CN108915648A - 一种适用于高温氮气注入煤层钻孔的密封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于高温氮气注入煤层钻孔的密封方法，采用PE管和铁管组成的双层管结构，并且铁管在PE管内通过橡胶固定装置进行固定，PE管之间的连接及铁管之间的连接均为螺纹连接，这样可便于安装；由于铁管并不与PE管直接接触，在通过变径铁管及铁管向钻孔内注入高温氮气时，由于橡胶传热慢及PE管和铁管之间的空间较大，因此高温氮气的温度无法通过铁管直接传递给PE管及钻孔壁，从而保证了对PE管及钻孔壁的隔热效果，避免了由于传导热量使PE管发生变形，导致钻孔漏气的情况发生。同时对钻孔附近漏气严重的煤壁用粘结材料进行了封堵，确保了钻孔内的密闭性使其具有更好的蓄压环境，满足了高温氮气的传输和氮气蓄压后压裂的需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤层钻孔的密封方法，具体是一种适用于高温氮气注入煤层钻孔的密封方法。
背景技术
专利号为：ZL201210056438.2，名称为“一种注温度和压力耦合作用下的氮气增透抽采瓦斯的方法”的中国发明专利提出了一种向煤层注入高温气体增加煤体透气性抽采瓦斯的方法，该方法能有效的增加煤体的透气性便于抽采瓦斯，但该方法中没有给出高温氮气注入过程中具体封孔方法，只是限定了采用高压注水泥砂浆法。而现有封孔方法在高温氮气注入过程中存在下列问题：①煤层钻孔的封孔方法中一般采用PE管作为瓦斯抽采管，其没有隔热功能，在高温氮气注入过程中，容易传导热量发生变形，导致钻孔漏气，不能满足注气需要；②现有的封孔方法在高温氮气注入过程中，氮气容易通过钻孔周围的煤体向外泄露，致使钻孔内高温氮气蓄压困难，难以满足对煤体的压裂增透需要。专利号为：ZL201010203706.X，名称为：“一种加热煤层的注热钻孔封孔方法”的中国发明专利提出了一种矿井煤层注过热水或高温蒸汽加热煤层的方法，该方法主要采用双层封孔管结构，即外层为塑料管和内层为金属管，金属管采用法兰连接，每个法兰连接都需要把多个螺钉和螺母相互拧紧，钻孔内端的塑料管和金属管用螺纹连接，钻孔外端注隔热材料，适用于80～300℃过热水和高温蒸汽的注入。但是，由于高温氮气注入时的气体温度处于50～100℃范围内，因此如采用该种方式不仅浪费该方法对较高的温度具有隔热效果，而且该种方法的施工安装复杂且费时费力，从而增加了封孔时间，降低了施工效率。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于高温氮气注入煤层钻孔的密封方法，能在高温氮气注入过程中起到较好的隔热效果，防止由于传导热量发生使PE管发生变形导致钻孔漏气的情况，同时其施工安装简单且便捷，大大缩短封孔时间，从而有效的提高施工效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种适用于高温氮气注入煤层钻孔的密封方法，该方法的具体步骤为：
A、在首根PE管内部固定至少一组橡胶固定装置，所述每组橡胶固定装置由两个对称设置的橡胶固定块组成，两个橡胶固定块之间的间隙呈喇叭形，在PE管两端分别开设有相互匹配的内螺纹和外螺纹，然后将两端均开设有外螺纹的铁管插入首根PE管内并穿过橡胶固定装置进行固定；
B、在铁管两端的外螺纹处缠绕生胶带，采用管箍将该铁管与相邻铁管紧固连接，然后将第二根PE管通过内外螺纹与首根PE管紧密连接，形成双层管结构；
C、将已连接的双层管结构送入钻孔中，并在孔外重复步骤B后送入钻孔，持续连接多根PE管和铁管；
D、在末根PE管到达封孔设计深度范围时，末根PE管内设置变径铁管且变径铁管的外管壁与末根PE管的内壁通过螺纹紧固连接，变径铁管直径较小的端口与前一根PE管内的铁管通过管箍连接，变径铁管直径较大的端口伸出钻孔外部；
E、在首根PE管外壁中间位置设有PE管挡板Ⅰ，在末根PE管的端口处设有PE管挡板Ⅱ，PE管挡板Ⅰ和PE管挡板Ⅱ的外缘均与钻孔壁接触，通过注水泥浆管向PE管挡板Ⅰ、PE管挡板Ⅱ、PE管外壁和钻孔壁形成的空间内注入水泥浆，完成初步封孔；
F、将铁盖通过铆钉固定在钻孔外部的煤壁上，通过注粘结材料管向PE管挡板Ⅱ、末根PE管外壁、铁盖和钻孔壁形成的空间注入粘结材料，完成钻孔密封过程。
进一步，所述PE管与铁管的长度相同。
进一步，所述两个橡胶固定块之间的最小间隙为10～15mm。
进一步，所述铁盖中间设有与PE管等径的圆孔和用于注水泥浆和粘结材料的通孔，铁盖的外圆周直径为1～2m。
进一步，所述铁管直径为PE管直径的四分之一。
与现有技术相比，本发明采用PE管和铁管组成的双层管结构的方式，PE管之间的连接及铁管之间的连接均为螺纹连接，这样可便于安装；由于铁管处于PE管内，并通过橡胶固定装置进行固定，因此铁管并不与PE管直接接触，在通过变径铁管及铁管向钻孔内注入高温氮气时，由于橡胶传热慢及PE管和铁管之间的空间较大，因此高温氮气的温度无法通过铁管直接传递给PE管及钻孔壁，从而保证了对PE管及钻孔壁的隔热效果，避免了由于传导热量使PE管发生变形，导致钻孔漏气的情况发生。同时对钻孔附近漏气严重的煤壁用粘结材料进行了封堵，确保了钻孔内的密闭性使其具有更好的蓄压环境，满足了高温氮气的传输和氮气蓄压后压裂的需要。此外使用后的铁管在完成钻孔注氮气工作后还能回收重复利用，因此可节约成本，并且不影响后期的机械化采煤。本发明能广泛适合井下各种注高温氮气煤层钻孔的密封。
附图说明
图1是本发明的位置布设示意图。
图中：1、PE管挡板Ⅰ；2、橡胶固定装置；3、首根PE管；4、铁管；5、管箍；6、水泥浆；7、PE管挡板Ⅱ；8、粘结材料；9、变径铁管；10、注粘结材料管；11、注水泥浆管；12、铁盖；13铆钉。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示，在煤层中部布置注高温氮气钻孔，钻孔直径89mm；然后采用本发明的具体步骤为：
A、在首根PE管3内部固定一组橡胶固定装置2，所述每组橡胶固定装置2由两个对称设置的橡胶固定块组成，两个橡胶固定块之间的间隙呈喇叭形，且最小间隙为14mm，在PE管两端分别开设有相互匹配的内螺纹和外螺纹，然后将两端均开设有外螺纹的铁管4插入首根PE管3内并穿过橡胶固定装置2进行固定；所述采用的PE管为外径60mm、长度4m；铁管4为外径15mm、长度4m。
B、在铁管4两端的外螺纹处缠绕生胶带，采用管箍5将该铁管4与相邻铁管紧固连接，然后将第二根PE管通过内外螺纹与首根PE管3紧密连接，形成双层管结构；
C、将已连接的双层管结构送入钻孔中，并在孔外重复步骤B后送入钻孔，持续连接多根PE管和铁管；分别连接5根PE管和4根铁管，总长度为20m；
D、在末根PE管到达封孔设计深度范围时，末根PE管内设置变径铁管9且变径铁管9的外管壁与末根PE管的内壁通过螺纹紧固连接，变径铁管9直径较小的端口与前一根PE管内的铁管4通过管箍5连接，变径铁管9直径较大的端口伸出钻孔外部；
E、在首根PE管外壁中间位置设有PE管挡板Ⅰ1，在末根PE管的端口处设有PE管挡板Ⅱ7，PE管挡板Ⅰ1和PE管挡板Ⅱ7的外缘均与钻孔壁接触，通过注水泥浆管11向PE管挡板Ⅰ1、PE管挡板Ⅱ7、PE管外壁和钻孔壁形成的空间内注入水泥浆，完成初步封孔；
F、将铁盖12通过铆钉13固定在钻孔外部的煤壁上，所述铁盖12中间设有与PE管等径的圆孔和用于注水泥浆和粘结材料的通孔，铁盖12的外圆周直径为2m；通过注粘结材料管10向PE管挡板Ⅱ7、末根PE管外壁、铁盖12和钻孔壁形成的空间注入粘结材料8(采用的粘结材料为发泡倍数为5-6倍的聚氨酯封孔材料)，这样可对钻孔附近漏气严重的煤壁进行有效的封堵，从而完成钻孔密封过程。需要注入高温氮气时，高温氮气通过变径铁管9及铁管4注入钻孔内部，由于铁管4与PE管并不直接接触，因此铁管4的温度不会直接传递给PE管，从而起到对PE管隔热保护的作用。
Claims (5)
1.一种适用于高温氮气注入煤层钻孔的密封方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
A、在首根PE管内部固定至少一组橡胶固定装置，所述每组橡胶固定装置由两个对称设置的橡胶固定块组成，两个橡胶固定块之间的间隙呈喇叭形，在PE管两端分别开设有相互匹配的内螺纹和外螺纹，然后将两端均开设有外螺纹的铁管插入首根PE管内并穿过橡胶固定装置进行固定；
B、在铁管两端的外螺纹处缠绕生胶带，采用管箍将该铁管与相邻铁管紧固连接，然后将第二根PE管通过内外螺纹与首根PE管紧密连接，形成双层管结构；
C、将已连接的双层管结构送入钻孔中，并在孔外重复步骤B后送入钻孔，持续连接多根PE管和铁管；
D、在末根PE管到达封孔设计深度范围时，末根PE管内设置变径铁管且变径铁管的外管壁与末根PE管的内壁通过螺纹紧固连接，变径铁管直径较小的端口与前一根PE管内的铁管通过管箍连接，变径铁管直径较大的端口伸出钻孔外部；
E、在首根PE管外壁中间位置设有PE管挡板Ⅰ，在末根PE管的端口处设有PE管挡板Ⅱ，PE管挡板Ⅰ和PE管挡板Ⅱ的外缘均与钻孔壁接触，通过注水泥浆管向PE管挡板Ⅰ、PE管挡板Ⅱ、PE管外壁和钻孔壁形成的空间内注入水泥浆，完成初步封孔；
F、将铁盖通过铆钉固定在钻孔外部的煤壁上，通过注粘结材料管向PE管挡板Ⅱ、末根PE管外壁、铁盖和钻孔壁形成的空间注入粘结材料，完成钻孔密封过程。
2.根据权利要求1所述的一种适用于高温氮气注入煤层钻孔的密封方法，其特征在于，所述PE管与铁管的长度相同。
3.根据权利要求1所述的一种适用于高温氮气注入煤层钻孔的密封方法，其特征在于，所述两个橡胶固定块之间的最小间隙为10～15mm。
4.根据权利要求1所述的一种适用于高温氮气注入煤层钻孔的密封方法，其特征在于，所述铁盖中间设有与PE管等径的圆孔和用于注水泥浆和粘结材料的通孔，铁盖的外圆周直径为1～2m。
5.根据权利要求1所述的一种适用于高温氮气注入煤层钻孔的密封方法，其特征在于，所述铁管直径为PE管直径的四分之一。
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Application publication date: 20181130 Assignee: XUZHOU XINNANHU TECHNOLOGY Co.,Ltd. Assignor: XUZHOU University OF TECHNOLOGY Contract record no.: X2023320000185 Denomination of invention: A sealing method suitable for high-temperature nitrogen injection into coal seam drilling holes Granted publication date: 20201013 License type: Common License Record date: 20230731 |