CN109372488B - 煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法 - Google Patents
煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109372488B CN109372488B CN201811093252.8A CN201811093252A CN109372488B CN 109372488 B CN109372488 B CN 109372488B CN 201811093252 A CN201811093252 A CN 201811093252A CN 109372488 B CN109372488 B CN 109372488B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- proppant
- mixing
- sand
- bin
- fracturing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000011049 filling Methods 0.000 title claims abstract description 121
- 239000003245 coal Substances 0.000 title claims abstract description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 251
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 44
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 35
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 193
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 68
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 54
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 27
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 26
- 238000005553 drilling Methods 0.000 claims description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 241001282160 Percopsis transmontana Species 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 5
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 4
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
- E21B43/00—Methods or apparatus for obtaining oil, gas, water, soluble or meltable materials or a slurry of minerals from wells
- E21B43/25—Methods for stimulating production
- E21B43/26—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures
- E21B43/267—Methods for stimulating production by forming crevices or fractures reinforcing fractures by propping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Geology (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
一种煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法，包含并联的至少两个支撑剂混合加注系统、高压泵组和远程监控系统操作台，所述至少两个支撑剂混合加注系统连接至高压泵组和远程监控系统操作台从而接收高压的压裂液、控制信号并提供监测信号，所述至少两个支撑剂混合加注系统连接至水力压裂钻孔作业煤层的压裂钻孔，所述至少两个支撑剂混合加注系统可包含第一支撑剂混合加注系统和第二支撑剂混合加注系统；本发明解决远程控制、高压侧支撑剂自主加入、自动混合、压裂过程支撑剂连续加注等问题，实现煤矿井下远程可控连续加注支撑剂水力压裂。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下煤、岩层钻孔水力压裂的技术领域，尤其涉及一种煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法。
背景技术
我国多数煤层碎软、低渗、瓦斯含量高，难抽采。水力压裂做为一种储层增透、强化抽采措施，以其压裂范围大、增透效果显著等优点得到了的广泛关注和规模化应用。现有煤矿井下水力压裂主要是采用高压泵将高压水注入煤层(或岩层)，在煤层(或岩层)内部产生大于自身破裂压力的张应力，在薄弱的地方开始破损，裂缝延伸，改善储层渗透性(或形成新的渗流通道)，提高抽采效率。但在地层应力的作用下，压裂形成的裂隙通道，在压裂后会发生闭合，甚至完全压实，影响增透效果，尤其是随着煤矿开采深度的增加，地层应力增加，该现象更为明显。在压裂过程中加注支撑剂是克服压裂裂缝闭合的有效措施，但是由于当前煤矿井下采用的压裂泵工作介质只能是清水，还无法实现加注支撑剂压裂。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法，解决远程控制、高压侧支撑剂自主加入、自动混合、压裂过程支撑剂连续加注等问题，实现煤矿井下远程可控连续加注支撑剂水力压裂。
为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置，包含并联的至少两个支撑剂混合加注系统、高压泵组和远程监控系统操作台，所述至少两个支撑剂混合加注系统连接至高压泵组和远程监控系统操作台从而接收高压的压裂液、控制信号并提供监测信号，所述至少两个支撑剂混合加注系统连接至水力压裂钻孔作业煤层的压裂钻孔，所述至少两个支撑剂混合加注系统可包含第一支撑剂混合加注系统和第二支撑剂混合加注系统，其特征在于：
第一支撑剂混合加注系统和第二支撑剂混合加注系统包含支撑剂加注器、摆动式混砂仓、携砂注入仓、架台和驱动电机，所述摆动式混砂仓可旋转的设置于架台上，所述驱动电机固定于架台且通过仓外曲轴与摆动式混砂仓连接从而为摆动式混砂仓提供摆动的外动力，所述支撑剂加注器设置于摆动式混砂仓上以提供支撑剂的加注操作，所述携砂注入仓连接于摆动式混砂仓的下部以接收混合后加注液体。
其中：所述支撑剂加注器至少包括支撑剂储仓和放砂装置，所述摆动式混砂仓包括混砂仓室，所述支撑剂储仓的上端设有填砂口，所述混砂仓室下端连接于混砂仓室的进砂口且设有连通于进砂口的下开口，所述放砂装置位于支撑剂储仓的下开口内以控制与进砂口的连通，所述混砂仓室的上端还设有进液口，所述混砂仓室的下端设有多个出液口，各出液口设有第二高压截流阀，所述携砂注入仓设有仓体，所述仓体的上端设有多个对应所述出液口的携砂液进口，所述仓体的一端设有进水口，另一端设有携砂出水口。
其中：所述支撑剂储仓设有第一电磁动力阀，所述第一电磁动力阀通过连杆组连接至放砂装置以控制放砂装置对下开口与进砂口的连通开度，进而控制压裂支撑剂加注入混砂仓室的规模，所述进砂口设有第一高压截流阀和第二电磁动力阀，所述第一高压截流阀位于进砂口内，所述第二电磁动力阀连接至第一高压截流阀以控制其开关，实现混砂仓室的进砂口的高压密封。
其中：所述进液口设有卸压阀和第一高压电磁阀，所述混砂仓室还设有第三电磁动力阀，所述第三电磁动力阀连接至各第二高压截流阀以实现各出液口的高压截流，且所述混砂仓室内还设有仓内混砂滚轴以提供充分混合作用。
其中：所述携砂出水口设有一单向阀，所述进水口设有第二高压电磁阀。
其中：所述驱动电机为防爆电机，其输出轴偏心设置且连接至仓外曲轴的一端，所述仓外曲轴的另一端连接至混砂仓室的一侧。
其中：所述第一支撑剂混合加注系统的进液口和进水口通过第一高压进水管路连通至高压泵组，所述第二支撑剂混合加注系统的进液口和进水口通过第二高压进水管路连通至高压泵组，所述第一支撑剂混合加注系统的携砂出水口通过第一出水管路连通至水力压裂钻孔作业煤层的压裂钻孔，所述第二支撑剂混合加注系统的携砂出水口通过第二出水管路连通至水力压裂钻孔作业煤层的压裂钻孔，所述第一支撑剂混合加注系统通过第一控制信号通路和第一监测信号通路连通至远程监控系统操作台，所述第二支撑剂混合加注系统通过第二控制信号通路和第二监测信号通路连通至远程监控系统操作台。
还公开了一种煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置的加注方法，其特征在于所述加注方法包含如下步骤：
步骤一：根据压裂工程设计，确定需要并联的支撑剂混合加注系统数量，关闭每套系统中支撑剂加注器后连接至高压泵组、远程监控系统操作台和水力压裂钻孔作业煤层，关闭每套系统中支撑剂加注器，并在常压状态下添加支撑剂；
步骤二：关闭每套支撑剂混合加注系统中的摆动式混砂仓，打开支撑剂加注器向摆动式混砂仓内注入支撑剂，向摆动式混砂仓内注入压裂液，开启驱动电机进行摆动式混砂，使内部支撑剂和压裂液充分混合达到设计混合砂比后，关闭各支撑剂加注器；
步骤三：打开第一支撑剂混合加注系统的携砂注入仓的进水口以向压裂钻孔注水压裂，两套支撑剂混合加注系统的摆动式混砂仓的进液口维持打开，保持系统压力与钻孔注入压裂压力匹配，需要加支撑剂压裂时，首先使用第一支撑剂混合加注系统的摆动式混砂仓，使摆动式混砂仓内混合的支撑剂和压裂液进入携砂注入仓并汇通压裂液注入压裂钻孔；
步骤四：当第一支撑剂混合加注系统注入完成后，打开第二支撑剂混合加注系统的携砂注入仓进水口，通过第二支撑剂混合加注系统摆动式混砂仓，使摆动式混砂仓内混合的支撑剂和压裂液进入携砂注入仓并汇通压裂液注入压裂钻孔，从而在不停止支撑剂压裂的情况下，完成两套系统的转换；
步骤五：如此循环交替使用第一支撑剂混合加注系统和第二支撑剂混合加注系统，直至压裂液和支撑剂的加注量达到设计值。
其中：在步骤四后关闭第一支撑剂混合加注系统的摆动式混砂仓，停止第一支撑剂混合加注系统的驱动电机及摆动式混砂仓，依次关闭摆动式混砂仓和携砂注入仓，使混砂仓室内压力恢复到常压。
其中：在两套系统转换时若还需第一支撑剂混合加注系统接续第二支撑剂混合加注系统进行压裂，则对恢复到常压状态的第一套系统，依次打开第一支撑剂混合加注系统的支撑剂加注器，向摆动式混砂仓注入支撑剂，开启驱动电机进行摆动式混砂，使混砂仓室内的支撑剂和压裂液充分混合并达到设计混合砂比后，再依次关闭支撑剂加注器，打开摆动式混砂仓，使系统压力与钻孔注入压裂压力匹配，完成准备后重新进入待用状态。
通过上述结构可知，本发明的煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法具有如下效果：
1、通过混砂仓室的摆动实现了支撑剂和压裂液的混合，实现了在煤矿钻孔压裂的高压状态下进行支撑剂和压裂液的混合加注。
2、配合注入压裂液的计量监测，通过远程操作电磁动力阀控制支撑剂加注器放砂装置和高压截流阀，可远程调控支撑剂的加注量，实现了压裂支撑剂混和比例的有效控制。
3、设置了多套支撑剂混合加注系统并联，通过各套系统填加支撑剂、压裂液混合和压裂作业多工序的交替式工作，始终保持一套系统处于压裂作业的工作状态，实现了不间断填加支撑剂压裂。
4、在每套支撑剂混合加注系统中设置了两路高压供水管路，一路用于给摆动式混砂仓供液，混合填加支撑剂，同时平衡压力，另一路给携砂注入仓供液，混合携带支撑剂注入压裂钻孔，实现了大排量携支撑剂注入压裂。
5.利用电磁动力阀控制支撑剂加注器放砂装置和高压截流阀，利用高压电磁阀控制高压供水，通过与流量监控系统的配合，实现定时、定量填加支撑剂，通过控制多套并联系统的交替作业，实现了自动、连续、定量的填加支撑剂压裂施工，整个过程人员远离高压作业现场，保证了填加支撑剂压裂的施工效果和施工安全性。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的支撑剂混合加注系统的结构示意图。
图2显示了本发明的支撑剂混合加注系统的侧视图。
图3显示了本发明的支撑剂加注器的结构示意图。
图4为本发明的煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置的整体系统连接示意图。
附图标记：
1.架台，2.单向阀，3.仓内混砂滚轴，4.第三电磁动力阀，5.混砂仓室，6.进砂口，7.第二电磁动力阀，8.第一高压截流阀，9.支撑剂储仓，10.第一电磁动力阀，11.第一高压电磁阀，12.角支架，13.卸压阀，14.进液口，15.仓外曲轴，16.第二高压电磁阀，17.进水口，18.驱动电机，19.第二高压截流阀，20.仓体，21.携砂出水口，22.出液口，23.携砂液进口，24.放砂装置，25.支填砂口，26.架台轴承。
G.高压泵组；A.第一支撑剂混合加注系统，B.第二支撑剂混合加注系统，A1.第一流量计，A2.第一压力表，A3.第二压力表，B1.第二流量计，B2.第三压力表，B3.第四压力表，gA.第一高压进水管路，gB.第二高压进水管路，xA.第一出水管路，xB.第二出水管路，JK.远程监控系统操作台，kA.第一控制信号通路，kB.第二控制信号通路，jA.第一监测信号通路，jB.第二监测信号通路；W.水力压裂钻孔作业煤层，w1.压裂钻孔，w2.压裂缝，w3.钻孔封堵。
具体实施方式
参见图1至图4，显示了本发明的煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法。
所述煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置包含至少一支撑剂混合加注系统，所述支撑剂混合加注系统由支撑剂加注器、摆动式混砂仓、携砂注入仓、架台1和驱动电机18组成，所述摆动式混砂仓通过架台轴承26可旋转的设置于架台1上，利用架台轴承26摆动式混砂仓可相对架台1摆动，所述驱动电机18固定于架台1且通过仓外曲轴15与摆动式混砂仓连接，为摆动式混砂仓提供摆动的外动力，所述支撑剂加注器设置于摆动式混砂仓上以提供支撑剂的加注操作，所述携砂注入仓连接于摆动式混砂仓的下部以接收混合后加注液体，所述支撑剂混合加注系统还包含高压电磁阀和电磁动力阀以提供各部件的操作。
其中，所述支撑剂加注器至少包括支撑剂储仓9和放砂装置24，所述摆动式混砂仓可包括混砂仓室5和仓内混砂滚轴3，所述支撑剂储仓9的上端设有填砂口25，由此，支撑剂储仓9用于储存压裂支撑剂，通过填砂口25与外部相通来给支撑剂储仓9填入压裂支撑剂，所述混砂仓室5下端的一侧通过一角支架12固定于混砂仓室5的上端，另一侧连接于混砂仓室5的进砂口6且设有连通于进砂口6的下开口，所述放砂装置24位于支撑剂储仓9的下开口内以控制与进砂口6的连通，从而支撑剂储仓9通过进砂口6和角支架12固定在摆动式混砂仓上，其中，所述角支架12为图1和图2所示的下大上小的方锥形设置，以提供稳固的支撑，且优选的如图3所示，所述支撑剂储仓9倾斜设置，位于角支架12的一侧高于连接进砂口6的一端，且填砂口25与角支架12同侧，从而便于支撑剂的流动，其中，所述支撑剂储仓9设有第一电磁动力阀10，所述第一电磁动力阀10通过连杆组连接至放砂装置24以控制放砂装置24对下开口与进砂口6的连通开度，进而控制压裂支撑剂加注入混砂仓室5的规模，所述进砂口6设有第一高压截流阀8和第二电磁动力阀7，所述第一高压截流阀8位于进砂口6内，所述第二电磁动力阀7连接至第一高压截流阀8以控制其开关，实现混砂仓室5的进砂口6的高压密封。
所述混砂仓室5的上端还设有进液口14，所述进液口14设有卸压阀13和第一高压电磁阀11，所述混砂仓室5的下端设有多个出液口22，各出液口设有第二高压截流阀19，所述混砂仓室5还设有第三电磁动力阀4，所述第三电磁动力阀4连接至各第二高压截流阀19以实现各出液口22的高压截流，且所述混砂仓室5内还设有仓内混砂滚轴3，以提供充分混合作用。
所述携砂注入仓设有仓体20，所述仓体20的上端设有多个对应所述出液口22的携砂液进口23，所述仓体20的一端设有进水口17，另一端设有携砂出水口21，所述携砂出水口21设有一单向阀2，所述进水口17设有第二高压电磁阀16。
其中，所述驱动电机18为防爆电机，其输出轴偏心设置且连接至仓外曲轴15的一端，所述仓外曲轴15的另一端连接至混砂仓室5偏置于架台轴承26的一侧，从而驱动电机18旋转时能实现混砂仓室5相对架台1的摆动，提供动力可摆动混和支撑剂和压裂液。
其中，所述进液口14与高压供水相通，由第一高压电磁阀11控制密闭；可通过远控控制卸压阀13对混砂仓室进行安全卸压；出液口22与携砂注入仓的携砂液进口23相通，由第三电磁动力阀4控制的第二高压截流阀19控制密闭；仓内混砂滚轴3在混砂仓室摆动混砂过程中，对仓内支撑剂和压裂液进一步搅拌混合。进砂口6进入的支撑剂和进液口14进入的压裂液在混砂仓室5内混合，由出液口22经第二高压截流阀19和携砂液进口23进入携砂注入仓的仓体20。
所述携砂注入仓仓体20，有携砂液进口23与混砂仓室5的出液口22相通，由第二高压截流阀19控制开关；有进水口17与高压供水相通，由第二高压电磁阀16控制开关；有携砂出水口21与压裂钻孔管路相通，由单向阀2控制只出不进。由携砂液进口23进入仓体20的支撑剂和压裂液混合液，与由进水口17进入的压裂液进一步混合，并由其携带通过携砂出水口21进入压裂钻孔管路。
参见图4，显示了本发明中煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置的整体系统连接，其包含并联的至少两个支撑剂混合加注系统、提供高压压裂液的高压泵组G、提供控制信号并进行检测的远程监控系统操作台JK，所述至少两个支撑剂混合加注系统连接至高压泵组和远程监控系统操作台JK，从而接收高压的压裂液、控制信号并提供监测信号，所述至少两个支撑剂混合加注系统连接至水力压裂钻孔作业煤层W的压裂钻孔w1来提供高压的注入液体，所述至少两个支撑剂混合加注系统可包含第一支撑剂混合加注系统A和第二支撑剂混合加注系统B。
其中，具体的连接结构如图4所示，所述第一支撑剂混合加注系统A的进液口和进水口通过第一高压进水管路gA连通至高压泵组G，所述第二支撑剂混合加注系统B的进液口和进水口通过第二高压进水管路gB连通至高压泵组G，且第一高压进水管路gA可设有第一流量计A1、第一压力表A2和第二压力表A3(参见图4)中的准确设置，所述第二高压进水管路gB设有第二流量计B1、第三压力表B2和第四压力表B3(参见图4中的准确设置)，所述第一支撑剂混合加注系统A的携砂出水口21通过第一出水管路xA连通至水力压裂钻孔作业煤层W的压裂钻孔w1，所述第二支撑剂混合加注系统B的携砂出水口21通过第二出水管路xB连通至水力压裂钻孔作业煤层W的压裂钻孔w1，所述第一支撑剂混合加注系统A通过第一控制信号通路kA和第一监测信号通路jA连通至远程监控系统操作台JK，所述第二支撑剂混合加注系统B通过第二控制信号通路kB和第二监测信号通路jB连通至远程监控系统操作台JK。
其中，所述水力压裂钻孔作业煤层W内的压裂钻孔w1具有多个压裂缝w2，且压裂钻孔w1设有钻孔封堵w3。
本发明还涉及上述煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置的加注方法，所述加注方法包含如下步骤：
步骤一：根据压裂工程设计，确定需要并联的支撑剂混合加注系统数量，关闭每套系统中支撑剂加注器后连接至高压泵组、远程监控系统操作台和水力压裂钻孔作业煤层，关闭每套系统中支撑剂加注器即关闭各支撑剂加注器的高压截流阀8和放砂装置24，并在常压状态下，通过填砂口25为每套系统中添加支撑剂，即向各支撑剂加注器的支撑剂储仓9填加支撑剂，然后关闭支撑剂加注器填砂口25，连接时通过高压进水管路、高压出水管路、控制信号通路和监测信号通路等进行整体系统的连接。
步骤二：关闭每套支撑剂混合加注系统中摆动式混砂仓，打开支撑剂加注器向摆动式混砂仓内注入支撑剂，向摆动式混砂仓内注入压裂液，开启驱动电机18进行摆动式混砂，使内部支撑剂和压裂液充分混合达到设计混合砂比后，关闭各支撑剂加注器，具体而言的是：关闭每套支撑剂混合加注系统中摆动式混砂仓的高压截流阀19，依次打开支撑剂加注器的高压截流阀8和放砂装置24，向摆动式混砂仓的混砂仓室5内注入支撑剂；打开摆动式混砂仓进液口14的高压电磁阀11，向摆动式混砂仓的混砂仓室5内注入压裂液；然后开启驱动电机18，进行摆动式混砂，使混砂仓室5内的支撑剂和压裂液充分混合；达到设计混合砂比后，依次关闭支撑剂加注器的放砂装置24和高压截流阀8。
步骤三：打开第一支撑剂混合加注系统的携砂注入仓的进水口以向压裂钻孔w1注水压裂，两套支撑剂混合加注系统的摆动式混砂仓的进液口14维持打开，保持系统压力与钻孔注入压裂压力匹配，需要加支撑剂压裂时，首先使用第一支撑剂混合加注系统，通过远程控制第一支撑剂混合加注系统的摆动式混砂仓，使摆动式混砂仓内混合的支撑剂和压裂液进入携砂注入仓20并汇通压裂液注入压裂钻孔w1。
具体而言的是，打开第一支撑剂混合加注系统的携砂注入仓进水口17的第二高压电磁阀16，向压裂钻孔w1注水压裂；通过控制两套支撑剂混合加注系统的第一高压电磁阀11，使两套支撑剂混合加注系统的的摆动式混砂仓进液口14维持打开，保持系统压力与钻孔注入压裂压力匹配；需要加支撑剂压裂时，首先使用第一支撑剂混合加注系统，通过远程控制第一支撑剂混合加注系统的第三电磁动力阀4依次打开第二高压截流阀19，使支撑剂压裂液进入携砂注入仓20，携支撑剂压裂液注入压裂钻孔。
步骤四：当第一支撑剂混合加注系统注入完成后，打开第二支撑剂混合加注系统的携砂注入仓的进水口17，通过第二支撑剂混合加注系统摆动式混砂仓，使摆动式混砂仓内混合的支撑剂和压裂液进入携砂注入仓并汇通压裂液注入压裂钻孔，通过第二支撑剂混合加注系统的第三电磁动力阀4依次打开第二高压截流阀19，使第二支撑剂混合加注系统的支撑剂压裂液注入压裂钻孔，在不停止支撑剂压裂的情况下，完成两套系统的转换。
步骤五：如此循环交替使用第一支撑剂混合加注系统和第二支撑剂混合加注系统，直至压裂液和支撑剂的加注量达到设计值。
其中，在两套系统转换后可根据需要分别进行如下子步骤：
可关闭第一支撑剂混合加注系统的摆动式混砂仓的进液口14的第一高压电磁阀11，停止第一支撑剂混合加注系统的驱动电机18及摆动式混砂仓的，依次关闭摆动式混砂仓、携砂注入仓的进水口17，然后打开摆动式混砂仓的卸压阀13，使混砂仓室内压力恢复到常压。
在两套系统转换时若第二支撑剂混合加注系统进行加注时不需要再进行第一支撑剂混合加注系统的继续加注，停止第一套作业。
若还需第一支撑剂混合加注系统接续第二支撑剂混合加注系统进行压裂，则对恢复到常压状态的第一套系统，依次打开第一支撑剂混合加注系统的支撑剂加注器的高压截流阀8和放砂装置24，向摆动式混砂仓注入支撑剂，开启驱动电机18进行摆动式混砂，使混砂仓室5内的支撑剂和压裂液充分混合并达到设计混合砂比后，再依次关闭支撑剂加注器，打开摆动式混砂仓的进液口14，使系统压力与钻孔注入压裂压力匹配，完成准备后重新进入待用状态。
本领域技术人员可知的是，在重复第一支撑剂混合加注系统加注时第二支撑剂混合加注系统同样可进行上述准备待用或者恢复到常压的操作。
由此可见，本发明的优点在于：
1、通过混砂仓室的摆动实现了支撑剂和压裂液的混合，实现了在煤矿钻孔压裂的高压状态下进行支撑剂和压裂液的混合加注。
2、配合注入压裂液的计量监测，通过远程操作电磁动力阀控制支撑剂加注器放砂装置和高压截流阀，可远程调控支撑剂的加注量，实现了压裂支撑剂混和比例的有效控制。
3、设置了多套支撑剂混合加注系统并联，通过各套系统填加支撑剂、压裂液混合和压裂作业多工序的交替式工作，始终保持一套系统处于压裂作业的工作状态，实现了不间断填加支撑剂压裂。
4、在每套支撑剂混合加注系统中设置了两路高压供水管路，一路用于给摆动式混砂仓供液，混合填加支撑剂，同时平衡压力，另一路给携砂注入仓供液，混合携带支撑剂注入压裂钻孔，实现了大排量携支撑剂注入压裂。
5.利用电磁动力阀控制支撑剂加注器放砂装置和高压截流阀，利用高压电磁阀控制高压供水，通过与流量监控系统的配合，实现定时、定量填加支撑剂，通过控制多套并联系统的交替作业，实现了自动、连续、定量的填加支撑剂压裂施工，整个过程人员远离高压作业现场，保证了填加支撑剂压裂的施工效果和施工安全性。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (9)
1.一种煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置，包含并联的至少两个支撑剂混合加注系统、高压泵组和远程监控系统操作台，所述至少两个支撑剂混合加注系统连接至高压泵组和远程监控系统操作台从而接收高压的压裂液、控制信号并提供监测信号，所述至少两个支撑剂混合加注系统连接至水力压裂钻孔作业煤层的压裂钻孔，所述至少两个支撑剂混合加注系统包含第一支撑剂混合加注系统和第二支撑剂混合加注系统，其特征在于：
第一支撑剂混合加注系统和第二支撑剂混合加注系统均包含支撑剂加注器、摆动式混砂仓、携砂注入仓、架台和驱动电机，所述摆动式混砂仓可旋转的设置于架台上，所述驱动电机固定于架台且通过仓外曲轴与摆动式混砂仓连接从而为摆动式混砂仓提供摆动的外动力，所述支撑剂加注器设置于摆动式混砂仓上以提供支撑剂的加注操作，所述携砂注入仓连接于摆动式混砂仓的下部以接收混合后加注液体；
所述支撑剂加注器至少包括支撑剂储仓和放砂装置，所述摆动式混砂仓包括混砂仓室，所述支撑剂储仓的上端设有填砂口，所述混砂仓室下端连接于混砂仓室的进砂口且设有连通于进砂口的下开口，所述放砂装置位于支撑剂储仓的下开口内以控制与进砂口的连通，所述混砂仓室的上端还设有进液口，所述混砂仓室的下端设有多个出液口，各出液口设有第二高压截流阀，所述携砂注入仓设有仓体，所述仓体的上端设有多个对应所述出液口的携砂液进口，所述仓体的一端设有进水口，另一端设有携砂出水口；
所述第一支撑剂混合加注系统的进液口和进水口通过第一高压进水管路连通至高压泵组，所述第二支撑剂混合加注系统的进液口和进水口通过第二高压进水管路连通至高压泵组，所述第一支撑剂混合加注系统的携砂出水口通过第一出水管路连通至水力压裂钻孔作业煤层的压裂钻孔，所述第二支撑剂混合加注系统的携砂出水口通过第二出水管路连通至水力压裂钻孔作业煤层的压裂钻孔。
2.如权利要求1所述的煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置，其特征在于：所述支撑剂储仓设有第一电磁动力阀，所述第一电磁动力阀通过连杆组连接至放砂装置以控制放砂装置对下开口与进砂口的连通开度，进而控制压裂支撑剂加注入混砂仓室的规模，所述进砂口设有第一高压截流阀和第二电磁动力阀，所述第一高压截流阀位于进砂口内，所述第二电磁动力阀连接至第一高压截流阀以控制其开关，实现混砂仓室的进砂口的高压密封。
3.如权利要求1所述的煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置，其特征在于：所述进液口设有卸压阀和第一高压电磁阀，所述混砂仓室还设有第三电磁动力阀，所述第三电磁动力阀连接至各第二高压截流阀以实现各出液口的高压截流，且所述混砂仓室内还设有仓内混砂滚轴以提供充分混合作用。
4.如权利要求1所述的煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置，其特征在于：所述携砂出水口设有一单向阀，所述进水口设有第二高压电磁阀。
5.如权利要求1所述的煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置，其特征在于：所述驱动电机为防爆电机，其输出轴偏心设置且连接至仓外曲轴的一端，所述仓外曲轴的另一端连接至混砂仓室的一侧。
6.如权利要求1所述的煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置，其特征在于：所述第一支撑剂混合加注系统通过第一控制信号通路和第一监测信号通路连通至远程监控系统操作台，所述第二支撑剂混合加注系统通过第二控制信号通路和第二监测信号通路连通至远程监控系统操作台。
7.一种如权利要求1-6中任一所述的煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置的加注方法，其特征在于所述加注方法包含如下步骤：
步骤一：根据压裂工程设计，确定需要并联的支撑剂混合加注系统数量，关闭每套系统中支撑剂加注器后连接至高压泵组、远程监控系统操作台和水力压裂钻孔作业煤层，关闭每套系统中支撑剂加注器，并在常压状态下添加支撑剂；
步骤二：关闭每套支撑剂混合加注系统中的摆动式混砂仓，打开支撑剂加注器向摆动式混砂仓内注入支撑剂，向摆动式混砂仓内注入压裂液，开启驱动电机进行摆动式混砂，使内部支撑剂和压裂液充分混合达到设计混合砂比后，关闭各支撑剂加注器；
步骤三：打开第一支撑剂混合加注系统的携砂注入仓的进水口以向压裂钻孔注水压裂，两套支撑剂混合加注系统的摆动式混砂仓的进液口维持打开，保持系统压力与钻孔注入压裂压力匹配，需要加支撑剂压裂时，首先使用第一支撑剂混合加注系统的摆动式混砂仓，使摆动式混砂仓内混合的支撑剂和压裂液进入携砂注入仓并汇通压裂液注入压裂钻孔；
步骤四：当第一支撑剂混合加注系统注入完成后，打开第二支撑剂混合加注系统的携砂注入仓进水口，通过第二支撑剂混合加注系统摆动式混砂仓，使摆动式混砂仓内混合的支撑剂和压裂液进入携砂注入仓并汇通压裂液注入压裂钻孔，从而在不停止支撑剂压裂的情况下，完成两套系统的转换；
步骤五：如此循环交替使用第一支撑剂混合加注系统和第二支撑剂混合加注系统，直至压裂液和支撑剂的加注量达到设计值。
8.如权利要求7所述的加注方法，其特征在于：在步骤四后关闭第一支撑剂混合加注系统的摆动式混砂仓，停止第一支撑剂混合加注系统的驱动电机及摆动式混砂仓，依次关闭摆动式混砂仓和携砂注入仓，使混砂仓室内压力恢复到常压。
9.如权利要求8所述的加注方法，其特征在于：在两套系统转换时若还需第一支撑剂混合加注系统接续第二支撑剂混合加注系统进行压裂，则对恢复到常压状态的第一套系统，依次打开第一支撑剂混合加注系统的支撑剂加注器，向摆动式混砂仓注入支撑剂，开启驱动电机进行摆动式混砂，使混砂仓室内的支撑剂和压裂液充分混合并达到设计混合砂比后，再依次关闭支撑剂加注器，打开摆动式混砂仓，使系统压力与钻孔注入压裂压力匹配，完成准备后重新进入待用状态。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811093252.8A CN109372488B (zh) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | 煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811093252.8A CN109372488B (zh) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | 煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109372488A CN109372488A (zh) | 2019-02-22 |
| CN109372488B true CN109372488B (zh) | 2021-01-19 |
Family
ID=65405604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811093252.8A Active CN109372488B (zh) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | 煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109372488B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112253075B (zh) * | 2020-10-12 | 2023-01-10 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种煤矿水力压裂气控多路并联加砂系统及使用方法 |
| CN113431548A (zh) * | 2021-08-09 | 2021-09-24 | 杨平英 | 一种石油开采用具有防溢出功能的支撑剂多级投放装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2508953A1 (en) * | 2005-06-01 | 2006-12-01 | Frac Source Inc. | High-pressure injection proppant system |
| CN105041286B (zh) * | 2015-06-26 | 2017-11-28 | 中国石油大学(华东) | 一种实现高导流能力的通道压裂混砂车及应用 |
| CN105239986B (zh) * | 2015-10-29 | 2018-02-27 | 东营石大海润石油科技发展有限公司 | 一种脉冲加砂压裂中间顶替液的泵注装置及工作方法 |
| CN206435718U (zh) * | 2017-01-24 | 2017-08-25 | 浙江前进暖通科技股份有限公司 | 一种覆膜砂均匀混合摆动装置 |
| CN207004503U (zh) * | 2017-08-02 | 2018-02-13 | 湖北中油科昊机械制造有限公司 | 一种用于油田压裂的旋转加砂式带压混砂装置 |
| CN108397180A (zh) * | 2018-04-02 | 2018-08-14 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 煤矿井下水力压裂高压密封连续加骨料系统及方法 |
-
2018
- 2018-09-19 CN CN201811093252.8A patent/CN109372488B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109372488A (zh) | 2019-02-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105239965B (zh) | 盐穴储气库注气排卤方法 | |
| CN109736767B (zh) | 一种超临界二氧化碳压裂增产工艺 | |
| WO2019228041A1 (zh) | 一种地面钻孔至煤层破碎顶板注浆加固的方法及注浆装置 | |
| WO2023227051A1 (zh) | 矿井下压裂及注支撑剂一体化装置及施工方法 | |
| CN109339736A (zh) | 一种瓦斯抽采钻孔固液两相封孔装置及工艺 | |
| CN113250670B (zh) | 单孔多段同步控制压裂煤体增透系统及方法 | |
| CN102434124A (zh) | 一种钻井用逐次复合法堵漏方法 | |
| CN105114030A (zh) | 一种瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液封孔方法 | |
| CN106321046B (zh) | 一种低透气性煤层井下水砂压裂瓦斯抽采方法 | |
| CN109372488B (zh) | 煤矿水力压裂用摆动式连续加注支撑剂装置及加注方法 | |
| CN111411970B (zh) | 一种富水砂层地质条件下盾构始发施工方法 | |
| CN102200002A (zh) | 上向孔分段高压封孔方法及装置 | |
| CN212130542U (zh) | 一种瓦斯抽采钻孔非凝固恒压浆液囊袋封孔系统 | |
| CN108374567A (zh) | 一种双液单系统气压储能注浆机及注浆工艺 | |
| CN110593841A (zh) | 一种转向压裂用水溶性暂堵剂的在线加注装置和暂堵方法 | |
| CN103306657A (zh) | 一种煤层割缝卸压增透和缝槽保持装置及方法 | |
| CN210530880U (zh) | 一种可移动接力式单双液注浆系统 | |
| CN208918508U (zh) | 一种地面钻孔至煤层破碎顶板注浆加固的注浆装置 | |
| CN108756883A (zh) | 一种煤矿坚硬顶板注浆压裂方法及系统 | |
| CN111140252A (zh) | 一种循环式分层注浆装置 | |
| CN108590621B (zh) | 煤矿井下水力压裂远程连续泵后高压加砂系统及其方法 | |
| CN105178966A (zh) | 矿山立井井筒的破壁注浆堵水工艺 | |
| CN115539007A (zh) | 矿井下压裂及注支撑剂一体化装置及施工方法 | |
| CN105952417A (zh) | 一种强含水层超高水材料孔外加入干骨料的混浆注浆堵水装置 | |
| CN206722881U (zh) | 一种地下矿山巷道注浆止浆墙结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |