CN115680595B - 一种水力压裂高压钢管快速安装回撤装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及煤矿水力压裂技术领域，特别是涉及一种水力压裂高压钢管快速安装回撤装置及其方法。支撑组件与煤矿井作业空间内的底面和顶面抵接，支撑组件上设置有调节组件，调节组件上设置有推送气缸，调节组件用于调整推送气缸在支撑组件上的高度和角度，推送气缸上设置有夹紧组件，夹紧组件上可拆卸连接有若干个高压钢管,位于端部的高压钢管在靠近压裂钻孔的一端设置有封隔器,任意两个高压钢管通过法兰连通，封隔器通过树脂胶管连通有增压泵,高压钢管远离封隔器的一端连通有压裂泵。本发明根据作业空间内的高度、钻孔方位、角度进行调节，能适应各种工况；在进行安装、拆除高压钢管时能实现半自动化，人力消耗少，劳动强度低，安拆效率高。

Description

一种水力压裂高压钢管快速安装回撤装置及其方法

技术领域

本发明涉及煤矿水力压裂技术领域，特别是涉及一种水力压裂高压钢管快速安装回撤装置及其方法。

背景技术

近年来，由于浅部煤炭资源逐渐枯竭，煤炭资源开采逐渐向之前未采、难采煤层转移，开采环境日渐恶化，高瓦斯、高应力环境在煤矿生产中频繁出现。煤矿水力压裂是以高压水为压裂介质，通过钻孔水压力与孔隙水压力促使煤岩体中裂隙不断发育、扩展，进而在煤岩体形成贯通的裂隙网络的煤岩体结构改造技术，且相比爆破技术具备成本低廉、危险性低、不会产生火花和有毒气体、裂缝扩展范围大等优点，目前被广泛应用于煤矿井下瓦斯抽采与高应力环境卸压工程当中。

然而在水力压裂施工时，由于现有水力压裂工艺限制，需要靠人力安拆封隔器与高压钢管，安拆时间长，当钻孔角度较大、孔深较长或孔壁不平整时，靠人力难以推送到设计位置，施工效率极低；因此，在煤矿井作业空间内进行作业时，亟需一种能够适应各种工况、安全、高效的快速安装、固定、拆卸高压钢管的技术方案及装备。

发明内容

本发明的目的是提供一种水力压裂高压钢管快速安装回撤装置及其方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种水力压裂高压钢管快速安装回撤装置，包括支撑组件，所述支撑组件与煤矿井作业空间内的底面和顶面抵接，所述支撑组件上设置有调节组件，所述调节组件上设置有推送气缸，所述调节组件用于调整所述推送气缸在所述支撑组件上的高度和角度，所述推送气缸上设置有夹紧组件，所述夹紧组件上可拆卸连接有若干个高压钢管,位于端部的所述高压钢管在靠近压裂钻孔的一端设置有封隔器,任意两个所述高压钢管通过法兰连通，所述封隔器通过树脂胶管连通有增压泵,所述高压钢管远离所述封隔器的一端连通有压裂泵。

优选的，所述支撑组件包括伸缩气缸，所述伸缩气缸的底面与所述煤矿井作业空间内的底面抵接，所述伸缩气缸的伸缩端螺纹连接有空心钢管，所述空心钢管有若干个，每两个所述空心钢管之间螺纹连接，所述空心钢管在远离所述伸缩气缸的一端螺纹连接有垫盘，所述垫盘的顶面与所述煤矿井作业空间内的顶面抵接。

优选的，所述调节组件包括抱箍,所述抱箍与一个所述空心钢管可拆卸连接，所述抱箍的外壁固定连接有铰接盘，所述铰接盘远离所述抱箍的一侧与所述推送气缸转动连接。

优选的，所述推送气缸的套筒外壁与所述铰接盘转动连接，所述推送气缸与所述夹紧组件固定连接。

优选的，所述夹紧组件包括第一夹紧气缸和第二夹紧气缸，所述第一夹紧气缸与所述推送气缸的套筒外壁固定连接，所述第二夹紧气缸与所述推送气缸的伸缩端固定连接。

优选的，每个所述空心钢管的一端开设有外螺纹，另一端开设有内螺纹，任意两个所述空心钢管螺纹连接处相适配。

优选的，所述第一夹紧气缸和所述第二夹紧气缸的中心轴线处于同一轴线上。

本发明还提供了一种水力压裂高压钢管快速安装回撤方法，包括以下步骤：

S1．在压裂钻孔前合适位置放置支撑组件，然后用调节组件调整推送气缸的高度和角度；

S2．将封隔器与高压钢管连接，将封隔器送入压裂钻孔中；

S3．连接另一个高压钢管，用推送气缸的伸缩杆将另一个高压钢管送入压裂钻孔中；

S4．重复步骤S3直到封隔器送入孔底，然后开启压裂泵压裂；

S5．压裂结束后，将封隔器向外拖拽至指定位置后开始下一段压裂；

S6．直至封隔器被拉出压裂钻孔，完成安装回撤作业。

本发明公开了以下技术效果：

（1）本发明设置的支撑组件能根据作业空间内的高度进行调整，设置的调节组件能根据钻孔方位、角度进行自适应调节，并根据各种工况，进行自由拆卸组装，能适应水力压裂多钻孔连续施工的要求。

（2）本发明设置的夹紧组件，能够将高压钢管和封隔器送入压裂钻孔内，并能在进行压裂时提供足够的支撑力，可在增压泵增压、增压泵卸压、压裂泵工作时及压裂异常时固定高压钢管，防止冲孔事故发生，保证施工安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明在煤矿井内布置示意图；

图2为本发明支撑组件结构示意图；

图3为本发明调节组件和推送气缸结构示意图；

图4为本发明铰接盘固定端俯视结构示意图；

图5为本发明铰接盘活动端俯视结构示意图；

图6为本发明铰接盘固定端侧视结构示意图；

图7为本发明铰接盘侧视结构示意图；

其中，2、高压钢管；3、封隔器；4、增压泵；5、树脂胶管；14、控制台；101、伸缩气缸；102、空心钢管；103、垫盘；201、抱箍；202、铰接盘；203、弧形槽；204、螺栓孔；301、第一夹紧气缸；302、第二夹紧气缸；303、推送气缸。

具体实施方式

下面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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-7，本发明提供一种水力压裂高压钢管快速安装回撤装置，包括支撑组件，支撑组件与煤矿井作业空间内的底面和顶面抵接，支撑组件上设置有调节组件，调节组件上设置有推送气缸303，调节组件用于调整推送气缸303在支撑组件上的高度和角度，推送气缸303上设置有夹紧组件，夹紧组件上可拆卸连接有若干个高压钢管2,位于端部的高压钢管2在靠近压裂钻孔的一端设置有封隔器3,任意两个高压钢管2通过法兰连通，封隔器3通过树脂胶管5连通有增压泵4,高压钢管2远离封隔器3的一端连通有压裂泵。本发明通过夹紧组件能实现半自动化安装、拆除高压钢管2，人力消耗少，劳动强度低，安拆效率高；本发明通过调节组件，可根据作业空间内的高度、钻孔方位、角度进行自适应调节，能适应各种工况；可以自由拆卸组装，每个组件重量较轻，便于移动，可以适应水力压裂多钻孔连续施工的要求；本发明在压裂施工过程中，夹紧组件能提供足够的支撑力，可在增压泵4增压、增压泵4卸压及压裂泵工作时固定高压钢管2，防止冲孔事故发生，保证施工安全。

进一步优化方案，支撑组件包括伸缩气缸101，伸缩气缸101的底面与煤矿井作业空间内的底面抵接，伸缩气缸101的伸缩端螺纹连接有空心钢管102，空心钢管102有若干个，每两个空心钢管102之间螺纹连接，空心钢管102在远离伸缩气缸101的一端螺纹连接有垫盘103，垫盘103的顶面与煤矿井作业空间内的顶面抵接。在压裂钻孔前的合适位置将伸缩气缸101放置在煤矿井作业空间内的地面上，通过若干个空心钢管102的连接，能够根据煤矿井作业空间内的不同高度进行调节，并在最高处的空心钢管102上安装垫盘103，将伸缩气缸101的伸缩端伸出，使垫盘103与煤矿井作业空间的顶面紧密接触，使支撑组件稳定的固定在煤矿井作业空间内，并通过垫盘103增大与煤矿井作业空间顶面的接触面积，提高支撑组件的整体稳定性。

进一步优化方案，调节组件包括抱箍201,抱箍201与一个空心钢管102可拆卸连接，抱箍201的外壁固定连接有铰接盘202，铰接盘202远离抱箍201的一侧与推送气缸303转动连接。抱箍201能在空心钢管102上的不同高度进行安装，抱箍201调整好高度后，同时通过铰接盘202调整推送气缸303的角度，使推送气缸303对准压裂钻孔，通过调节抱箍201的高度和铰接盘202的角度，使高压钢管2的轴线与压裂钻孔的轴线处于同一轴线上。

进一步优化方案，铰接盘202的固定端与抱箍201固定连接，铰接盘202的固定端一侧开设有弧形槽203，铰接盘202的固定端远离抱箍201的一侧面固定连接有圆柱，铰接盘202的活动端呈U形,铰接盘202的活动端在靠近铰接盘202固定端的一侧面开设有与圆柱相适配的凹槽，圆柱伸入凹槽内，圆柱与凹槽转动连接，铰接盘202的活动端与推送气缸303固定连接，铰接盘202的活动端开设有两个螺栓孔204，两个螺栓孔204与弧形槽203相适配，弧形槽203内设置有螺栓，螺栓贯穿弧形槽203与螺栓孔204螺纹连接。先拧松螺栓，使螺栓与完全从螺栓孔204内拧出，调整好角度后，再将螺栓拧进螺栓孔204，使铰接盘202的固定端与铰接盘202的活动端停止转动，对调整好的角度进行固定。

进一步优化方案，推送气缸303的套筒外壁与铰接盘202转动连接，推送气缸303与夹紧组件固定连接。夹紧组件用于夹紧高压钢管2，将夹紧组件固定在推送气缸303上，使铰接盘202在进行角度调节时，使高压钢管2的轴线与压裂钻孔的轴线处于同一轴线上。

进一步优化方案，夹紧组件包括第一夹紧气缸301和第二夹紧气缸302，第一夹紧气缸301与推送气缸303的套筒外壁固定连接，第二夹紧气缸302与推送气缸303的伸缩端固定连接。第一夹紧气缸301固定在推送气缸303的套筒外壁上，第二夹紧气缸302固定在推送气缸303的伸缩端上，通过第一夹紧气缸301和第二夹紧气缸302将高压钢管2进行夹紧，通过调整铰接盘202的角度使高压钢管2的轴线与压裂钻孔的轴线处于同一轴线上，第一夹紧气缸301夹紧高压钢管2，第二夹紧气缸302松开高压钢管2，使推送气缸303能将高压钢管2送入或拉出压裂钻孔内，通过第一夹紧气缸301和第二夹紧气缸302实现了半自动化安装、拆除高压钢管2，人力消耗少，劳动强度低，安拆效率高。

进一步优化方案，一个高压钢管2在靠近压裂钻孔的一端与封隔器3可拆卸连接，任意两个高压钢管2通过法兰连通。通过若干个高压钢管2通过法兰连通，使第一个伸入压裂钻孔的高压钢管2能将封隔器3送入不同深度的压裂钻孔内的底部。

进一步优化方案，每个空心钢管102的一端开设有外螺纹，另一端开设有内螺纹，任意两个空心钢管102螺纹连接处相适配。若干个空心钢管102通过螺纹连接增加了长度，能够使垫盘103与不同高度的煤矿井作业空间内的顶面进行抵接，使支撑组件能够稳定的固定在煤矿井作业空间内。

进一步优化方案，第一夹紧气缸301和第二夹紧气缸302的中心轴线处于同一轴线上。第一夹紧气缸301和第二夹紧气缸302的中心轴线处于同一轴线上，使高压钢管2的中心轴线与钻孔的中心轴线也处于同一轴线上，便于高压钢管2能够顺利的伸入钻孔中。

进一步优化方案，控制台14与增压泵4、伸缩气缸101、第一夹紧气缸301、第二夹紧气缸302推送气缸303、压裂泵电性连接。工作人员通过控制台14控制增压泵4、伸缩气缸101、第一夹紧气缸301、第二夹紧气缸302推送气缸303、压裂泵，在进行工作时，工作人员远离工作危险区域，有效的保障工作人员的安全。

本发明还提供一种水力压裂高压钢管快速安装回撤方法，包括以下步骤：

S1．在压裂钻孔前合适位置放置支撑组件，使支撑组件与煤矿井作业空间内的底面和顶面抵接，使支撑组件固定在煤矿井作业空间内，然后用调节组件调整推送气缸303的高度和角度；在压裂钻孔前的合适位置放置伸缩气缸101，在伸缩气缸101的伸缩端将空心钢管102连接上，再在空心钢管102的另一端连接另一个空心钢管102，直至最高处的空心钢管102与煤矿井作业空间内的顶面处于伸缩气缸101伸缩端的伸展范围内，将垫盘103安装于最高处的空心钢管102上，通过控制台14控制伸缩气缸101将伸缩端伸出，使垫盘103与煤矿井作业空间内的顶面抵接，同时使伸缩气缸101的底面和垫盘103的顶面分别与煤矿井作业空间内的底面和顶面抵接，再将抱箍201安装在空心钢管102上，调节抱箍201在空心钢管102上的高度，确定好高度后，将抱箍201拧紧在空心钢管102上，使抱箍201不能在空心钢管102上滑动，通过铰接盘202调整推送气缸303的角度，使推送气缸303的中心轴线与压裂钻孔的中心轴线处于同一轴线上，

S2．将封隔器3与端部高压钢管2连接，通过控制台14将第一夹紧气缸301和第二夹紧气缸302打开，将连接有封隔器3的高压钢管2放入第一夹紧气缸301和第二夹紧气缸302内，通过控制台14用第二夹紧气缸302夹紧高压钢管2，并使封隔器3与压裂钻孔相对应，再通过控制台14开启推送气缸303，推送气缸303的伸缩杆将高压钢管2和封隔器3送入钻孔中；

S3．连接另一个高压钢管2，高压钢管2靠近第一夹紧气缸301的一端连接另一个高压钢管2，用第一夹紧气缸301夹紧另一个高压钢管2，松开第二夹紧气缸302，收回推送气缸303的伸缩杆，然后用第二夹紧气缸302夹紧另一个高压钢管2，松开第一夹紧气缸301，用推送气缸303的伸缩杆将另一个高压钢管2送入压裂钻孔中；

S4．重复步骤S3直到封隔器3送入孔底，然后用第一夹紧气缸301和第二夹紧气缸302均夹紧高压钢管2，将封隔器3延伸出来的树脂胶管5与增压泵4连通，利用增压泵4对封隔器3加压，达到要求压力后，关闭增压泵4，然后开启压裂泵进行压裂；

S5．压裂结束后，关闭压裂泵，然后卸除增压泵4的压力，松开第一夹紧气缸301和第二夹紧气缸302，将推送气缸303的伸缩杆伸出，然后用第二夹紧气缸302夹紧高压钢管2，收回推送气缸303的伸缩杆向外拖拽封隔器3，拆除已经拉出的高压钢管2，将封隔器3向外拖拽至指定位置后开始下一段压裂；

S6．直至封隔器3被拉出压裂钻孔，完成该安装回撤作业；

S7．重复步骤S1-S6进行下一个安装回撤工作。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种水力压裂高压钢管快速安装回撤装置，其特征在于：包括支撑组件，所述支撑组件与煤矿井作业空间内的底面和顶面抵接，所述支撑组件上设置有调节组件，所述调节组件上设置有推送气缸（303），所述调节组件用于调整所述推送气缸（303）在所述支撑组件上的高度和角度，所述推送气缸（303）上设置有夹紧组件，所述夹紧组件上可拆卸连接有若干个高压钢管（2），位于端部的所述高压钢管（2）在靠近压裂钻孔的一端设置有封隔器（3），任意两个所述高压钢管（2）通过法兰连通，所述封隔器（3）通过树脂胶管（5）连通有增压泵（4），所述高压钢管（2）远离所述封隔器（3）的一端连通有压裂泵；

所述支撑组件包括伸缩气缸（101），所述伸缩气缸（101）的底面与所述煤矿井作业空间内的底面抵接，所述伸缩气缸（101）的伸缩端螺纹连接有空心钢管（102），所述空心钢管（102）有若干个，每两个所述空心钢管（102）之间螺纹连接，所述空心钢管（102）在远离所述伸缩气缸（101）的一端螺纹连接有垫盘（103），所述垫盘（103）的顶面与所述煤矿井作业空间内的顶面抵接；

所述调节组件包括抱箍（201），所述抱箍（201）与一个所述空心钢管（102）可拆卸连接，所述抱箍（201）的外壁固定连接有铰接盘（202），所述铰接盘（202）远离所述抱箍（201）的一侧与所述推送气缸（303）转动连接；

所述铰接盘（202）的固定端与所述抱箍（201）固定连接，所述铰接盘（202）的固定端一侧开设有弧形槽（203），所述铰接盘（202）的固定端远离所述抱箍（201）的一侧面固定连接有圆柱，所述铰接盘（202）的活动端呈U形，所述铰接盘（202）的活动端在靠近所述铰接盘（202）固定端的一侧面开设有与所述圆柱相适配的凹槽，所述圆柱伸入所述凹槽内，所述圆柱与所述凹槽转动连接，所述铰接盘（202）的活动端与所述推送气缸（303）固定连接，所述铰接盘（202）的活动端开设有两个螺栓孔（204），两个所述螺栓孔（204）与所述弧形槽（203）相适配，所述弧形槽（203）内设置有螺栓，所述螺栓贯穿弧形槽（203）与所述螺栓孔（204）螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的水力压裂高压钢管快速安装回撤装置，其特征在于：所述推送气缸（303）的套筒外壁与所述铰接盘（202）转动连接，所述推送气缸（303）与所述夹紧组件固定连接。

3.根据权利要求2所述的水力压裂高压钢管快速安装回撤装置，其特征在于：所述夹紧组件包括第一夹紧气缸（301）和第二夹紧气缸（302），所述第一夹紧气缸（301）与所述推送气缸（303）的套筒外壁固定连接，所述第二夹紧气缸（302）与所述推送气缸（303）的伸缩端固定连接。

4.根据权利要求1所述的水力压裂高压钢管快速安装回撤装置，其特征在于：每个所述空心钢管（102）的一端开设有外螺纹，另一端开设有内螺纹，任意两个所述空心钢管（102）螺纹连接处相适配。

5.根据权利要求3所述的水力压裂高压钢管快速安装回撤装置，其特征在于：所述第一夹紧气缸（301）和所述第二夹紧气缸（302）的中心轴线处于同一轴线上。

6.一种水力压裂高压钢管快速安装回撤方法，基于权利要求5所述的水力压裂高压钢管快速安装回撤装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1．在压裂钻孔前合适位置放置支撑组件，使支撑组件与煤矿井作业空间内的底面和顶面抵接，使支撑组件固定在煤矿井作业空间内，然后用调节组件调整推送气缸（303）的高度和角度；在压裂钻孔前的合适位置放置伸缩气缸（101），在伸缩气缸（101）的伸缩端将空心钢管（102）连接上，再在空心钢管（102）的另一端连接另一个空心钢管（102），直至最高处的空心钢管（102）与煤矿井作业空间内的顶面处于伸缩气缸（101）伸缩端的伸展范围内，将垫盘（103）安装于最高处的空心钢管（102）上，通过控制台（14）控制伸缩气缸（101）将伸缩端伸出，使垫盘（103）与煤矿井作业空间内的顶面抵接，同时使伸缩气缸（101）的底面和垫盘（103）的顶面分别与煤矿井作业空间内的底面和顶面抵接，再将抱箍（201）安装在空心钢管（102）上，调节抱箍（201）在空心钢管（102）上的高度，确定好高度后，将抱箍（201）拧紧在空心钢管（102）上，使抱箍（201）不能在空心钢管（102）上滑动，通过铰接盘（202）调整推送气缸（303）的角度，使推送气缸（303）的中心轴线与压裂钻孔的中心轴线处于同一轴线上，

S2．将封隔器（3）与端部高压钢管（2）连接，通过控制台（14）将第一夹紧气缸（301）和第二夹紧气缸（302）打开，将连接有封隔器（3）的高压钢管（2）放入第一夹紧气缸（301）和第二夹紧气缸（302）内，通过控制台（14）用第二夹紧气缸（302）夹紧高压钢管（2），并使封隔器（3）与压裂钻孔相对应，再通过控制台（14）开启推送气缸（303），推送气缸（303）的伸缩杆将高压钢管（2）和封隔器（3）送入钻孔中；

S3．连接另一个高压钢管（2），高压钢管（2）靠近第一夹紧气缸（301）的一端连接另一个高压钢管（2），用第一夹紧气缸（301）夹紧另一个高压钢管（2），松开第二夹紧气缸（302），收回推送气缸（303）的伸缩杆，然后用第二夹紧气缸（302）夹紧另一个高压钢管（2），松开第一夹紧气缸（301），用推送气缸（303）的伸缩杆将另一个高压钢管（2）送入压裂钻孔中；

S4．重复步骤S3直到封隔器（3）送入孔底，然后用第一夹紧气缸（301）和第二夹紧气缸（302）均夹紧高压钢管（2），将封隔器（3）延伸出来的树脂胶管（5）与增压泵（4）连通，利用增压泵（4）对封隔器（3）加压，达到要求压力后，关闭增压泵（4），然后开启压裂泵进行压裂；

S5．压裂结束后，关闭压裂泵，然后卸除增压泵（4）的压力，松开第一夹紧气缸（301）和第二夹紧气缸（302），将推送气缸（303）的伸缩杆伸出，然后用第二夹紧气缸（302）夹紧高压钢管（2），收回推送气缸（303）的伸缩杆向外拖拽封隔器（3），拆除已经拉出的高压钢管（2），将封隔器（3）向外拖拽至指定位置后开始下一段压裂；

S6．直至封隔器（3）被拉出压裂钻孔，完成当前安装回撤作业；

S7．重复步骤S1-S6进行下一个安装回撤工作。