CN220395650U - 一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，包括有注水组件，还包括有依次固定在注水组件上的第一膨胀胶管和第二膨胀胶管，并且注水组件分别与第一膨胀胶管和第二膨胀胶管连通，通过注水组件将水注入第一膨胀胶管和第二膨胀胶管内，使两者与钻孔内壁接触完成密封；第一膨胀胶管和第二膨胀胶管之间形成封闭空间，通过注水组件将高压水注入至封闭空间内；第一膨胀胶管、第二膨胀胶管和注水组件的连通处均设置有弹簧式止回阀，弹簧式止回阀用于阻止第一膨胀胶管、第二膨胀胶管内的水回流至注水组件内。本实用新型注水时胶管自动膨胀使得封孔器与裂孔之间的摩擦力增大，实现水力压裂时对于钻孔的自动堵水。

Description

一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置

技术领域

本实用新型涉及水力压裂封孔器技术领域，具体涉及一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置。

背景技术

煤矿井下水力压裂技术已经成为煤层瓦斯增透抽采，坚硬顶板强矿压灾害区域治理等强有力支撑，而注水效果如何在很大程度上取决于封孔方法的选择及封孔质量的好坏，水力膨胀式自动封孔器是井下进行水力压裂时普遍采用的封孔装置。但一般的自动封孔器在使用时还存在以下问题：

(1)封孔不严；

(2)停泵后膨胀胶管收缩导致封孔器从钻孔中冲出；

(3)注水期间孔壁发生坍塌导致封孔器卡死在钻孔中难以取出。

鉴于现有的自动封孔器还存在上述诸多问题，本申请提出一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置。

实用新型内容

为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型提供一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，包括有注水组件，还包括有依次固定在注水组件上的第一膨胀胶管和第二膨胀胶管，并且注水组件分别与第一膨胀胶管和第二膨胀胶管连通，通过注水组件将水注入第一膨胀胶管和第二膨胀胶管内，使两者与钻孔内壁接触完成密封；第一膨胀胶管和第二膨胀胶管之间形成封闭空间，通过注水组件将高压水注入至封闭空间内；第一膨胀胶管、第二膨胀胶管和注水组件的连通处均设置有弹簧式止回阀，弹簧式止回阀用于阻止第一膨胀胶管、第二膨胀胶管内的水回流至注水组件内。

优选的，注水组件包括连杆、主供水管、副供水管和实心圆钢；

连杆的一端内壁设置有内螺纹与水泵连接，另一端外壁设置有外螺纹与主供水管连接，连杆内部中空以供注水时水流通过；

主供水管的进水端内壁设置有内螺纹与连杆相连，主供水管出水端管壁上均匀设置有六个出水孔，并与相同直径的实心圆钢连接；

副供水管紧贴主供水管内壁设置，副供水管一端与主供水管进水端对齐、另一端部分伸入实心圆钢内，副供水管两端设置有穿过主供水管壁或实心圆钢壁的支管。

优选的，第一膨胀胶管两端与主供水管密封连接，第一膨胀胶管中部与主供水管之间形成有密封空隙；

第二膨胀胶管两端与实心圆钢密封连接，第二膨胀胶管中部与实心圆钢之间形成有密封空隙；

主供水管出水端管壁上开设的出水孔位于第一膨胀胶管和第二膨胀胶管之间。

优选的，弹簧式止回阀分为第一弹簧式止回阀和第二弹簧式止回阀；

第一弹簧式止回阀嵌在副供水管于主供水管外的支管内表面，第一弹簧式止回阀封头与支管内壁接触形成密封；

第二弹簧式止回阀嵌在副供水管于实心圆钢外的支管内表面，第二弹簧式止回阀封头与支管内壁接触形成密封。

优选的，弹簧式止回阀包括阀芯、滑动外壳、电磁铁封头和弹簧；

阀芯两侧设置有凸台，并通过凸台嵌在副供水管支管的内表面；滑动外壳与阀芯活动连接；电磁铁封头设置在滑动外壳一端并与滑动外壳固定连接；弹簧设置在滑动外壳内，弹簧一端与阀芯固定连接，另一端与电磁铁封头固定连接；支管内壁上设置有电磁铁，通电后与电磁铁封头排斥以推开电磁铁封头。

优选的，还包括有用于监测第一膨胀胶管和第二膨胀胶管之间所形成的封闭空间内水压的监测组件。

优选的，监测组件包括压力传感器和电线；

压力传感器设置在第一膨胀胶管与主供水管之间的密封空隙里，穿过第一膨胀胶管壁伸至第一膨胀胶管与第二膨胀胶管之间；

电线的一端自第一膨胀胶管的第一端伸入到第一膨胀胶管内与压力传感器连接，电线另一端伸至钻孔外与接收压力传感器电信号的仪器连接。

与现有技术相比，本实用新型提供了一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，具备以下有益效果：

(1)本实用新型在注水时膨胀胶管全段都与钻孔内壁接触，封孔较严，不易漏水。

(2)在停泵后弹簧式止回阀在自身弹簧弹力和膨胀胶管内水的压力的作用下自动密封，不易出现膨胀胶管收缩导致封孔器从钻孔中冲出的问题。

(3)注水期间孔壁发生坍塌后在外部打开电磁铁开关，密封空隙内的水自动排出，膨胀胶管收缩，封孔器不易卡死。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制，在附图中：

图1为本实用新型一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置的正视剖面结构示意图；

图2为本实用新型一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置中弹簧式止回阀的正视剖面结构示意图；

图3为本实用新型一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置中A处的放大结构示意图；

图4为本实用新型一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置下端的正视结构示意图；

图5为本实用新型一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置上端的俯视结构示意图。

图中：1、连杆；2、主供水管；3、副供水管；4、第一膨胀胶管；5、第一弹簧式止回阀；6、电线；7、压力传感器；8、出水孔；9、第二膨胀胶管；10、第二弹簧式止回阀；11、实心圆钢；12、电磁铁；13、电磁铁封头；14、弹簧；15、滑动外壳；16、阀芯。

具体实施方式

下面将结合本实用新型的实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图2，本实施例提出一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，包括有注水组件、封堵组件和监测组件。

当人们使用该装置进行水力压裂时，注水组件将水注入封堵组件内，使得封堵组件与钻孔内壁接触，并形成一个封闭空间，然后在注水组件的作用下，将高压水注入封闭空间内；随后通过监测组件，实时监测封闭空间内的水压，从而人们得以从水压变化的数据中实时得知钻孔内水力压力的情况。

具体的，本实施例中的注水组件包括连杆1、主供水管2、副供水管3和实心圆钢11。连杆1的一端内壁设置有内螺纹与水泵连接，连杆1的另一端外壁设置有外螺纹与主供水管2连接，连杆1内部中空以供注水时水流通过。主供水管2的进水端内壁设置有内螺纹与连杆1连接，主供水管2出水端管壁上均匀设置有六个出水孔8，并与一相同直径实心圆钢11连接；副供水管3紧贴主供水管2内壁设置，副供水管3一端与主供水管2进水端对齐、另一端部分伸入实心圆钢11内，副供水管3两端设置穿过主供水管2壁或实心圆钢11壁的支管。

封堵组件则包括第一膨胀胶管4、第二膨胀胶管9、第一弹簧式止回阀5和第二弹簧式止回阀10。第一膨胀胶管4两端与主供水管2密封连接，第一膨胀胶管4中部与主供水管2之间形成密封空隙；第二膨胀胶管9两端与实心圆钢11密封连接，第二膨胀胶管9中部与实心圆钢11之间形成密封空隙；第一弹簧式止回阀5嵌在副供水管3于主供水管2外的支管内表面，第一弹簧式止回阀5封头与支管内壁接触形成密封；第二弹簧式止回阀10嵌在副供水管3于实心圆钢11外的支管内表面，第二弹簧式止回阀10封头与支管内壁接触形成密封。

上述的两个弹簧式止回阀规格相同，均包括有阀芯16、滑动外壳15、电磁铁封头13和弹簧14。阀芯16两侧设置有凸台，通过凸台嵌在副供水管3支管的内表面；滑动外壳15与阀芯16活动连接，可在阀芯16上滑动；电磁铁封头13设置在滑动外壳15一端，与滑动外壳15固定连接；弹簧14设置在滑动外壳15内，弹簧14一端与阀芯16固定连接，另一端与电磁铁封头13固定连接。支管内壁上设置有电磁铁12，通电后可以与电磁铁封头13排斥以推开电磁铁封头13。

监测组件则包括压力传感器7和电线6。压力传感器7设置在第一膨胀胶管4与主供水管2之间的密封空隙里，穿过第一膨胀胶管4壁伸至第一膨胀胶管4与第二膨胀胶管9之间；电线6的一端自第一膨胀胶管4的第一端伸入到第一膨胀胶管4内与压力传感器7连接，电线6另一端伸至钻孔外与接收压力传感器7电信号的仪器连接。

本实施例一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，利用封孔装置在水力压裂过程中进行双端堵水并进行压力监测，具体步骤如下：

步骤A：将连杆1、第一膨胀胶管4和第二膨胀胶管9伸入到钻孔内；

步骤B：将高压水通过连杆1注入到主供水管2与副供水管3内，高压水经主供水管2流向出水孔8，经副供水管3推开弹簧式止回阀封头13流入第一膨胀胶管4与主供水管2间的密封空隙以及第二膨胀胶管9与实心圆钢11之间的密封空隙；

步骤C：高压水流入密封空隙后迅速充满空隙并使第一膨胀胶管4与第二膨胀胶管9膨胀，胶管外表面与钻孔内壁接触完成密封；

步骤D：第一膨胀胶管4与第二膨胀胶管9之间形成封闭空间，高压水经出水孔8注入封闭空间内；

步骤E：在外部通过与压力传感器7电连接的仪器观察记录封闭空间内的水压变化，对钻孔压裂情况进行记录与分析；

步骤F：停止泵水后，在外部打开电磁铁12开关，电磁铁12推开第一弹簧式止回阀5与第二弹簧式止回阀10的封头13，密封空隙内的水自动排出，第一膨胀胶管4与第二膨胀胶管9收缩，封孔装置从钻孔中退出。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，包括有注水组件，其特征在于：还包括有依次固定在注水组件上的第一膨胀胶管(4)和第二膨胀胶管(9)，并且注水组件分别与第一膨胀胶管(4)和第二膨胀胶管(9)连通，通过注水组件将水注入第一膨胀胶管(4)和第二膨胀胶管(9)内，使两者与钻孔内壁接触完成密封；第一膨胀胶管(4)和第二膨胀胶管(9)之间形成封闭空间，通过注水组件将高压水注入至封闭空间内；第一膨胀胶管(4)、第二膨胀胶管(9)和注水组件的连通处均设置有弹簧式止回阀，弹簧式止回阀用于阻止第一膨胀胶管(4)、第二膨胀胶管(9)内的水回流至注水组件内。

2.根据权利要求1所述的一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，其特征在于：注水组件包括连杆(1)、主供水管(2)、副供水管(3)和实心圆钢(11)；

连杆(1)的一端内壁设置有内螺纹与水泵连接，另一端外壁设置有外螺纹与主供水管(2)连接，连杆(1)内部中空以供注水时水流通过；

主供水管(2)的进水端内壁设置有内螺纹与连杆(1)相连，主供水管(2)出水端管壁上均匀设置有六个出水孔(8)，并与相同直径的实心圆钢(11)连接；

副供水管(3)紧贴主供水管(2)内壁设置，副供水管(3)一端与主供水管(2)进水端对齐、另一端部分伸入实心圆钢(11)内，副供水管(3)两端设置有穿过主供水管(2)壁或实心圆钢(11)壁的支管。

3.根据权利要求2所述的一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，其特征在于：第一膨胀胶管(4)两端与主供水管(2)密封连接，第一膨胀胶管(4)中部与主供水管(2)之间形成有密封空隙；

第二膨胀胶管(9)两端与实心圆钢(11)密封连接，第二膨胀胶管(9)中部与实心圆钢(11)之间形成有密封空隙；

主供水管(2)出水端管壁上开设的出水孔(8)位于第一膨胀胶管(4)和第二膨胀胶管(9)之间。

4.根据权利要求3所述的一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，其特征在于：弹簧式止回阀分为第一弹簧式止回阀(5)和第二弹簧式止回阀(10)；

第一弹簧式止回阀(5)嵌在副供水管(3)于主供水管(2)外的支管内表面，第一弹簧式止回阀(5)封头与支管内壁接触形成密封；

第二弹簧式止回阀(10)嵌在副供水管(3)于实心圆钢(11)外的支管内表面，第二弹簧式止回阀(10)封头与支管内壁接触形成密封。

5.根据权利要求4所述的一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，其特征在于：弹簧式止回阀包括阀芯(16)、滑动外壳(15)、电磁铁封头(13)和弹簧(14)；

阀芯(16)两侧设置有凸台，并通过凸台嵌在副供水管(3)支管的内表面；滑动外壳(15)与阀芯(16)活动连接；电磁铁封头(13)设置在滑动外壳(15)一端并与滑动外壳(15)固定连接；弹簧(14)设置在滑动外壳(15)内，弹簧(14)一端与阀芯(16)固定连接，另一端与电磁铁封头(13)固定连接；支管内壁上设置有电磁铁(12)，通电后与电磁铁封头(13)排斥以推开电磁铁封头(13)。

6.根据权利要求2-5任一所述的一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，其特征在于：还包括有用于监测第一膨胀胶管(4)和第二膨胀胶管(9)之间所形成的封闭空间内水压的监测组件。

7.根据权利要求6所述的一种集成自动堵水功能的水力压裂封孔装置，其特征在于：监测组件包括压力传感器(7)和电线(6)；

压力传感器(7)设置在第一膨胀胶管(4)与主供水管(2)之间的密封空隙里，穿过第一膨胀胶管(4)壁伸至第一膨胀胶管(4)与第二膨胀胶管(9)之间；

电线(6)的一端自第一膨胀胶管(4)的第一端伸入到第一膨胀胶管(4)内与压力传感器(7)连接，电线(6)另一端伸至钻孔外与接收压力传感器(7)电信号的仪器连接。