水力压裂；本装置可多次循环利用，有利于实现节能减排。
本发明提供的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，包括封隔器和安装于封隔器出液端用于控制液体流出以调节封隔器中液压的调压装置；所述调压装置的开启压力大于封隔器坐封压力；
进一步，所述调压装置包括储液腔和设置于储液腔出液口处用于控制液体流出以调节储液腔中液压的阀；
进一步，所述阀包括用作阀芯的卡环、与卡环配合的阀座、调压弹簧、弹簧座和压力调节环；所述调压弹簧设置于卡环与弹簧座之间，将卡环以产生轴向预紧力的方式压紧于阀座上用以关闭储液腔出液口；所述压力调节环连接弹簧座用于控制调压弹簧松紧以调节轴向预紧力的大小；
进一步，所述封隔器设置有2个，分别为封隔器Ⅰ和封隔器Ⅱ；
进一步，所述调压装置安装于封隔器Ⅰ出液端；
进一步，所述封隔器Ⅰ和封隔器Ⅱ之间通过压裂管进行安装连接；
进一步，设置压裂管长度，使封隔器Ⅰ安装在两层交界处，封隔器Ⅱ安装在钻孔孔口向里2－5m的位置；
进一步，还包括安装于封隔器Ⅱ进液端的尾管，所述尾管上安装有防脱装置；
进一步，所述防脱装置为圆柱形防脱装置，所述圆柱形防脱装置上设置有固定锚索的安装件；
进一步，还包括安装于调压装置出液端的筛管，所述筛管上设置有出水口；所述筛管长度根据煤层厚度进行设置。
本发明的有益效果：本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置在封隔器出液端安装用于控制液体流出以调节封隔器中液压的调压装置，所述调压装置的开启压力大于封隔器坐封压力；可确保在封隔器完成坐封后，压裂液才通过调压装置进入钻孔进行水力压裂，实现可靠有效的封孔效果；调压装置的设置有助于封隔器实现快速坐封，并确保封隔器在水力压裂全过程都处于可靠的坐封状态。使用2个封隔器，一个用于安装在岩石层和煤层交界处，另一个用于安装在钻孔孔口向里2－5m的位置；可达到更好的封孔效果，并确保水力压裂发生在煤层，进而避免层间影响，增加煤层的渗透率，提高煤层气抽采效果。在尾管上安装有防脱装置可有效防止泄压时整个装置被冲出钻孔，损坏设备。本装置可以实现可靠有效的封孔效果，保证水力压裂的正常进行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1是本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置的使用状态示意图。
图2是本发明中调压装置的结构示意图。
图中：1、封隔器Ⅰ；2、调压装置；3、筛管；4、封隔器Ⅱ；5、尾管；6、压裂管；7、防脱装置；8、防脱凸台。
21、上接头；22、阀座；23、套筒；24、下接头；25、圆管；26、出液孔；27、卡环；28、调压弹簧；29、压力调节环；30、弹簧座。
具体实施方式
图1是本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置的使用状态示意图，图2是本发明中调压装置的结构示意图。如图所示：本实施例的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，包括封隔器和安装于封隔器出液端用于控制液体流出以调节封隔器中液压的调压装置2；所述调压装置2的开启压力大于封隔器坐封压力。调压装置的开启压力具体指打开调压装置所需的液压，封隔器坐封压力指封隔器坐封所需液压；只要液压小于调压装置的开启压力，调压装置都将处于封闭状态，使液体无法流出；只有液压达到或超过调压装置的开启压力，调压装置才将打开，液体才能从调压装置中流出。设置调压装置，可调节封隔器中液压，确保封隔器完成坐封后，压裂液才通过调压装置进入钻孔进行水力压裂，实现可靠有效的封孔效果；调压装置的开启压力大于封隔器坐封压力，在进行水力压裂时，可使封隔器中液压始终大于封隔器坐封压力，确保封隔器实现快速坐封并且在水力压裂全过程都处于可靠的坐封状态，保证水力压裂的正常进行。
本实施例中，所述调压装置2包括储液腔和设置于储液腔出液口处用于控制液体流出以调节储液腔中液压的阀；通过阀来调节储液腔中压力，控制液体流出，原理简单，便于实现，成本低。
本实施例中，所述调压装置2只能让封隔器中液体流出进入钻孔，而钻孔内液体不能通过调压装置倒流入封隔器中；可有效防止钻孔内液体倒流。
本实施例中，所述阀包括用作阀芯的卡环27、与卡环27配合的阀座22、调压弹簧28、弹簧座30和压力调节环29；所述调压弹簧28设置于卡环27与弹簧座30之间，将卡环27以产生轴向预紧力的方式压紧于阀座22上用以关闭储液腔出液口；所述压力调节环29连接弹簧座30用于控制调压弹簧27松紧以调节轴向预紧力的大小。轴向指调压弹簧可产生压缩的方向。当液压大于调压弹簧所产生的轴向预紧力时，卡环将压缩调压弹簧，储液腔出液口将打开，压裂液通过调压装置流入筛管进行水力压裂；当液压小于或等于调压弹簧所产生的轴向预紧力时，卡环将恢复初始状态，压紧于阀座上，储液腔出液口将关闭，液体不再流出。此阀结构简单，可实现对储液腔中液压的调节，进而实现对封隔器中液压的调节，确保封隔器保持可靠的坐封状态，实现可靠快速有效的封孔效果。
本实施例中，可选择合适的调压弹簧28以确保可实现阀的开启压力大于封隔器坐封压力，即调压装置2的开启压力大于封隔器坐封压力。
本实施例中，所述储液腔由带出液孔26的圆管25和压力调节环29组成，所述压力调节环29安装于圆管25的一端，形成半封闭的储液腔。
本实施例中，所述压力调节环29与圆管25之间通过螺纹连接，可调节压力调节环的位置以控制调压弹簧的松紧程度，进而调节阀的开启压力，即调压装置的开启压力。
本实施例中，所述调压装置2还包括上接头21、套筒23和下接头24；所述上接头21、阀座22、套筒23和下接头24连接组成管状壳体。
本实施例中，所述上接头21用于连接封隔器出液端；所述下接头24为调压装置的出液端，用以连接筛管3。
本实施例中，所述储液腔安装于管状壳体内，并与管状壳体形成单向流道；储液腔上出液孔26与单向流道形成储液腔出液口。
本实施例中，所述卡环27以可移动方式套接于圆管25上，通过调压弹簧28压紧于阀座22上用以关闭储液腔出液口。
本实施例中，所述卡环27上安装有密封圈；确保与阀座22的密封配合实现储液腔出液口的关闭，避免发生漏液。
本实施例中，所述封隔器设置有2个，分别为封隔器Ⅰ1和封隔器Ⅱ4；设置两个封隔器能确保达到更好的封孔效果。
本实施例中，所述调压装置2安装于封隔器Ⅰ1出液端；用于确保封隔器Ⅰ实现可靠有效的封孔效果，并保持可靠的坐封状态。
本实施例中，所述封隔器Ⅰ1和封隔器Ⅱ4之间通过压裂管6进行安装连接；压裂管可承受较大压力，实现压裂液的传输。
本实施例中，设置压裂管6长度，使封隔器Ⅰ1安装在两层交界处，封隔器Ⅱ4安装在钻孔孔口向里2－5m的位置，优选安装在钻孔孔口向里3m的位置；两层具体指岩石层和煤层；确保水力压裂发生在煤层，进而避免层间影响，增加煤层的渗透率，提高煤层气抽采效果；确保达到更好更加可靠的封孔效果。
本实施例中，还包括安装于封隔器Ⅱ4进液端的尾管5，所述尾管5上安装有防脱装置7；尾管用于连接注水装置，注入压裂液实现水力压裂；在尾管上安装有防脱装置可有效防止泄压时整个装置被冲出钻孔，损坏设备。
本实施例中，所述尾管5上还安装防脱凸台8；所述防脱凸台8设置于封隔器Ⅱ4与防脱装置7之间，用于固定防脱装置，并确定防脱装置的位置。
本实施例中，所述防脱凸台8和防脱装置7与尾管5之间均采用螺纹连接；方便拆卸和根据现场情况调节防脱凸台和防脱装置在尾管的位置。
本实施例中，所述防脱装置7为圆柱形防脱装置；所述圆柱形防脱装置上设置有固定锚索的安装件；在钻孔孔口周围合适的地方打入不少于2根的锚索，再将锚索安装在防脱装置上，可防止泄压时整个装置被冲出钻孔，损坏设备。
本实施例中，所述圆柱形防脱装置的侧面加工有凹槽，在圆周方向上均匀布置8－12个通过凹槽的圆孔，优选布置10个圆孔，圆孔内穿入高强度螺栓以构成用于安装锚索的安装件。可根据现场的情况，将锚索的一端穿入螺栓安装固定于圆柱形防脱装置上，另一端打入钻孔孔口周围合适的地方。
本实施例中，还包括安装于调压装置2出液端的筛管3，所述筛管3上设置有出水口；所述筛管3长度根据煤层厚度进行设置；便于对煤层进行水力压裂，压裂液进入压裂管经过筛管上的出水口进行压裂；增加煤层的渗透率，提高煤层气抽采效果。
本实施例中，所述出水口的大小和间距可根据煤层的软硬程度进行调整；确保水力压裂达到更好的效果，增加煤层的渗透率，提高煤层气抽采效果。
本实施例中，所述封隔器Ⅰ1和封隔器Ⅱ4均可采用K344封隔器；工艺简单，使用方便，经济效益好。
本实施例中，所述封隔器Ⅰ1与调压装置2通过导向管进行连接安装。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：包括封隔器和安装于封隔器出液端用于控制液体流出以调节封隔器中液压的调压装置；所述调压装置的开启压力大于封隔器坐封压力。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述调压装置包括储液腔和设置于储液腔出液口处用于控制液体流出以调节储液腔中液压的阀。
3.根据权利要求2所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述阀包括用作阀芯的卡环、与卡环配合的阀座、调压弹簧、弹簧座和压力调节环；所述调压弹簧设置于卡环与弹簧座之间，将卡环以产生轴向预紧力的方式压紧于阀座上用以关闭储液腔出液口；所述压力调节环连接弹簧座用于控制调压弹簧松紧以调节轴向预紧力的大小。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述封隔器设置有2个，分别为封隔器Ⅰ和封隔器Ⅱ。
5.根据权利要求4所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述调压装置安装于封隔器Ⅰ出液端。
6.根据权利要求5所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述封隔器Ⅰ和封隔器Ⅱ之间通过压裂管进行安装连接。
7.根据权利要求6所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：设置压裂管长度，使封隔器Ⅰ安装在两层交界处，封隔器Ⅱ安装在钻孔孔口向里2－5m的位置。
8.根据权利要求5所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：还包括安装于封隔器Ⅱ进液端的尾管，所述尾管上安装有防脱装置。
9.根据权利要求8所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述防脱装置为圆柱形防脱装置，所述圆柱形防脱装置上设置有固定锚索的安装件。
10.根据权利要求8所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：还包括安装于调压装置出液端的筛管，所述筛管上设置有出水口；所述筛管长度根据煤层厚度进行设置。
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