CN113216933B - 一种泄压舱、钻杆内水力输送筛管测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泄压舱、钻杆内水力输送筛管测试装置及测试方法，泄压舱设置管式本体，所述管式本体的一端为测试端，管式本体的另一端为连接端；测力端同轴设置测试体和测试端盖；来自连接端的压力通过测试体传递给测试端盖进行力的收集。解决了煤矿井下定向长钻孔内水力输送筛管输送力的定量检测问题，为筛管输送设计提供参考，确保筛管护孔工程实践的顺利实施。解决了分段筛管对接可靠性的检测问题，利于筛管对接装置的优化改进。

Description

一种泄压舱、钻杆内水力输送筛管测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采钻孔护孔技术及瓦斯治理工程领域，具体涉及一种泄压舱、钻杆内水力输送筛管测试装置及测试方法。

背景技术

目前，煤矿井下定向长钻孔瓦斯抽采基本采用裸眼完孔抽采方式，随着我国煤矿向深部开采，地质条件愈加复杂，钻遇复杂破碎地层的几率大大增加，完孔后裸眼抽采存在着负压沿程损失大、易遇局部孔壁坍塌导致钻孔失效等问题需要解决。从工程实践来看，成孔后下入筛管护孔可以大大提高瓦斯抽采纯量和抽采时间，成为保障钻孔瓦斯高效抽采的有效手段。专利[CN201910257095.8]提出了一种煤矿井下定向长钻孔成孔后提出孔内定向钻具，重新下入大通径内平钻杆，将全孔段筛管分成多个分段依次利用水力方式从钻杆内输送到孔内并完成自动对接的筛管护孔工艺方法。此方法在实际施工中仍存在两个关键问题需要解决：一是筛管水力输送过程中的输送力是否足够，输送力过低易导致筛管输送卡滞甚至输送不到位；二是分段筛管对接成功率的保障，各分段筛管的有效对接是全孔筛管输送到位的关键。因此，在进行水力输送筛管的工程实践前需要对钻杆内水力输送筛管进行测试并提出相应的测试方法，以解决定向长钻孔的护孔难题，保障钻孔瓦斯的高效抽采。

发明内容

本发明针对煤矿井下定向长钻孔钻杆内分段筛管水力输送工程应用遇到的筛管输送力及分段筛管对接可靠性测试问题，提供一种泄压舱、钻杆内水力输送筛管测试装置及测试方法，为定向长钻孔护孔筛管施工工艺完善和改进提供保障。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案包括：

一种泄压舱，设置管式本体，所述管式本体的一端为测试端，管式本体的另一端为连接端；测试端同轴设置测试体和测试端盖；来自连接端的压力通过测试体传递给测试端盖进行力的收集。

可选的，所述的测试端沿周向设置多个导向槽；所述的测试体为圆盘式构件，与所述的导向槽对应，在所述的测试体上径向延伸设置封堵块。

可选的，所述的测试端交替设置导向槽和安装环，测试端盖通过安装环安装。

可选的，所述的测试端盖轴心设置测力计安装位，围绕测力计安装位设置多个出水孔。

可选的，所述连接端的管径小于测试端的管径；在所述的管式本体的侧壁开设排水口。

一种钻杆内水力输送筛管测试装置，沿轴向依次接设泄压舱、变径接头、钻杆、测压短节、水便和水泵；

所述的泄压舱为本发明所述的泄压舱；

泄压舱侧壁上设置第一压力表，泄压舱的测试端盖上设置测力计；

在所述的测压短节侧壁上设置第二压力表。

一种筛管水力输送力测试装置，沿轴向依次接设泄压舱、变径接头、钻杆、测压短节、水便和水泵；

所述的泄压舱为本发明所述的泄压舱；

泄压舱侧壁上设置第一压力表，泄压舱的测试端盖上设置测力计；

在所述的测压短节侧壁上设置第二压力表；

在所述的钻杆内套设测力管串。

一种筛管水力输送力测试方法，采用本发明所述的筛管水力输送力测试装置进行测试；

包括：

第一步：依次连接泄压舱、变径接头、钻杆和测压短节，将测力计固定于测试端盖上，安装第一压力表和第二压力表；

第二步：连接好测力管串后放置于钻杆内，然后接上水便和水泵；

第三步：打开水泵，并调节水量和泵压，当水流经至测力管串的封堵管处时被封堵形成水压差推动测力管串向泄压舱输送；

第四步：测力管串输送至泄压舱后，输送力通过封堵管传至测试体压缩测力计，得到流量、压力与水力输送力的关系用以指导工程实践。

一种分段筛管对接可靠性测试装置，沿轴向依次接设泄压舱、变径接头、钻杆、测压短节、水便和水泵；

所述的泄压舱为发明所述的泄压舱；

泄压舱侧壁上设置第一压力表，泄压舱的测试端盖上设置测力计；

在所述的测压短节侧壁上设置第二压力表；

在所述的泄压舱、变径接头和钻杆内套设分段筛管。

一种分段筛管对接可靠性测试方法，采用发明所述的分段筛管对接可靠性测试装置进行测试；

包括：

第一步：依次连接泄压舱和变径接头，并将测力计固定于测试端盖上，安装第一压力表和第二压力表；

第二步：连接好分段筛管并对接测力管串后从变径接头放置于泄压舱内直到筛管堵头接触到测试体，然后连接钻杆和测压短节；

第三步：连接后段测力管串并将其放入钻杆内，接上水便和水泵；启动水泵，当水压瞬间由高变低即可判断接头对接成功，同时收集测力计及压力表数据进行记录；

第四步：关闭水泵，从变径接头处断开泄压舱，将分段筛管取出判断是否对接成功；

第五步：重复第一至第四步，反复测试形成数据统计结果，从而判断对接可靠性。

本发明的有益效果：

解决了煤矿井下定向长钻孔内水力输送筛管输送力的定量检测问题，为筛管输送设计提供参考，确保筛管护孔工程实践的顺利实施。解决了分段筛管对接可靠性的检测问题，利于筛管对接装置的优化改进。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本发明的泄压舱结构示意图；

图2是本发明的钻杆内水力输送筛管测试装置结构示意图；

图3是本发明的测力管串组成示意图；

图4是本发明的分段筛管对接管串组成示意图；

图中各标号表示为：

1-泄压舱、11-测试端、111-导向槽、112-安装环、12-测试体、121-封堵块、13-测试端盖、131-出水孔、132-测力计安装位、14-排水口、15-连接端；

2-第一压力表、3-测力计、4-变径接头、5-钻杆、6-第二压力表、7-测压短节、8-水便、9-水泵、10-测试对象、11’-数据采集端子、12’-电脑；

10-1封堵管堵头、10-2封堵管、10-3筛管、10-4筛管堵头、10-5筛管母接头、10-6筛管公接头。

具体实施方式

以下将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，以下所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，并非全部实施例，也并未对本发明做任何形式上的限制，凡是利用本实施例的技术方案，包括对本实施例做了简单的变化，均属于本发明保护的范围。

结合图1，本发明给出了一种泄压舱，设置管式本体，管式本体的一端为测试端11，管式本体的另一端为连接端15；测试端11同轴设置测试体12和测试端盖13；来自连接端15的压力通过测试体12传递给测试端盖13进行力的收集。比如在测试端盖13上设置测力计3，连接端15连接的测试部件，通过管式本体后将传递的力传递给测试体12，测力计3的作用为测得水力输送时不同水压和流量下测力管串传递到测试体12上的力，从而判断水力输送力的大小。

在本公开的实施例中，测试端11沿周向设置多个导向槽111；测试体12为圆盘式构件，与导向槽111对应，在测试体12上径向延伸设置封堵块121。比如图1中所示的，测试体12一周布置四组封堵块121与泄压舱1的右端导向槽111配合安装，测试体12接收来自连接端15的测试部件的压力，再将压力传递给测试端盖13上的测力计3，实现力的收集。

在本公开的实施例中，测试端11交替设置导向槽111和安装环112，测试端盖13通过安装环112安装，上述结构的设置为了方便安装和测试。

在本公开的实施例中，测试端盖13轴心设置测力计安装位132，围绕测力计安装位132设置多个出水孔131。比如图1中所示，测试端盖13靠边缘布置一圈六个贯通圆孔，即出水孔131，用于将泄压舱1内通过测试体12缝隙渗出的水排出，测力计安装位132位于端盖中间，具体为布置有螺栓孔的结构，用于安装测力计3。

在本公开的实施例中，连接端15的管径小于测试端11的管径，目的在于模拟孔内情况，连接端15通过变径或直接连接钻杆5后可模拟孔内钻杆杆径，测试端11内径可模拟钻孔孔径。当测试管串从连接端15的管径中伸出进入泄压舱1可认为模拟从孔底钻头处伸出进入钻孔中。连接端15可通过连接不同变径和钻杆模拟不同孔内直径钻杆5的情况；在管式本体的侧壁开设排水口14。排水口14截面积可根据需要模拟的孔内上返水流环状截面积确定，也可接泄压阀用以模拟孔底水压。

结合图2，一种钻杆内水力输送筛管测试装置，沿轴向依次接设泄压舱1、变径接头4、钻杆5、测压短节7、水便8和水泵9；泄压舱1为图1中的泄压舱1；泄压舱1侧壁上设置第一压力表2，泄压舱1的测试端盖13上设置测力计3；在测压短节7侧壁上设置第二压力表6。第一压力表2用于监测泄压舱1内的压力，模拟孔底水压；第二压力表6用于监测封堵管10-2前的压力，即未泄压前压力，两者压差即为推动筛管向孔内输送的水压差。测试端盖13上固定测力计3，通过测试体12将所测得筛管输送力传递到测力计3，泄压舱1上开有排水口14用于泄压，模拟孔底钻头外的泄压情况，泄压舱上同时安装第一压力表2，用于测得泄压舱1内的水压，模拟孔底水压情况；泄压舱1的另一端连接钻杆的变径接头4，变径接头4可与常用的Φ95/80mm、Φ102/83mm、Φ127/103mm大通径钻杆连接，适应多种钻杆5内筛管输送测试；测压短节7上装有第二压力表6，两端接钻杆并且连接位置靠近水便8端，用于测得筛管水力输送过程中水过封堵管前的水压力。第一压力表2、第二压力表6及测力计3数据传输至数据采集端子11’进行数据收集转换后由电脑12’记录并显示。

结合图2-4，一种筛管水力输送力测试装置，沿轴向依次接设泄压舱1、变径接头4、钻杆5、测压短节7、水便8和水泵9；泄压舱1为图1中的泄压舱1；泄压舱1侧壁上设置第一压力表2，泄压舱1的测试端盖13上设置测力计3；在测压短节7侧壁上设置第二压力表6；在钻杆5内套设测力管串。测力管串，其连接顺序为封堵管堵头10-1、封堵管10-2和筛管10-3，其中封堵管10-2为中空管，内径与筛管10-3相同或略大，外径略小于钻杆内径，配合封堵管堵头10-1封堵水流形成压力差。

结合图2-4，一种筛管水力输送力测试方法，采用筛管水力输送力测试装置进行测试；包括：

第一步：依次连接泄压舱1、变径接头4、钻杆5和测压短节7，将测力计3固定于测试端盖13上，安装第一压力表2和第二压力表6；

第二步：连接好测力管串后放置于钻杆5内，然后接上水便8和水泵9；

第三步：打开水泵9，并调节水量和泵压，当水流经至测力管串的封堵管10-2处时被封堵形成水压差推动测力管串向泄压舱1输送；

第四步：测力管串输送至泄压舱1后，输送力通过封堵管10-2传至测试体12压缩测力计3，得到流量、压力与水力输送力的关系用以指导工程实践。连接钻杆内水力输送筛管测试装置各组件，当测试筛管水力输送力时，将测力管串连接好后放入测试装置的钻杆内，接上水便打开水泵，通过调节水泵流量读取不同流量下的前后压力表压力及测力计压力，从而获得不同压力差下的筛管输送力；

结合图2-4，一种分段筛管对接可靠性测试装置，沿轴向依次接设泄压舱1、变径接头4、钻杆5、测压短节7、水便8和水泵9；泄压舱1为本发明的泄压舱1；

泄压舱1侧壁上设置第一压力表2，泄压舱1的测试端盖13上设置测力计3；

在测压短节7侧壁上设置第二压力表6；

在泄压舱1、变径接头4和钻杆5内套设分段筛管。分段筛管对接测试管串分为头段管串与后段管串两部分，头段管串连接顺序为筛管堵头10-4、筛管10-3和筛管母接头10-5，后段管串连接顺序为筛管公接头10-6、封堵管10-2、筛管10-3和筛管母接头10-5。

结合图2-4，一种分段筛管对接可靠性测试方法，采用分段筛管对接可靠性测试装置进行测试；包括：

第一步：依次连接泄压舱1和变径接头4，并将测力计3固定于测试端盖13上，安装第一压力表2和第二压力表6；

第二步：连接好分段筛管并对接测力管串后从变径接头放置于泄压舱1内直到筛管堵头10-4接触到测试体12，然后连接钻杆5和测压短节7；

第三步：连接后段测力管串并将其放入钻杆5内，接上水便8和水泵9；启动水泵9，当水压瞬间由高变低即可判断接头对接成功，同时收集测力计3及压力表数据进行记录；

第四步：关闭水泵9，从变径接头4处断开泄压舱1，将分段筛管取出判断是否对接成功；

第五步：重复第一至第四步，反复测试形成数据统计结果，从而判断对接可靠性。当测试分段筛管对接可靠性时，将分段筛管对接测试管串的头段管串先放入泄压舱内，模拟第一分段筛管输送到孔底情况，然后将后段管串放入钻杆内，连接水便并开泵，密切观察水压变化，通过水压瞬间由高变低判断接头对接成功并将筛管串取出判断是否对接成功，反复测试形成数据统计结果，从而判断对接可靠性。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (5)

1.一种钻杆内水力输送筛管测试装置，其特征在于，沿轴向依次接设泄压舱(1)、变径接头(4)、钻杆(5)、测压短节(7)、水便(8)和水泵(9)；

所述的泄压舱(1)设置管式本体，所述管式本体的一端为测试端(11)，管式本体的另一端为连接端(15)；测试端(11)同轴设置测试体(12)和测试端盖(13)；来自连接端(15)的压力通过测试体(12)传递给测试端盖(13)进行力的收集；所述的测试端(11)沿周向设置多个导向槽(111)；所述的测试体(12)为圆盘式构件，与所述的导向槽(111)对应，在所述的测试体(12)上径向延伸设置封堵块(121)；所述的测试端(11)交替设置导向槽(111)和安装环(112)，测试端盖(13)通过安装环(112)安装；所述的测试端盖(13)轴心设置测力计安装位(132)，围绕测力计安装位(132)设置多个出水孔(131)；所述连接端(15)的管径小于测试端(11)的管径；在所述的管式本体的侧壁开设排水口(14)；

泄压舱(1)侧壁上设置第一压力表(2)，泄压舱(1)的测试端盖(13)上设置测力计(3)；

在所述的测压短节(7)侧壁上设置第二压力表(6)。

2.一种筛管水力输送力测试装置，其特征在于，沿轴向依次接设泄压舱(1)、变径接头(4)、钻杆(5)、测压短节(7)、水便(8)和水泵(9)；

所述的泄压舱(1)设置管式本体，所述管式本体的一端为测试端(11)，管式本体的另一端为连接端(15)；测试端(11)同轴设置测试体(12)和测试端盖(13)；来自连接端(15)的压力通过测试体(12)传递给测试端盖(13)进行力的收集；所述的测试端(11)沿周向设置多个导向槽(111)；所述的测试体(12)为圆盘式构件，与所述的导向槽(111)对应，在所述的测试体(12)上径向延伸设置封堵块(121)；所述的测试端(11)交替设置导向槽(111)和安装环(112)，测试端盖(13)通过安装环(112)安装；所述的测试端盖(13)轴心设置测力计安装位(132)，围绕测力计安装位(132)设置多个出水孔(131)；所述连接端(15)的管径小于测试端(11)的管径；在所述的管式本体的侧壁开设排水口(14)；

泄压舱(1)侧壁上设置第一压力表(2)，泄压舱(1)的测试端盖(13)上设置测力计(3)；

在所述的测压短节(7)侧壁上设置第二压力表(6)；

在所述的钻杆(5)内套设测力管串。

3.一种筛管水力输送力测试方法，其特征在于，采用权利要求2所述的筛管水力输送力测试装置进行测试；

包括：

第一步：依次连接泄压舱(1)、变径接头(4)、钻杆(5)和测压短节(7)，将测力计(3)固定于测试端盖(13)上，安装第一压力表(2)和第二压力表(6)；

第二步：连接好测力管串后放置于钻杆(5)内，然后接上水便(8)和水泵(9)；

第三步：打开水泵(9)，并调节水量和泵压，当水流经至测力管串的封堵管(10-2)处时被封堵形成水压差推动测力管串向泄压舱(1)输送；

第四步：测力管串输送至泄压舱(1)后，输送力通过封堵管(10-2)传至测试体(12)压缩测力计(3)，得到流量、压力与水力输送力的关系用以指导工程实践。

4.一种分段筛管对接可靠性测试装置，其特征在于，沿轴向依次接设泄压舱(1)、变径接头(4)、钻杆(5)、测压短节(7)、水便(8)和水泵(9)；

所述的泄压舱(1)设置管式本体，所述管式本体的一端为测试端(11)，管式本体的另一端为连接端(15)；测试端(11)同轴设置测试体(12)和测试端盖(13)；来自连接端(15)的压力通过测试体(12)传递给测试端盖(13)进行力的收集；所述的测试端(11)沿周向设置多个导向槽(111)；所述的测试体(12)为圆盘式构件，与所述的导向槽(111)对应，在所述的测试体(12)上径向延伸设置封堵块(121)；所述的测试端(11)交替设置导向槽(111)和安装环(112)，测试端盖(13)通过安装环(112)安装；所述的测试端盖(13)轴心设置测力计安装位(132)，围绕测力计安装位(132)设置多个出水孔(131)；所述连接端(15)的管径小于测试端(11)的管径；在所述的管式本体的侧壁开设排水口(14)；

泄压舱(1)侧壁上设置第一压力表(2)，泄压舱(1)的测试端盖(13)上设置测力计(3)；

在所述的测压短节(7)侧壁上设置第二压力表(6)；

在所述的泄压舱(1)、变径接头(4)和钻杆(5)内套设分段筛管。

5.一种分段筛管对接可靠性测试方法，其特征在于，采用权利要求4所述的分段筛管对接可靠性测试装置进行测试；

包括：

第一步：依次连接泄压舱(1)和变径接头(4)，并将测力计(3)固定于测试端盖(13)上，安装第一压力表(2)和第二压力表(6)；

第二步：连接好分段筛管并对接测力管串后从变径接头放置于泄压舱(1)内直到筛管堵头(10-4)接触到测试体(12)，然后连接钻杆(5)和测压短节(7)；

第三步：连接后段测力管串并将其放入钻杆(5)内，接上水便(8)和水泵(9)；启动水泵(9)，当水压瞬间由高变低即可判断接头对接成功，同时收集测力计(3)及压力表数据进行记录；

第四步：关闭水泵(9)，从变径接头(4)处断开泄压舱(1)，将分段筛管取出判断是否对接成功；

第五步：重复第一至第四步，反复测试形成数据统计结果，从而判断对接可靠性。