CN115387771B - 具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串及方法，包括从上到下依次相连的压裂管、侧向冲洗组件、第一封孔组件、压裂管、双向节流组件、压裂管、第二封孔组件、压裂管和导向头；侧向冲洗组件能在解堵过程中冲刷第一封孔组件侧向区域，第一封孔组件和第二封孔组件结构相同，能在压裂过程中通过增大外径实现封孔，并能在解堵过程中减小外径以增加封孔组件与孔壁间隙，降低与孔壁(岩屑)的摩擦。本发明同时具备分段水力压裂功能和快速解堵回收功能，具有解堵效果好、解堵效率高和降低水力压裂施工成本等优点。

Description

具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串及方法

技术领域

本发明属于水力压裂工具串领域，具体涉及一种具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串及方法。

背景技术

煤矿井下水力压裂技术已经在区域瓦斯强化抽采、坚硬难垮顶板超前弱化改造等领域广泛应用，取得了显著的效果。受限于装备及技术条件，目前煤矿井下仍然以裸眼压裂为主，通过封孔器的裸眼座封实现分段压裂。但是我国煤矿区构造发育，地质条件复杂，压裂钻孔经钻探施工扰动，压裂液浸泡等因素影响，易出现缩颈、塌孔、掉块以及压裂过程中高压水冲刷造成的岩屑积聚等现象，使水力压裂工具串回收遇阻，影响水力压裂施工安全和施工效率。由于水力压裂用封孔器直径较压裂管直径略大，致使封孔器与钻孔孔壁之间的间隙更小，水力压裂工具串遇阻情况常出现在封孔器附近。现有煤矿井下水力压裂用封孔器，压裂过程中通过高压水的挤压，外部的胶筒(钢带和橡胶的复合层)膨胀与孔壁嵌合进行封隔，压裂结束后通过胶筒自身的弹性回缩实现封孔器的解封。该封孔器存在收缩时间长，无法完全复原(收缩后直径仍然大于原直径)等问题，从而导致封孔器与钻孔间隙进一步减小，钻屑及岩块容易在封孔器附近积聚，增加了工具串遇阻的风险。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串及方法，以克服现有工具串水力压裂施工过程中由于钻孔塌孔、掉块、卡钻、缩径、岩屑积聚等导致的水力压裂工具串遇阻无法回收的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串，包括从上到下依次相连的压裂管、侧向冲洗组件、第一封孔组件、压裂管、双向节流组件、压裂管、第二封孔组件、压裂管和导向头；

所述侧向冲洗组件包括：安装管、筒形的柱塞、弹簧和低密度球，所述柱塞和弹簧均位于安装管内且三者同轴，所述安装管侧壁设有侧向出水口，所述柱塞紧贴安装管内壁并堵在侧向出水口处，所述弹簧设在柱塞下端和安装管下接头之间；压裂过程中，水从安装管中心通道轴向通过；解堵过程中，从安装管上端投入低密度球，水压驱动低密度球轴向向下推动柱塞并压缩弹簧，以打开侧向出水口实现侧向冲刷；

所述第一封孔组件和第二封孔组件结构相同，均包括：依次相连的中心管上接头、上中心管、下中心管和中心管下接头，还包括胶筒组件、连接套和卡位环；所述上中心管和下中心管通过销钉连接，上中心管中部侧壁设有出水孔，上中心管下部外壁设有限位凸环，胶筒组件套在上中心管上并覆盖出水孔，连接套固定在下中心管外并套在限位凸环外，胶筒组件上端与中心管上接头固连，胶筒组件下端连接卡位环，卡位环连接所述连接套，该卡位环与其下方限位凸环之间的轴向距离为上中心管能相对于下中心管移动的距离；

所述双向节流组件包括：流通内管及其外部的流通外管，流通内管包括大内径段和小内径段，并在小内径段设有内出水口，流通外管固定在小内径段外且流通外管和小内径段之间有密闭环隙，在流通外管上设有外出水口，外出水口直径大于内出水口直径，且外出水口与内出水口周向错位布设。

本发明还包括如下技术特征：

可选地，所述安装管包括安装管本体、安装管本体两端的安装管上接头和安装管下接头；所述安装管上接头与安装管上方的压裂管连接，安装管下接头与第一封孔组件连接；

所述侧向出水口有多个并沿安装管本体周向均布，侧向出水口向下倾斜以能冲刷其下方的第一封孔组件侧向区域；

所述安装管本体内壁设有环形限位凸台并位于安装管上接头和柱塞之间；所述安装管上接头的内径大于低密度球的直径，环形限位凸台的内径略大于低密度球的直径，柱塞的内径小于低密度球的直径。

可选地，所述中心管上接头内壁与上中心管上端连接，中心管上接头外壁与胶筒组件上端连接；

销钉通过销钉定位件连接上中心管和下中心管，销钉连接上中心管和销钉定位件，销钉定位件连接下中心管；

下中心管下端连接中心管下接头内壁，中心管下接头外壁与防渣套连接，防渣套上端连接浮动头，浮动头连接连接套下端；

卡位环下端与连接套内壁之间为环隙，限位凸环上端与上中心管外壁之间为环隙，从而卡位环能与限位凸环轴向配合；

可选地，所述胶筒组件包括橡胶筒、位于橡胶筒内的夹心钢带层以及位于橡胶筒上下两端的胶筒连接套，位于上端的胶筒连接套能连接中心管上接头及橡胶筒上端，位于下端的胶筒连接套能连接卡位环和橡胶筒下端。

可选地，所述内出水口和外出水口均为一个或多个。

具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串进行分段压裂的方法，该方法包括：

将压裂管、侧向冲洗组件、第一封孔组件、压裂管、双向节流组件、压裂管、第二封孔组件、压裂管和导向头依次串接后，将工具串送入长钻孔内第一预设压裂点；向工具串内注水，高压水沿工具串轴向向下流入，高压水从第一封孔组件和第二封孔组件的出水孔流出使二者的胶筒组件膨胀至与孔壁充分接触；第一封孔组件和第二封孔组件封孔后使二者间区域密封，双向节流组件的内出水口和外出水口喷出的高压水对孔壁进行水力压裂；在完成第一预设压裂点的水力压裂施工后，开启阀门进行泄压排水，使第一封孔组件和第二封孔组件上的胶筒组件自行收缩，待系统压力降低至0，环空返水后回收拖动工具串，将工具串回收拖动至第二预设压裂点进行分段压裂。

具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串进行快速解堵的方法，包括：

S1、当施工过程中出现工具串回收拖动遇阻时，对工具串进行强力起拔作业，保证第一封孔组件和第二封孔组件内的销钉被剪断，从而上中心管及胶筒组件上端能与下中心管发生相对位移，使整个胶筒组件两端拉长且径向尺寸变小，增大第一封孔组件和第二封孔组件与孔壁之间的距离，从而减少第一封孔组件和第二封孔组件与孔壁(岩屑)之间的摩擦，让岩屑更容易松脱离开第一封孔组件和第二封孔组件与孔壁之间，进而快速拖动工具串；

S2、在实施S1后，若工具串回收拖动依旧遇阻，启动压裂泵，用预设排量和预设压力向工具串内注水，高压水从双向节流组件流出冲刷岩屑，直至工具串与孔壁间环空返水量变大，且返水中岩屑小于预设值后继续拖动工具串；

S3、在实施S2后，若工具串回收拖动依旧遇阻，或向工具串内注水后环空不返水，向工具串内投入低密度球，启动压裂泵，低密度球被水力送至侧向冲洗组件处，水压驱动低密度球轴向向下推动柱塞并压缩弹簧，柱塞下移至侧向出水口不再被柱塞封闭，从而水流不断从侧向出水口处流出，实现对第一封孔组件侧向的冲刷，直至环空返水量变大，且返水中岩屑小于预设值后继续拖动工具串；

S4、在实施S3后，若工具串回收拖动依旧遇阻，或向工具串内注水后环空不返水，则反复实施S2-S4。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(I)本发明同时具备分段水力压裂功能和快速解堵回收功能，具有解堵效果好、解堵效率高和降低水力压裂施工成本等优点。

(II)本发明通过连接套、卡位环、限位凸环、销钉和销钉定位件的设置，保证上中心管和下中心管之间能够发生相对位移，使得整个胶筒结构两端距离能够变长，如此，胶筒组件就能在外力作用下被主动拉伸，实现径向方向尺寸的变小，也就增加了第一封孔组件和第二封孔组件与长钻孔内壁之间的距离，从而减少第一封孔组件和第二封孔组件与钻孔孔壁(岩屑)的摩擦，进而快速将整个工具串回收拖动。

(III)本发明基于整个胶筒组件主动拉伸后径向方向尺寸的变小，再利用侧向冲洗组件和双向节流组件对第一封孔组件和第二封孔组件与钻孔孔壁之间的环空区域进行侧向和正向冲刷，环空间隙增大后环空的水流速度更快，环空内岩屑和岩块更容易被水流冲走，进一步降低了工具串回收阻力，对于提高水力压裂施工效率，降低施工成本，保障施工安全具有重要作用。

(IV)本发明通过卡位环上内嵌环槽的设置，来保证胶筒结构端部的连接固定强度，在一定程度上提高胶筒结构拉伸过程的可靠性；通过在卡位环端面开设插入通口并在限位凸环端面固定插入结构，同时保证插入结构能够插入进插入通口中，第一，能够提高卡位环与限位凸环之间的接触面积，从而提高卡位环对限位凸环限位强度，进而提高上中心管与下中心管之间的滑动连接强度，保证上中心管与下中心管之间最大位移量更加可控，避免上中心管与下中心管发生恶性脱离，第二，插入结构插入进插入通口后，插入结构会对插入通口进行径向限位，从而防止上中心管发生径向位移，避免胶筒组件拉伸过程中发生径向剪切作用，进一步提高胶筒组件的拉伸可靠性，第三，插入结构穿过插入通口并延伸至内嵌环槽内后，会直接穿通嵌入内嵌环槽内的胶筒组件，实现对胶筒组件端部的二次固定，极大地保证了胶筒结构端部的连接固定强度，大大提高胶筒组件拉伸过程的可靠性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明在正常压裂过程中的示意图；

图3为本发明回收遇阻后的示意图；

图4为本发明侧向冲洗组件示意图；

图5为本发明双向节流组件示意图；

图6为本发明第一封孔组件或第二封孔组件示意图；

图7为本发明快速解堵回收方法的步骤示意图；

图中各个标号的含义为：

1.侧向冲洗组件，2.第一封孔组件，3.双向节流组件，4.第二封孔组件，5.导向头，6.压裂管；101.安装管，102.柱塞，103.弹簧，104.低密度球，105.侧向出水口，106.安装管本体，107.安装管上接头，108.安装管下接头，109.环形限位凸台；201.中心管上接头，202.上中心管，203.下中心管，204.中心管下接头，205.胶筒组件，206.连接套，207.卡位环，208.销钉，209.出水孔，210.限位凸环，211.销钉定位件，212.防渣套，213.浮动头，214.橡胶筒，215.夹心钢带层，216.胶筒连接套；301.流通内管，302.流通外管，303.大内径段，304.小内径段，305.内出水口，306.外出水口。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

如图1至图6所示，本实施例提供一种具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串，包括从上到下依次相连的压裂管6、侧向冲洗组件1、第一封孔组件2、压裂管6、双向节流组件3、压裂管6、第二封孔组件4、压裂管6和导向头5；

侧向冲洗组件1能在解堵过程中冲刷第一封孔组件侧向区域，侧向冲洗组件包括：安装管101、筒形的柱塞102、弹簧103和低密度球104，柱塞102和弹簧103均位于安装管101内且三者同轴，安装管101侧壁设有侧向出水口105，柱塞102紧贴安装管101内壁并堵在侧向出水口105处，弹簧103设在柱塞102下端和安装管下接头108之间；压裂过程中，水从安装管101中心通道轴向通过；解堵过程中，从安装管101上端投入低密度球104，水压驱动低密度球104轴向向下推动柱塞102并压缩弹簧103，以打开侧向出水口105实现侧向冲刷；

第一封孔组件2和第二封孔组件4结构相同，能在压裂过程中增大外径实现封孔，并能在解堵过程中减小外径以降低与岩屑摩擦，第一封孔组件和第二封孔组件均包括：依次相连的中心管上接头201、上中心管202、下中心管203和中心管下接头204，还包括胶筒组件205、连接套206和卡位环207；上中心管202和下中心管203通过销钉208连接，上中心管202中部侧壁设有出水孔209，上中心管202下部外壁设有限位凸环210，胶筒组件205套在上中心管202上并覆盖出水孔209，连接套206固定在下中心管203外并套在限位凸环210外，胶筒组件205上端与中心管上接头201固连，胶筒组件205下端连接卡位环207，卡位环207连接连接套206，该卡位环207与其下方限位凸环210之间的轴向距离为上中心管202能相对于下中心管203移动的距离；压裂过程中，水从出水孔流出使胶筒组件膨胀至封孔；解堵过程中，上提中心管上接头拉断销钉时，上中心管及胶筒组件上端能与下中心管发生相对位移，同时拉伸胶筒组件以减小其外径，直至卡位环与限位凸环轴向配合；

双向节流组件3能用于注水至第二封孔组件和第二封孔组件之间的区域，双向节流组件包括：流通内管301及其外部的流通外管302，流通内管301包括大内径段303和小内径段304，并在小内径段304设有内出水口305，流通外管302固定在小内径段304外且流通外管302和小内径段304之间有密闭环隙，在流通外管302上设有外出水口306，外出水口306直径大于内出水口305直径，且外出水口306与内出水口305周向错位布设，避免水力压裂过程中高压水对孔壁的持续集中冲刷。

安装管101包括安装管本体106、安装管本体106两端的安装管上接头107和安装管下接头108；安装管上接头107与安装管101上方的压裂管6连接，安装管下接头108与第一封孔组件2连接；

侧向出水口105有多个并沿安装管本体106周向均布，侧向出水口105向下倾斜以能冲刷其下方的第一封孔组件2侧向区域；

安装管本体106内壁设有环形限位凸台109并位于安装管上接头107和柱塞102之间；安装管上接头107的内径大于低密度球104的直径，环形限位凸台109的内径略大于低密度球104的直径，柱塞102的内径小于低密度球104的直径。

中心管上接头201内壁与上中心管202上端连接，中心管上接头201外壁与胶筒组件205上端连接；

销钉208通过销钉定位件211连接上中心管202和下中心管203，销钉208连接上中心管202和销钉定位件211，销钉定位件211连接下中心管203；在本实施方式中，需要说明的是，销钉以及销钉定位件的使用数量和使用尺寸可以通过地层岩性、管柱承受拉力、钻机起拔力等综合确定。销钉被剪断后，上中心管和下中心管之间的最大相对位移距离为限位凸环至卡位环之间的距离。

下中心管203下端连接中心管下接头204内壁，中心管下接头204外壁与防渣套212连接，防渣套212上端连接浮动头213，浮动头213连接连接套206下端；在本实施方式中，需要说明的是，浮动头将下中心管、连接套和防渣套连接一体。

卡位环207下端与连接套206内壁之间为环隙，限位凸环210上端与上中心管202外壁之间为环隙，从而卡位环207能与限位凸环210轴向配合。

在本实施例中，卡位环外侧为阶梯环槽，阶梯环槽侧面开设有内嵌环槽，卡位环内径小于连接套内径，卡位环端面开设有多个插入通口，插入通口延伸至内嵌环槽内，胶筒组件下端固定在阶梯环槽并且嵌入内嵌环槽内；限位凸环和卡位环之间形成有滑动空间，限位凸环能够在滑动空间内滑动，限位凸环端面固定有位于滑动空间内的插入结构，当限位凸环在滑动空间内滑动后，插入结构能够插入多个插入通口并延伸至内嵌环槽内。

胶筒组件205包括橡胶筒214、位于橡胶筒214内的夹心钢带层215以及位于橡胶筒214上下两端的胶筒连接套216，位于上端的胶筒连接套216能连接中心管上接头201及橡胶筒214上端，位于下端的胶筒连接套216能连接卡位环207和橡胶筒214下端。在本实施方式中，需要说明的是，夹心钢带层能够在一定程度上保证橡胶层的结构强度，从而提高胶筒组件拉伸收缩的可靠性。

内出水口305和外出水口306均为一个或多个。

本实施例工作原理如下：

当工具串回收拖动遇阻，只需对工具串进行强力起拔作业，上中心管被起拔拉力持续上拉，到达销钉和销钉定位件的受力极限后，销钉被剪断，上中心管与下中心管之间会发生相对位移，也就是限位凸环会朝卡位环滑动，滑动空间会缩小，同时限位凸环上的插入结构也会朝卡位环移动，并在持续移动后插入到卡位环的插入通口内，最终插入结构延伸至内嵌环槽内，并穿透嵌入内嵌环槽内的胶筒组件端部，综上，通过上中心管和下中心管之间的相对位移，整个胶筒组件两端距离变长，胶筒组件在外力作用下被拉伸，实现径向方向尺寸的变小，也就增加了第一封孔组件和第二封孔组件与长钻孔内壁之间的距离，从而减少第一封孔组件和第二封孔组件与钻孔孔壁之间岩屑的摩擦，让岩屑更容易松脱离开第一封孔组件和第二封孔组件与钻孔孔壁之间，进而快速将整个工具串回收拖动；

如果工具串回收拖动依旧遇阻，启动压裂泵，用较小排量和较小压力向快速解堵回收装置内注水，注入的水经压裂管、第一封孔组件进入双向流节流组件，经双向流节流组件上的外出水口流向第一封孔组件和第二封孔组件之间的空间，再通过第一封孔组件和第二封孔组件径向收缩后产生的缝隙流向环空，返出孔外，进而实现从内向外冲刷辅助解堵，直至环空返水量变大，且返水中岩屑小于预设值后继续拖动工具串；

如果工具串回收拖动依旧遇阻，或者向快速解堵回收装置内注水后环空不返水，向快速解堵回收装置内投入外径尺寸大于流通通道内径尺寸的低密度球，启动压裂泵，让低密度球被水力送至侧向冲洗组件处，低密度球会将柱塞中流通通道堵塞，从而使得水流不会从第二下接头流出，在水流不断流入柱腔后，低密度球和柱塞被水力推动并使弹性部收缩，柱塞位移一定距离后，侧向出水口不再被柱塞封闭，从而接通柱腔，让柱腔内的水流不断从侧向出水口处流出，实现对第一封孔组件侧向的冲刷，同样直至环空返水量变大，且返水中岩屑小于预设值后继续拖动工具串。

综上，通过封孔组件中连接套、卡位环、限位凸环、销钉和销钉定位件的设置，保证上中心管和下中心管之间能够发生相对位移，使得整个胶筒组件两端距离能够变长，这样一来，胶筒组件就能在外力作用下被主动拉伸，实现径向方向尺寸的变小，也就增加了第一封孔组件和第二封孔组件与长钻孔内壁之间的距离，从而减少第一封孔组件和第二封孔组件与钻孔孔壁之间岩屑的摩擦，让岩屑更容易松脱离开第一封孔组件和第二封孔组件与钻孔孔壁之间，进而快速将整个工具串回收拖动；进一步地，基于整个胶筒组件主动拉伸后径向方向尺寸的变小，再利用侧向冲洗组件和双向节流组件对第一封孔组件和第二封孔组件与钻孔孔壁之间的环空区域进行侧向和正向冲刷，环空间隙增大后环空的水流速度更快，环空内岩屑和岩块更容易被水流冲走，进一步降低了工具串回收阻力，对于提高水流压裂施工率，降低施工成本，保障施工安全具有重要作用；更关键的是，通过内嵌环槽的设置，来保证胶筒组件端部的连接固定强度，在一定程度上提高胶筒组件拉伸过程的可靠性，通过在卡位环端面开设插入通口并在限位凸环端面固定插入结构，同时保证插入结构能够插入进插入通口中，第一，能够提高卡位环与限位凸环之间的接触面积，从而提高卡位环对限位凸环限位强度，进而提高上中心管与下中心管之间的滑动连接强度，保证上中心管与下中心管之间最大位移量更加可控，避免上中心管与下中心管发生恶性脱离，第二，插入结构插入进插入通口后，插入结构会对插入通口进行径向限位，从而防止上中心管发生径向位移，避免胶桶结构拉伸过程中发生径向剪切作用，进一步提高胶桶结构的拉伸可靠性，第三，插入结构穿过插入通口并延伸至内嵌环槽内后，会直接穿通嵌入内嵌环槽内的胶桶结构，实现对胶桶结构端部的二次固定，极大地保证了胶桶结构端部的连接固定强度，大大提高胶桶结构拉伸过程的可靠性。

通过侧向冲洗组件中安装管、安装管上接头、安装管下接头、柱塞、弹簧和低密度球的设置，柱塞中央开设有用于接通安装管上接头和安装管下接头的流通通道，弹簧用于施加给柱塞推力，柱塞能够在推力作用下抵住环形限位凸台，当柱塞抵住环形限位凸台时，侧向出水口被柱塞封闭，当柱塞沿柱腔内壁滑动后，侧向出水口能够接通柱腔；环形限位凸台能够对柱塞进行限位，防止柱塞被弹簧推动后继续移动，并且设定侧向出水口的尺寸位置，保证柱塞抵住环形限位凸台时，侧向出水口刚好被柱塞封闭；侧向冲洗组件使用前，投入外径尺寸大于流通通道内径尺寸的低密度球，启动压裂泵，让低密度球被水力送至侧向冲洗组件处，低密度球会将柱塞中流通通道堵塞，从而使得水流不会从安装管下接头流出，在水流不断流入柱腔后，低密度球和柱塞被水力推动并使弹簧收缩，柱塞位移一定距离后，侧向出水口不再被柱塞封闭，从而接通柱腔，让柱腔内的水流不断从侧向出水口处流出，实现对第一封孔组件侧向的冲刷，同样直至环空返水量变大，且返水中岩屑小于预设值后继续拖动工具串。

双向节流组件使用前，用较小排量和较小压力向快速解堵回收装置内注水，注入的水经压裂管、第一封孔组件进入双向流节流组件，经双向流节流组件上的外出水口流向第一封孔组件和第二封孔组件之间的空间，再通过第一封孔组件和第二封孔组件径向收缩后产生的缝隙流向环空，返出孔外，进而实现从内向外冲刷辅助解堵，直至环空返水量变大，且返水中岩屑小于预设值后继续拖动工具串。

在本实施方式中，需要说明的是，导向头能够在长钻孔中提供导向作用。

实施例2：

本实施例提供一种具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串进行分段压裂的方法，该方法包括：

将压裂管、侧向冲洗组件、第一封孔组件、压裂管、双向节流组件、压裂管、第二封孔组件、压裂管和导向头依次串接后，将工具串送入长钻孔内第一预设压裂点；向工具串内注水，高压水沿工具串轴向向下流入，高压水从第一封孔组件和第二封孔组件的出水孔流出使二者的胶筒组件膨胀至与孔壁充分接触；第一封孔组件和第二封孔组件封孔后使二者间区域密封，双向节流组件的内出水口和外出水口喷出的高压水对孔壁进行水力压裂；在完成第一预设压裂点的水力压裂施工后，开启阀门进行泄压排水，使第一封孔组件和第二封孔组件上的胶筒组件自行收缩，待系统压力降低至0，环空返水后回收拖动工具串，将工具串回收拖动至第二预设压裂点进行分段压裂。

实施例3：

本实施例提供一种具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串进行快速解堵的方法，如图7所示，包括：

S1、当施工过程中出现工具串回收拖动遇阻时，对工具串进行强力起拔作业，保证第一封孔组件和第二封孔组件内的销钉被剪断，从而上中心管及胶筒组件上端能与下中心管发生相对位移，使整个胶筒组件两端拉长且径向尺寸变小，增大第一封孔组件和第二封孔组件与孔壁之间的距离，从而减少第一封孔组件和第二封孔组件与孔壁(岩屑)的摩擦，让岩屑更容易松脱离开第一封孔组件和第二封孔组件与孔壁之间，进而快速拖动工具串；

S2、在实施S1后，若工具串回收拖动依旧遇阻，启动压裂泵，用预设排量和预设压力向工具串内注水，高压水从双向节流组件流出冲刷岩屑，直至工具串与孔壁间环空返水量变大，且返水中岩屑小于预设值后继续拖动工具串；

S3、在实施S2后，若工具串回收拖动依旧遇阻，或向工具串内注水后环空不返水，向工具串内投入低密度球，启动压裂泵，低密度球被水力送至侧向冲洗组件处，水压驱动低密度球轴向向下推动柱塞并压缩弹簧，柱塞下移至侧向出水口不再被柱塞封闭，从而水流不断从侧向出水口处流出，实现对第一封孔组件侧向的冲刷，直至环空返水量变大，且返水中岩屑小于预设值后继续拖动工具串；

S4、在实施S3后，若工具串回收拖动依旧遇阻，或向工具串内注水后环空不返水，则反复实施S2-S4。

返水中岩屑小于预设值中的预设值，可以通过人为经验来判断，当岩屑变少到一定程度就能满足小于预设值的条件。

Claims (7)

1.一种具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串，其特征在于，包括从上到下依次相连的压裂管（6）、侧向冲洗组件（1）、第一封孔组件（2）、压裂管（6）、双向节流组件（3）、压裂管（6）、第二封孔组件（4）、压裂管（6）和导向头（5）；

所述侧向冲洗组件（1）包括：安装管（101）、筒形的柱塞（102）、弹簧（103）和低密度球（104），所述柱塞（102）和弹簧（103）均位于安装管（101）内且三者同轴，所述安装管（101）侧壁设有侧向出水口（105），所述柱塞（102）紧贴安装管（101）内壁并堵在侧向出水口（105）处，所述弹簧（103）设在柱塞（102）下端和安装管下接头（108）之间；压裂过程中，水从安装管（101）中心通道轴向通过；解堵过程中，从安装管（101）上端投入低密度球（104），水压驱动低密度球（104）轴向向下推动柱塞（102）并压缩弹簧（103），以打开侧向出水口（105）实现侧向冲刷；

所述第一封孔组件（2）和第二封孔组件（4）结构相同，均包括：依次相连的中心管上接头（201）、上中心管（202）、下中心管（203）和中心管下接头（204），还包括胶筒组件（205）、连接套（206）和卡位环（207）；所述上中心管（202）和下中心管（203）通过销钉（208）连接，上中心管（202）中部侧壁设有出水孔（209），上中心管（202）下部外壁设有限位凸环（210），胶筒组件（205）套在上中心管（202）上并覆盖出水孔（209），连接套（206）固定在下中心管（203）外并套在限位凸环（210）外，胶筒组件（205）上端与中心管上接头（201）固连，胶筒组件（205）下端连接卡位环（207），卡位环（207）连接所述连接套（206），该卡位环（207）与其下方限位凸环（210）之间的轴向距离为上中心管（202）能相对于下中心管（203）移动的距离；

所述双向节流组件（3）包括：流通内管（301）及其外部的流通外管（302），流通内管（301）包括大内径段（303）和小内径段（304），并在小内径段（304）设有内出水口（305），流通外管（302）固定在小内径段（304）外且流通外管（302）和小内径段（304）之间有密闭环隙，在流通外管（302）上设有外出水口（306），外出水口（306）直径大于内出水口（305）直径，且外出水口（306）与内出水口（305）周向错位布设。

2.如权利要求1所述的具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串，其特征在于，所述安装管（101）包括安装管本体（106）、安装管本体（106）两端的安装管上接头（107）和安装管下接头（108）；所述安装管上接头（107）与安装管（101）上方的压裂管（6）连接，安装管下接头（108）与第一封孔组件（2）连接；

所述侧向出水口（105）有多个并沿安装管本体（106）周向均布，侧向出水口（105）向下倾斜以能冲刷其下方的第一封孔组件（2）侧向区域；

所述安装管本体（106）内壁设有环形限位凸台（109）并位于安装管上接头（107）和柱塞（102）之间；所述安装管上接头（107）的内径大于低密度球（104）的直径，环形限位凸台（109）的内径略大于低密度球（104）的直径，柱塞（102）的内径小于低密度球（104）的直径。

3.如权利要求1所述的具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串，其特征在于，所述中心管上接头（201）内壁与上中心管（202）上端连接，中心管上接头（201）外壁与胶筒组件（205）上端连接；

销钉（208）通过销钉定位件（211）连接上中心管（202）和下中心管（203），销钉（208）连接上中心管（202）和销钉定位件（211），销钉定位件（211）连接下中心管（203）；

下中心管（203）下端连接中心管下接头（204）内壁，中心管下接头（204）外壁与防渣套（212）连接，防渣套（212）上端连接浮动头（213），浮动头（213）连接连接套（206）下端；

卡位环（207）下端与连接套（206）内壁之间为环隙，限位凸环（210）上端与上中心管（202）外壁之间为环隙，从而卡位环（207）能与限位凸环（210）轴向配合。

4.如权利要求3所述的具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串，其特征在于，所述胶筒组件（205）包括橡胶筒（214）、位于橡胶筒（214）内的夹心钢带层（215）以及位于橡胶筒（214）上下两端的胶筒连接套（216），位于上端的胶筒连接套（216）能连接中心管上接头（201）及橡胶筒（214）上端，位于下端的胶筒连接套（216）能连接卡位环（207）和橡胶筒（214）下端。

5.如权利要求1所述的具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串，其特征在于，所述内出水口（305）和外出水口（306）均为一个或多个。

6.权利要求2至5任一权利要求所述的具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串进行分段压裂的方法，其特征在于，该方法包括：

将压裂管、侧向冲洗组件、第一封孔组件、压裂管、双向节流组件、压裂管、第二封孔组件、压裂管和导向头依次串接后，将工具串送入长钻孔内第一预设压裂点；向工具串内注水，高压水沿工具串轴向流入，高压水从第一封孔组件和第二封孔组件的出水孔流出使二者的胶筒组件膨胀至与孔壁充分接触；第一封孔组件和第二封孔组件封孔后使二者间区域密封，双向节流组件的内出水口和外出水口喷出的高压水对地层进行水力压裂；在完成第一预设压裂点的水力压裂施工后，开启阀门进行泄压排水，使第一封孔组件和第二封孔组件上的胶筒组件自行收缩，待系统压力降低至0，环空返水后回收拖动工具串，将工具串回收拖动至第二预设压裂点进行分段压裂。

7.权利要求2至5任一权利要求所述的具备快速解堵功能的煤矿井下分段水力压裂工具串进行快速解堵的方法，其特征在于，包括：

S1、当施工过程中出现工具串回收拖动遇阻时，对工具串进行强力起拔作业，保证第一封孔组件和第二封孔组件内的销钉被剪断，从而上中心管及胶筒组件上端能与下中心管发生相对位移，使整个胶筒组件两端拉长且径向尺寸变小，增大第一封孔组件和第二封孔组件与孔壁之间的距离，从而减少第一封孔组件和第二封孔组件与孔壁之间的摩擦，让岩屑更容易松脱离开第一封孔组件和第二封孔组件与孔壁之间，进而快速拖动工具串；

S2、在实施S1后，若工具串回收拖动依旧遇阻，启动压裂泵，用预设排量和预设压力向工具串内注水，高压水从双向节流组件流出冲刷岩屑，直至工具串与孔壁间环空返水量变大，且返水中岩屑小于预设值后继续拖动工具串；

S3、在实施S2后，若工具串回收拖动依旧遇阻，或向工具串内注水后环空不返水，则向工具串内投入低密度球，启动压裂泵，低密度球被水力送至侧向冲洗组件处，水压驱动低密度球轴向向下推动柱塞并压缩弹簧，柱塞下移至侧向出水口不再被柱塞封闭，从而水流不断从侧向出水口处流出，实现对第一封孔组件侧向的冲刷，直至环空返水量变大，且返水中岩屑小于预设值后继续拖动工具串；

S4、在实施S3后，若工具串回收拖动依旧遇阻，或向工具串内注水后环空不返水，则反复实施S2-S4。