CN107859509A - 煤层水力割缝联合压裂综合增透装置 - Google Patents

煤层水力割缝联合压裂综合增透装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，包括增透管柱，所述增透管柱包括割缝封隔器、压裂封隔器以及连接在所述割缝封隔器和压裂封隔器之间的割缝联合压裂滑套；所述割缝联合压裂滑套上设有割缝喷嘴和压裂孔；所述增透管柱内设有可沿割缝封隔器、割缝联合压裂滑套和压裂封隔器的内腔滑动的封堵杆，所述封堵杆上设有与所述割缝喷嘴相配合的喷水孔。本发明通过先割缝后压裂的综合增透技术，割缝形成导向槽后，无需起拔或更换管柱，即可开始压裂作业，极大地提高了生产效率。

Description

煤层水力割缝联合压裂综合增透装置
技术领域
本发明涉及一种煤层水力割缝联合压裂综合增透装置。
背景技术
煤层气(煤矿瓦斯)是与煤伴生且主要以吸附状态储集于煤层中的一种非常规天然气，在我国储量丰富，其开发和利用对于调整能源结构、改善煤矿安全和保护生态环境具有举足重轻的作用。
然而，我国多数煤层具有非均质性、低压力、低渗透率和低含气饱和度等特点，煤层的低渗透率和非均质性造成用常规方法难以有效抽采瓦斯，而如何增加煤层的渗透率已成为制约矿井瓦斯抽采的瓶颈，水力化增透措施是增加岩(煤)体渗透率的有效途径。
经过近十几年的快速发展，水力化增透技术及装备有了很大进步，但每种单项增透技术都有其优势，又难免存在自身的局限性。对水射流割缝来说，在其控制范围内煤体卸压充分、增透效果明显，但是它的影响半径小，仅有几米。水力压裂的控制范围大，影响半径能够达到几十米，但是以现有的技术水平，很难保证在它的控制范围内实现煤体均匀卸压、增透而不留空白带。
发明内容
本发明的目的是提供一种煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，以解决现有煤层水力化增透装置增投效率低的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，包括增透管柱，所述增透管柱包括割缝封隔器、压裂封隔器以及连接在所述割缝封隔器和压裂封隔器之间的割缝联合压裂滑套；所述割缝联合压裂滑套上设有割缝喷嘴和压裂孔；所述增透管柱内设有可沿割缝封隔器、割缝联合压裂滑套和压裂封隔器的内腔滑动的封堵杆，所述封堵杆上设有与所述割缝喷嘴相配合的喷水孔。
进一步地，所述割缝喷嘴和压裂孔均为两个，且均匀分布在割缝联合压裂滑套的圆周方向上。
进一步地，所述割缝封隔器包括第一中心管、第一胶筒、滚珠轴承和轴承座；所述第一中心管上设有割缝封隔器进液孔，所述第一中心管通过上接头与所述割缝联合压裂滑套连接；所述第一胶筒通过第一胶筒座固定在第一中心管的外侧；所述滚珠轴承设置在所述上接头与第一胶筒之间，且所述滚珠轴承的内环与所述第一中心管过盈配合；所述轴承座固定在所述滚珠轴承的外环上，且与所述上接头固定连接。
进一步地，所述压裂封隔器包括第二中心管和第二胶筒；所述第一中心管上设有压裂封隔器进液孔，所述第二中心管通过中间接头与所述割缝联合压裂滑套连接；所述第二胶筒通过第二胶筒座固定在第二中心管的外侧。
进一步地，所述封堵杆通过一固定件安装在所述割缝联合压裂滑套上；所述压裂封隔器连接有一螺纹钻杆，所述螺纹钻杆的一端与所述压裂封隔器连接，另一端连接有投球器，所述投球器用于向所述增透管柱内投掷用于驱动所述封堵杆滑动的驱动球。
进一步地，所述割缝喷嘴的射流直径为1-3mm。
进一步地，所述压裂孔的出口面积与所述增透管柱的水流面积相同。
进一步地，所述增透管柱的顶端设有一单向阀，所述单向阀的前端设置有丝堵。
进一步地，该装置还包括与所述压裂封隔器连通的压裂泵。
进一步地，所述割缝喷嘴的射流轴线可调。
本发明的有益效果为：通过先割缝后压裂的综合增透技术，割缝形成导向槽后，无需起拔或更换管柱，即可开始压裂作业，极大地提高了生产效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明的水力割缝联合压裂实施例示意图；
图2为本发明中割缝联合压裂管柱在水力割缝时结构示意图；
图3为本发明中割缝联合压裂管柱在压裂时结构示意图；
图4是本发明割缝联合压裂滑套结构图；
图5是本发明割缝封隔器的局部放大图。
其中：1、单向阀；2、割缝封隔器；3、割缝联合压裂滑套；4、压裂封隔器；5、螺旋钻杆；6、投球器；7、压裂泵；8、丝堵；9、封堵杆；91、喷水孔；10、低密度球；11、割缝封隔器进液孔；12、滚珠轴承；13、销钉；14、割缝喷嘴；15、压裂孔；16、压裂封隔器进液孔；17、上接头；18、轴承座；19、第一中心管；20、第一胶筒；21、第一胶筒座；22、中间接头；23、；第二中心管；24、第二胶筒；25、第二胶筒座；A、网状裂隙；B、导向槽。
具体实施方式
如图1至图3所示的煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，包括增透管柱，所述增透管柱包括割缝封隔器2、压裂封隔器4以及连接在所述割缝封隔器2和压裂封隔器4之间的割缝联合压裂滑套3。所述割缝联合压裂滑套3上设有割缝喷嘴14和压裂孔15，割缝时，压裂孔15被封堵杆9堵住，高压水只能从喷嘴14中割裂煤层；压裂时，大量的压裂液从压裂孔15中喷出压裂煤层。
本发明通过将割缝喷嘴14和压裂孔15设置在同一割缝联合压裂滑套3上(如图4所示)，采用先割缝后压裂的综合增透技术，割缝形成导向槽B后，无需起拔或更换管柱，即可开始压裂作业，避免了水力割缝和压裂采用不同的管柱时，频繁起拔管柱，效率低的问题。
如图5所示，所述割缝封隔器2包括第一中心管19、第一胶筒20、滚珠轴承12和轴承座18；所述第一中心管19上设有割缝封隔器进液孔11，所述第一中心管19通过上接头17与所述割缝联合压裂滑套3连接；所述第一胶筒20通过第一胶筒座21固定在第一中心管19的外侧；所述滚珠轴承12设置在所述上接头17与第一胶筒20之间，且所述滚珠轴承12的内环与所述第一中心管19过盈配合；所述轴承座18卡在所述滚珠轴承12的外环上且与所述上接头17固定连接，使得上接头17和轴承座18可自由转动。
所述压裂封隔器4包括第二中心管23和第二胶筒24；所述第一中心管19上设有压裂封隔器进液孔16，所述第二中心管23通过中间接头22与所述割缝联合压裂滑套3连接；所述第二胶筒24通过第二胶筒座25固定在第二中心管23的外侧。
所述增透管柱内设有可沿割缝封隔器2、割缝联合压裂滑套3和压裂封隔器4的内腔滑动的封堵杆9，所述封堵杆9通过一固定件(如销钉)安装在所述割缝联合压裂滑套3上，所述封堵杆9上设有与所述割缝喷嘴14相配合的喷水孔91。所述压裂封隔器4连接有一螺纹钻杆，所述螺纹钻杆的一端与所述压裂封隔器4连接，另一端连接有投球器6，所述投球器6用于向所述增透管柱内投掷用于驱动所述封堵杆9滑动的驱动球(本发明中采用低密度球10)。
在水力割缝过程中，封堵杆9堵住了压裂封隔器4的进液孔，此时，压裂封隔器4不会座封，驱动螺旋钻杆5带动压裂封隔器4与割缝联合压裂滑套3旋转，可保证煤层中的割缝液携带煤渣能顺利排到孔口；在压裂过程中，驱动球将封堵杆9推到管柱底部，此时，割缝封隔器2的进液口和压裂封隔器4的进液口都处在开启状态，两个封隔器均座封且不旋转。
所述割缝喷嘴14和压裂孔15均为两个，且均匀分布在割缝联合压裂滑套3的圆周方向上，所述割缝喷嘴14的射流直径为1-3mm(最好为2mm)，所述压裂孔15的出口面积与所述增透管柱的水流面积相同。在割缝时，高压液体经过割缝喷嘴14后，压力大幅降低，速度急剧增加，有利于破煤形成导向槽B；而压裂孔15的出口面积与管柱水流面积相同，压裂时，可使高压水的压力损失很小，有利于在导向槽B的底部形成网状裂隙A。
所述增透管柱的顶端设有一单向阀1，所述单向阀1的前端设置有丝堵8，完成压裂保压后，孔内残余压裂液经丝堵8及单向阀11后从割缝联合压裂管柱排除，并有助于低密度球10的排出。
本申请中的所述割缝喷嘴14的射流轴线可调，割缝形成的导向槽B与水力割缝联合压裂管柱轴线形成的夹角大小由喷嘴14的射流轴线控制，除了可以割出垂直于管柱轴线的圆盘状导向槽B外，还可割出与管柱轴线成一定角度的椭圆形径向导向槽B，实现定点定向压裂。
利用上述增透装置进行煤层增透的操作如下：
S1：在预定区域内成孔，保证成孔深度和质量达到设计要求；撤钻后下入所述增透管柱，并将所述投球器6及压裂泵7在孔口连接好。
S2：逐步提高所述的压裂泵7的出口压力至30MPa左右，开动钻机带动螺旋钻杆5旋转，待孔口返回的水中携带煤渣时，再加大所述的压裂泵7的出口压力至设计压力，割缝5min后在孔口卸压。
S3：从投球器6中投入低密度球10，调节压裂泵7流量至最大，并加压到5MPa左右，持续3min中后开始按照设计参数压裂煤层。
S4：达到设计要求的压裂累积流量后停泵开始保压，完成保压后从孔口卸压并回收低密度球10。
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)

1.一种煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，包括增透管柱，所述增透管柱包括割缝封隔器、压裂封隔器以及连接在所述割缝封隔器和压裂封隔器之间的割缝联合压裂滑套；所述割缝联合压裂滑套上设有割缝喷嘴和压裂孔；所述增透管柱内设有可沿割缝封隔器、割缝联合压裂滑套和压裂封隔器的内腔滑动的封堵杆，所述封堵杆上设有与所述割缝喷嘴相配合的喷水孔。
2.根据权利要求1所述的煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，所述割缝喷嘴和压裂孔均为两个，且均匀分布在割缝联合压裂滑套的圆周方向上。
3.根据权利要求1或2所述的煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，所述割缝封隔器包括第一中心管、第一胶筒、滚珠轴承和轴承座；所述第一中心管通过上接头与所述割缝联合压裂滑套连接，且所述第一中心管上设有割缝封隔器进液孔；所述第一胶筒通过第一胶筒座固定在第一中心管的外侧；所述滚珠轴承设置在所述上接头与第一胶筒之间，且所述滚珠轴承的内环与所述第一中心管过盈配合；所述轴承座固定在所述滚珠轴承的外环上，且与所述上接头固定连接。
4.根据权利要求1或2所述的煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，所述压裂封隔器包括第二中心管和第二胶筒；所述第一中心管上设有压裂封隔器进液孔，所述第二中心管通过中间接头与所述割缝联合压裂滑套连接；所述第二胶筒通过第二胶筒座固定在第二中心管的外侧。
5.根据权利要求1所述的煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，所述封堵杆通过一固定件安装在所述割缝联合压裂滑套上；所述压裂封隔器连接有一螺纹钻杆，所述螺纹钻杆的一端与所述压裂封隔器连接，另一端连接有投球器，所述投球器用于向所述增透管柱内投掷用于驱动所述封堵杆滑动的驱动球。
6.根据权利要求2所述的煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，所述割缝喷嘴的射流直径为1-3mm。
7.根据权利要求2所述的煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，所述压裂孔的出口面积与所述增透管柱的水流面积相同。
8.根据权利要求1所述的煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，所述增透管柱的顶端设有一单向阀，所述单向阀的前端设置有丝堵。
9.根据权利要求1所述的煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，该装置还包括与所述压裂封隔器连通的压裂泵。
10.根据权利要求1所述的煤层水力割缝联合压裂综合增透装置，其特征在于，所述割缝喷嘴的射流轴线可调。
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