CN217151901U - 一种煤层裸眼分段压裂节流器及分段压裂装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种煤层裸眼分段压裂节流器，包括筒壁上径向设置有多个第一出水孔的中心筒，中心筒的上端和下端分别同轴贯通设置有上接头及下接头；中心筒外还自上而下顺次套装有节流管和调压弹簧，节流管与上接头活动连接，调压弹簧与下接头固定连接，且节流管管壁上径向设置多个第二出水孔；中心筒外还自上而下顺次套装有可沿中心筒轴向移动的节流管和调压弹簧，节流管与上接头活动连接，调压弹簧与下接头固定连接，且节流管管壁上径向设置多个第二出水孔。本实用新型还公开一种煤层裸眼分段压裂装置，包括上述煤层裸眼分段压裂节流器，解决了煤层裸眼分段压裂过程中，节流器水流冲刷煤层造成煤渣沉积、堵卡压裂装置的问题。

Description

一种煤层裸眼分段压裂节流器及分段压裂装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种煤层裸眼分段压裂节流器及分段压裂装置。

背景技术

瓦斯抽采是区域性瓦斯超前治理和实现煤与瓦斯共采的关键技术。随着技术的进步，煤矿井下定向长钻孔水力压裂增透技术已成为提高瓦斯抽采的关键性技术之一。但是，由于煤层硬度低、节理裂隙发育，顺煤层裸眼钻孔分段压裂施工过程中容易出现孔内坍塌、装置被卡等问题，所以煤矿井下定向长钻孔水力压裂增透技术未能得到及时的普及和推广。目前，煤层水力压裂主要以整体压裂为主，压裂范围受构造、岩性等影响，存在目标区域无法压裂、方向随机等问题，影响压裂效果。部分矿井开展了煤层裸眼压裂试验，但是由于煤层结构差异较大，在煤层裸眼分段压裂过程中，现有节流器结构将浆液高压高速喷出，水流又快又急，冲刷煤层容易造成煤渣沉积、堵卡压裂装置，所以孔内事故频发，消耗了大量人力、物力和财力，最终导致压裂施工效率低、周期长、无法实现煤矿中裸眼钻孔分段压裂的高效作业。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种煤层裸眼分段压裂节流器及分段压裂装置，以解决煤层裸眼分段压裂过程中节流器水流冲刷煤层造成煤渣沉积、堵卡压裂装置的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种煤层裸眼分段压裂节流器，包括筒壁上径向设置有多个第一出水孔的中心筒，所述中心筒的上端和下端分别同轴贯通设置有上接头及下接头；

所述中心筒外还自上而下顺次套装有节流管和调压弹簧，所述节流管与上接头活动连接，所述调压弹簧与下接头固定连接，且节流管管壁上径向设置多个第二出水孔；

所述中心筒外还自上而下顺次套装有可沿中心筒轴向移动的节流管和调压弹簧，所述节流管与上接头活动连接，所述调压弹簧与下接头固定连接，且节流管管壁上径向设置多个第二出水孔。

本实用新型还具有以下技术特征：

具体的，所述上接头包括一体化连接设置的第一连接部，第二连接部和第一限位部，所述第一连接部内沿轴向设置第一腔体，所述第二连接部内沿轴向设置第二腔体，所述第一限位部内沿轴向设置第三腔体，所述第一腔体、第二腔体和第三腔体同轴贯通设置，第一腔体与第二腔体连接处形成第一限位台阶面，第二腔体与第三腔体连接处形成第二限位台阶面，第三腔体的底端设置有锥形限位台阶面。

更进一步的，所述节流管包括连接设置的小径节流管段和大径节流管段，所述小径节流管设置于第三腔体与中心筒形成的环空内，且所述小径节流管段管壁上开设所述第二出水孔；所述大径节流管段的上端设置有可与锥形限位台阶面配合的锥面，大径节流管段的下端与调压弹簧抵接。

更进一步的，所述下接头包括内部轴向设置通孔的下接头本体和套装在下接头本体上端的第二限位部，所述第二限位部的头端与调压弹簧抵接。

更进一步的，所述第二连接部的内壁上设置有第一内螺纹孔，所述中心筒的上端外壁上设置有与所述第一内螺纹孔相适配的第一外螺纹。

更进一步的，所述下接头本体的上端的内壁上设置有第二内螺纹，所述中心筒的下端外壁上设置有与所述第二内螺纹孔相适配的第二外螺纹。

本实用新型还公开了一种煤层裸眼分段压裂装置，包括如上所述的煤层裸眼分段压裂节流器，还包括顺序设置在所述煤层裸眼分段压裂节流器上方的第二封隔器和压裂油管，以及顺序设置在煤层裸眼分段压裂节流器下方的第一封隔器和导向器。

更进一步的，所述压裂油管上还连接有压裂泵。

更进一步的，所述压裂油管上还设置有孔口阀门。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

(1)本实用新型提供的煤层裸眼分段压裂节流器借助中心筒内压裂流体的压力变化，实现设置在中心筒上的第一出水孔与设置在节流管上的第二出水孔的重合面积调节，进而实现节流器射流形状和射流压力的调节，可有效降低射流对孔壁的冲刷作用，降低煤层压裂孔内事故，提高了压裂施工效率。解决了煤层裸眼分段压裂过程中节流器水流冲刷煤层造成煤渣沉积、堵卡压裂装置的问题。

(2)本实用新型提供的煤层裸眼分段压裂装置能够紧接钻孔施工，及时实施顺层钻孔的注水压裂，无需额外上下钻和更换钻具等工序，设备简单、操作方便、风险可控，实现了煤矿中裸眼钻孔分段压裂高效作业。

(3)本实用新型结构简单，实用方便，具有很强的推广使用价值。

附图说明

图1为实施例1的整体结构剖视图；

图2为实施例1的局部结构剖视图；

图3为实施例2的整体结构示意图；

图中的标号分别表示：

1-中心筒，2-上接头，3-下接头，4-节流管，5-调压弹簧，6-第二封隔器，7-压裂油管，8-第一封隔器，9-导向器，10-压裂泵，11-第一出水孔，12-孔口阀门；21-第一连接部，22-第二连接部，23-第一限位部，24-第一限位台阶面，25-第二限位台阶面，26-锥形限位台阶面；31-下接头本体，32-第二限位部；41-第二出水孔，42-小径节流管段，43-大径节流管段，A-节流器。

以下结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型做具体说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是，本实用新型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实用新型的保护范围。

需要说明的是，本实用新型中的所有部件，如无特殊说明，全部采用可以从市场上购得的部件。

本实用新型所用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，“内”、“外”是指相应部件轮廓的内和外，不能将上述术语理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等序数词仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

遵从上述技术方案，结合图1所示，本实施例给出一种煤层裸眼分段压裂节流器，包括在筒壁上径向设置有多个第一出水孔11的中心筒1，中心筒1的上端和下端分别同轴贯通设置有上接头2及下接头3；

中心筒1外还自上而下顺次套装有可沿中心筒1轴向移动的节流管4和调压弹簧5，节流管4与上接头2活动连接，调压弹簧5与下接头3固定连接，且节流管4管壁上径向设置多个第二出水孔41。

本实施例中，节流管4在压裂液体的压力作用下沿中心筒1轴向移动，从而改变第二出水孔41与第一出水孔11的重合面积。在分段压裂节流器装配完成后，调压弹簧5处于舒张状态，当流入中心筒1的压裂液流量很小时，压裂液主要沿中心筒1流动，此时，第一出水孔11内的压裂液对节流管的推力可以忽略不计，随着中心筒1内的压裂流体压力增大，压裂流体为节流管4提供一个向后的推力，使得调压弹簧5处于压缩状态，如图2所示，随着压力增加，第二出水孔41与第一出水孔11的重合面积增加，第二出水孔41与第一出水孔11部分或全部重合，由此实现节流器的射流形状和射流压力的变化。当第二出水孔41与第一出水孔11全部重合时，射流压力最大。

本实施例中，第一出水孔11的数量为4个，且两两相对设置，第二出水孔41的数量为4个，且两两相对设置。

作为本实施例的一种优选方案，上接头2包括一体化连接设置的第一连接部21，第二连接部22和第一限位部23，第一连接部21内沿轴向设置第一腔体，第二连接部22内沿轴向设置第二腔体，第一限位部23内沿轴向设置第三腔体，第一腔体、第二腔体和第三腔体同轴贯通设置，并与中心筒的内腔连通，第一腔体与第二腔体连接处形成第一限位台阶面24，第一限位台阶面24用于对中心筒的上端进行限位，第二腔体与第三腔体连接处形成第二限位台阶面25，第三腔体的底端设置有锥形限位台阶面26。

作为本实施例的一种优选方案，节流管4包括连接设置的小径节流管段42和大径节流管段43，小径节流管段42设置于第三腔体与中心筒1形成的环空内，且小径节流管段42管壁上开设第二出水孔41；大径节流管段43的上端设置有可与锥形限位台阶面26配合的锥面，第二限位台阶面25用于对小径节流管段42的上端进行限位，锥形限位台阶面26用于对大径节流管段43进行限位。大径节流管段43的下端与调压弹簧5抵接。

作为本实施例的一种优选方案，下接头3包括内部轴向设置通孔的下接头本体31和套装在下接头本体31上端的第二限位部32，第二限位部32的头端与调压弹簧5抵接。

调压弹簧5可以在液体压力作用下，沿中心筒1轴向伸缩，从而带动节流管4沿中心筒1的轴向滑动，实现第二出水孔41与第一出水孔11的部分或全部重合。

作为本实施例的一种优选方案，第二连接部22的内壁上设置有第一内螺纹孔，中心筒1的上端外壁上设置有与第一内螺纹孔相适配的第一外螺纹，从而实现第二连接部22与中心筒1上端的螺纹配合连接。

作为本实施例的一种优选方案，下接头本体31的上端的内壁上设置有第二内螺纹，中心筒1的下端外壁上设置有与第二内螺纹孔相适配的第二外螺纹，从而实现下接头本体31与中心筒1下端的螺纹配合连接。

本实用新型的工作流程如下：

首先，向中心筒1内泵入压裂流体，当压裂流体的压力较小时，大径节流管段43在调压弹簧5作用下，借助锥面的配合与第一限位部23抵接，此时第一出水孔的上端与第二出水孔121的下端重合面积很小，即，此时节流器4基本上处关闭状态。随着中心筒1内的压裂流体压力增大，压裂流体为节流管4提供一个向后的推力，推动大径节流管段43沿径向向下滑动，使得第一出水孔11和第二出水孔41重合面积增大，进而增大该节流器4的开度，直到第一出水孔11和第二出水孔41完全重合，节流器100完全打开。

实施例2

一种煤层裸眼分段压裂装置，包括实施例1公开的煤层裸眼分段压裂节流器A，还包括顺序设置在所述煤层裸眼分段压裂节流器A上方的第二封隔器6和压裂油管7，以及顺序设置在煤层裸眼分段压裂节流器A下方的第一封隔器8和导向器9。

作为本实施例的一种优选方案，所述压裂油管7上还连接有压裂泵10。

作为本实施例的一种优选方案，所述压裂油管7上还设置有孔口阀门12。

本装置的使用过程如下：

将节流器送入压裂钻孔内，并启动压裂泵进行压裂施工。

在开展压裂施工作业前，首先检查孔口阀门12的开关灵活性，确保密封、安全性能良好；然后检查压裂现场管汇系统、压裂方案、安全措施等，确保整体运行安全可靠；检查节流器A的结构尺寸、扣型连接和初始位置，并将其与压裂装置正确连接。

压裂施工作业时，调节孔口阀门12的开度调节压裂油管7内的压裂流体压力，以压裂油管7内的压裂流体为介质向煤层裸眼分段压裂节流器A传输压力变化，煤层裸眼分段压裂节流器A通过中心筒1内的压裂流体的压力变化调节第二出水孔41与第一出水孔11的重合面积，实现煤层裸眼分段压裂节流器A的射流形状和射流压力的变化。

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

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

Claims (9)

1.一种煤层裸眼分段压裂节流器，包括在筒壁上径向设置有多个第一出水孔(11)的中心筒(1)，其特征在于，所述中心筒(1)的上端和下端分别同轴贯通设置有上接头(2)及下接头(3)；

所述中心筒(1)外还自上而下顺次套装有可沿中心筒(1)轴向移动的节流管(4)和调压弹簧(5)，所述节流管(4)与上接头(2)活动连接，所述调压弹簧(5)与下接头(3)固定连接，且节流管(4)管壁上径向设置多个第二出水孔(41)。

2.如权利要求1所述的煤层裸眼分段压裂节流器，其特征在于，所述上接头(2)包括一体化连接设置的第一连接部(21)，第二连接部(22)和第一限位部(23)，所述第一连接部(21)内沿轴向设置第一腔体，所述第二连接部(22)内沿轴向设置第二腔体，所述第一限位部(23)内沿轴向设置第三腔体，所述第一腔体、第二腔体和第三腔体同轴贯通设置，第一腔体与第二腔体连接处形成第一限位台阶面(24)，第二腔体与第三腔体连接处形成第二限位台阶面(25)，第三腔体的底端设置有锥形限位台阶面(26)。

3.如权利要求2所述的煤层裸眼分段压裂节流器，其特征在于，所述节流管(4)包括连接设置的小径节流管段(42)和大径节流管段(43)，所述小径节流管段(42)设置于第三腔体与中心筒(1)形成的环空内，且所述小径节流管段(42)管壁上开设所述第二出水孔(41)；所述大径节流管段(43)的上端设置有可与锥形限位台阶面(26)配合的锥面，大径节流管段(43)的下端与调压弹簧(5)抵接。

4.如权利要求2所述的煤层裸眼分段压裂节流器，其特征在于，所述下接头(3)包括内部轴向设置通孔的下接头本体(31)和套装在下接头本体(31)上端的第二限位部(32)，所述第二限位部(32)的头端与调压弹簧(5)抵接。

5.如权利要求2所述的煤层裸眼分段压裂节流器，其特征在于，所述第二连接部(22)的内壁上设置有第一内螺纹孔，所述中心筒(1)的上端外壁上设置有与所述第一内螺纹孔相适配的第一外螺纹。

6.如权利要求4所述的煤层裸眼分段压裂节流器，其特征在于，所述下接头本体(31)的上端的内壁上设置有第二内螺纹，所述中心筒(1)的下端外壁上设置有与所述第二内螺纹孔相适配的第二外螺纹。

7.一种煤层裸眼分段压裂装置，其特征在于，包括权利要求1～4任意一项权利要求所述的煤层裸眼分段压裂节流器，还包括顺序设置在所述煤层裸眼分段压裂节流器上方的第二封隔器(6)和压裂油管(7)，以及顺序设置在煤层裸眼分段压裂节流器下方的第一封隔器(8)和导向器(9)。

8.如权利要求7所述的煤层裸眼分段压裂装置，其特征在于，所述压裂油管(7)上还连接有压裂泵(10)。

9.如权利要求7所述的煤层裸眼分段压裂装置，其特征在于，所述压裂油管(7)上还设置有孔口阀门(12)。

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