CN113107426B - 煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，包括如下步骤：S10，将解卡装置与封隔器连接实施压裂；S20，当封隔器受阻需要解卡时，将低密度球投入压裂管内并通过高压水输送至柱塞球座，实现压裂管路截流；随着高压水持续注入，管内压力升高，低密度球在管内压力作用下使弹簧压缩，推动柱塞球座向孔底方向移动；S30，柱塞球座移动一定行程后，阀体上的出水口打开，高压水在孔壁的约束下向孔底方向流动，冲洗受阻封隔器，同时出水口流出的高压水打击孔壁产生后退力，有助于封隔器移动和起拔，共同实现封隔器清渣、解卡；S40，解卡成功后停止注水，弹簧及柱塞球座恢复至原始位置。本发明解决了孔内压裂封隔器遇阻无法顺利退出的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及水力压裂技术领域，具体涉及一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法。
背景技术
水力压裂技术是煤层瓦斯强化抽采和冲击地压防治的重要手段，随着煤矿井下钻探机具与水力压裂装备的不断发展和进步，井下水力压裂已由传统的穿层钻孔点式压裂转变为长钻孔(孔深＞300m)区域压裂。长钻孔水力压裂通常采取封隔器快速、定点封孔方式实现，且为裸眼压裂，即压裂段不进行套管和水泥固孔。
对于裸眼压裂，由于地层孔隙和裂隙的客观存在，封隔器在压裂实施过程中，受到压差的影响，经常出现封隔效果不佳的现象，表现为孔口淋水和流水，致使高压水携带的煤(岩)屑在封隔器里端沉积。封隔器压力一旦卸除，沉积的煤(岩)屑将迅速流向封隔器与孔壁之间的环空空间。环空内大量聚集的煤(岩)屑大大增加了封隔器与孔壁之间的摩擦力、甚至出现堵塞，直接导致封隔器被卡、造成孔内压裂施工事故，该问题处理难度大、风险高，现有解卡操作极易造成孔内压裂管柱折断，进而导致压裂工程中断和失败，损失较大。压裂封隔器遇阻被卡严重影响井下长钻孔水力压裂技术的推广应用，问题亟待解决。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡装置及方法，实现了孔内压裂遇阻封隔器的紧急解卡处理，且设备简便、操作简单、风险可控，现场应用效果显著。
一方面，本发明提供了一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡装置，包括阀体、柱塞球座、低密度球、下接头和弹簧，所述下接头的一端与所述阀体连接，另一端与封隔器连接，在所述阀体上对应所述柱塞球座位置处开设有多个出水口，多个出水口分布于所述阀体周围，所述出水口向孔底方向倾斜，其角度与所述阀体的中心轴线成一定夹角；所述弹簧位于所述阀体和所述下接头连接的空腔内，所述弹簧一端抵接于所述柱塞球座，另一端抵接于所述下接头。
进一步地，在所述阀体上对应所述柱塞球座中部位置处均匀开设有2-6个出水口，所述出水口角度与所述阀体的中心轴线成30°-60°夹角。
优选地，在所述阀体上对应所述柱塞球座中部位置处均匀开设有4个出水口，所述出水口角度与所述阀体的中心轴线成45°夹角，从而使封隔器冲洗效果更好，产生的后退力更大，解卡成功率更高。
进一步地，在所述柱塞球座两端分别设置有槽，所述槽内安装有密封圈，密封圈优选为复合式密封硬垫圈，防止柱塞球座反复过出水口导致胶圈变形和损坏，增加垫圈密封效果和使用寿命。
进一步地，阀体为一次成型的钢制结构。
进一步地，弹簧受力压缩，不受力恢复原形，预制初始收缩压力不小于2MPa。
进一步地，下接头与封隔器螺纹连接，下接头与封隔器连接的一端设置有外螺纹。
进一步地，为了提高密封效果，所述阀体与下接头连接处设置密封圈。
另一方面，本发明提供了一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，包括如下步骤：
步骤S10，上述解卡装置与压裂钻孔的封隔器连接安装，送入孔内相应位置，实施钻孔水力压裂；
步骤S20，当所述封隔器受阻需要解卡时，将所述低密度球投入压裂管内并通过高压水输送至所述柱塞球座，实现压裂管路截流；随着高压水持续注入，管内压力升高，所述低密度球在管内压力作用下使弹簧压缩，推动所述柱塞球座向孔底方向移动；
步骤S30，所述柱塞球座移动一定行程后，所述阀体上的出水口打开，高压水在孔壁的约束下向孔底方向流动，冲洗受阻封隔器，同时所述出水口流出的高压水打击孔壁产生后退力，有助于封隔器移动和起拔，共同实现封隔器清渣、解卡；
步骤S40，解卡成功后停止注水，压裂管内压力卸除，所述弹簧及柱塞球座恢复至原始位置，所述出水口关闭，将低密度球返排出压裂管后，继续进行钻孔水力压裂。
进一步地，步骤S40中，低密度球的返排方式采取地层压裂液返排或反洗工艺返排。
进一步地，步骤S40中低密度球返排出压裂管后，检测封隔器是否损坏，拖动封隔器至正常孔段进行坐封，若能正常坐封，说明封隔器未损坏，可继续进行钻孔水力压裂施工，实现了封隔器解卡后无需将整个压裂管住提出孔外检查即可恢复正常水力压裂施工，提高施工效率。
进一步地，在压裂钻孔孔口位置处安装有与压裂管匹配的专用投球装置，以便在封隔器受阻需要解卡时投入低密度球。
进一步地，施工排量越大，封隔器冲洗效果越好、产生的后退力越大，解卡成功率越高。
本发明的有益效果体现在：在水力压裂施工阶段，采用封隔器封孔工艺时压裂管柱最外侧封隔器易出现积渣，从而导致封隔器遇阻无法顺利退出，采用常规技术常造成封隔器破损、管柱折断等压裂事故。针对封隔器压裂工艺特点，利用煤矿井下长钻孔水力压裂解卡装置能够实现遇阻封隔器的紧急、快速和有效洗孔解卡作业，能够保证压裂工程的顺利实施，且无需将封隔器提出孔外即可检查是否损坏，若封隔器完好，可继续实施压裂工程施工。本发明装置操作简单，解卡成功率高，能够有效降低长钻孔水力压裂封隔器遇阻风险、提高水力施工效率、减少压裂工程损失。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明实施例井下长钻孔水力压裂封隔器解卡装置的结构示意图。
附图中，1-低密度球；2-阀体；3-柱塞球座；4-弹簧；5-下接头；6-出水口；7-槽。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
如图1所示，本发明实施例提供了本发明提供了一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡装置，包括阀体2、柱塞球座3、低密度球1、下接头5和弹簧4，所述下接头5的一端与所述阀体2连接，另一端与封隔器连接，在所述阀体2上对应所述柱塞球座3位置处开设有4个出水口6，4个出水口6分布于所述阀体2周围，所述出水口6向孔底方向倾斜，其角度与所述阀体2的中心轴线成45°夹角；所述弹簧4位于所述阀体2和所述下接头5连接的空腔内，所述弹簧4一端抵接于所述柱塞球座3，另一端抵接于所述下接头5。
在所述阀体2上对应所述柱塞球座3中部位置处均匀开设有4个出水口6，所述出水口6角度与所述阀体2的中心轴线成45°夹角，从而使封隔器冲洗效果更好，产生的后退力更大，解卡成功率更高。
进一步地，在所述柱塞球座3两端分别设置有槽7，所述槽7内安装有密封圈，密封圈优选为复合式密封硬垫圈，防止柱塞球座3反复过出水口6导致胶圈变形和损坏，增加垫圈密封效果和使用寿命。
进一步地，阀体2为一次成型的钢制结构。
进一步地，弹簧4受力压缩，不受力恢复原形，预制初始收缩压力不小于2MPa。
进一步地，下接头5与封隔器螺纹连接，下接头5与封隔器连接的一端设置有外螺纹。
进一步地，为了提高密封效果，所述阀体2与下接头5连接处设置密封圈。
另一方面，本发明提供了一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，包括如下步骤：
步骤S10，上述解卡装置与待压裂钻孔的封隔器连接安装，送入孔内相应位置，实施钻孔水力压裂；
步骤S20，当所述封隔器受阻需要解卡时，将所述低密度球1投入压裂管内并通过高压水输送至所述柱塞球座3，实现压裂管路截流；随着高压水持续注入，管内压力升高，所述低密度球1在管内压力作用下使弹簧4压缩，推动所述柱塞球座3向孔底方向移动；
步骤S30，所述柱塞球座3移动一定行程后，所述阀体2上的出水口6打开，高压水在孔壁的约束下向孔底方向流动，冲洗受阻封隔器，同时所述出水口6流出的高压水打击孔壁产生后退力，有助于封隔器移动和起拔，共同实现封隔器清渣、解卡；
步骤S40，解卡成功后停止注水，压裂管内压力卸除，所述弹簧4及柱塞球座3恢复至原始位置，所述出水口6关闭，将低密度球1返排出压裂管后，继续进行钻孔水力压裂。
进一步地，步骤S40中，低密度球1的返排方式采取地层压裂液返排或反洗工艺返排。
进一步地，步骤S40中低密度球1返排出压裂管后，检测封隔器是否损坏，拖动封隔器至正常孔段进行坐封，若能正常坐封，说明封隔器未损坏，可继续进行钻孔水力压裂施工，实现了封隔器解卡后无需将整个压裂管住提出孔外检查即可恢复正常水力压裂施工，提高施工效率。
进一步地，在压裂钻孔孔口位置处安装有与压裂管匹配的专用投球装置，以便在封隔器受阻需要解卡时投入低密度球1。
进一步地，施工排量越大，封隔器冲洗效果越好、产生的后退力越大，解卡成功率越高。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，所述解卡方法采用封隔器解卡装置，所述封隔器解卡装置包括阀体(2)、柱塞球座(3)、低密度球(1)、下接头(5)和弹簧(4)，所述下接头(5)的一端与所述阀体(2)连接，另一端与封隔器连接，所述柱塞球座(3)设置在阀体(2)内，在所述阀体(2)上对应所述柱塞球座(3)位置处开设有多个出水口(6)，多个出水口(6)分布于所述阀体(2)周围，所述出水口(6)向孔底方向倾斜，其角度与所述阀体(2)的中心轴线成一定夹角；所述弹簧(4)位于所述阀体(2)和所述下接头(5)连接的空腔内，所述弹簧(4)一端抵接于所述柱塞球座(3)，另一端抵接于所述下接头(5)；
其特征在于：所述封隔器解卡方法包括如下步骤：
步骤S10，将所述封隔器解卡装置与待压裂钻孔的封隔器连接安装，送入孔内相应位置，实施钻孔水力压裂；
步骤S20，当所述封隔器受阻需要解卡时，将所述低密度球(1)投入压裂管内并通过高压水输送至所述柱塞球座(3)，实现压裂管路截流；随着高压水持续注入，管柱压力升高，所述低密度球(1)在管柱压力作用下使弹簧(4)压缩，推动所述柱塞球座(3)向孔底方向移动；
步骤S30，所述柱塞球座(3)移动一定行程后，所述阀体(2)上的出水口(6)打开，高压水在孔壁的约束下向孔底方向流动，冲洗受阻封隔器，同时所述出水口(6)流出的高压水打击孔壁产生后退力，共同实现封隔器清渣和解卡；
步骤S40，解卡成功后停止注水，压裂管柱内压力卸除，所述弹簧(4)及柱塞球座(3)恢复至原始位置，所述出水口(6)关闭，将低密度球(1)返排出压裂管后，继续进行钻孔水力压裂。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，其特征在于：在所述阀体(2)上对应所述柱塞球座(3)中部位置处均匀开设有4个出水口(6)，所述出水口(6)角度与所述阀体(2)的中心轴线成45°夹角。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，其特征在于：在所述柱塞球座(3)两端分别设置有槽(7)，所述槽(7)内安装有密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，其特征在于：所述阀体(2)为一次成型的钢制结构。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，其特征在于：所述弹簧(4)的预制初始收缩压力不小于2MPa。
6.根据权利要求1所述的一种煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，其特征在于：所述下接头(5)与封隔器连接的一端设置有外螺纹。
7.根据权利要求1所述的煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，其特征在于：步骤S40中，低密度球(1)的返排方式采取地层压裂液返排或反洗工艺返排。
8.根据权利要求1所述的煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，其特征在于：步骤S40中低密度球(1)返排出压裂管后，检测封隔器是否损坏，拖动所述封隔器至正常孔段进行坐封，若能正常坐封，说明封隔器未损坏，继续进行钻孔水力压裂。
9.根据权利要求1所述的煤矿井下长钻孔水力压裂封隔器解卡方法，其特征在于：还包括在压裂钻孔孔口位置处安装有与压裂管匹配的专用投球装置，以实现步骤S20中低密度球(1)的投入。
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