地面壓裂封堵含水層用封堵設備的製作方法
2023-06-17 06:43:41 1
專利名稱：地面壓裂封堵含水層用封堵設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種地面壓裂封堵含水層用封堵設備。
背景技術：
目前，煤層氣井主要是靠「排水一降壓」使煤層氣解吸產出的。我國煤儲層低滲的 特點決定了在進行排採之前需要對煤儲層進行改造，煤儲層的非均質性、煤巖裂隙系統的 複雜性、煤巖巖石力學性質與圍巖力學性質的差異性導致儲層改造時裂縫延伸、擴展的復 雜性。水力壓裂工藝技術因其貨源廣、價格低廉、壓裂效果較好而成為目前煤儲層改造的 主要壓裂液。但活性水的粘度低，因此，為增加壓裂效果，提高裂縫的長度、寬度和有效支撐 縫高和縫長，支撐劑顆粒越來越大，壓裂排量越來越大，壓裂液量也越來越多，同樣的地應 力、煤巖強度等條件下，壓裂規模大時造成的施工壓力也越來越高，突破煤層頂底板的可能 性越來越大。當煤層頂、底板一定距離內有含水層存在時，容易溝通含水層，當煤層與含水 層溝通時，排採時含水層中的水會源源不斷地通過煤層流向井筒，不僅增加了降液困難，更 重要的是排採時煤層主要起到了流水通道的作用，即讓含水層的水通過煤層流向井筒，而 不能在煤層中形成有效的壓力傳遞，這樣就不能使煤儲層中的壓力降低到臨界解吸壓力以 下，不能使煤儲層中的吸附氣轉變成游離氣，進而失去排採的意義，不僅造成工程的浪費， 而且影響煤層氣產業在人們心目中的信心，制約著煤層氣產業的發展。
發明內容
本發明的目的是提供一種針對含水層距離煤層很近，在壓裂過程中可能溝通含水 層的情況，為了水力壓裂時不使煤層與圍巖的含水層溝通，真正實現煤儲層壓裂改造的地 面壓裂封堵含水層用封堵設備。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種地面壓裂封堵含水層用封堵設 備，包括壓裂封堵進料系統、攪拌系統和出料系統，壓裂封堵進料系統包括兩套進料管路， 第一進料管路包括與第一液罐連接的第一壓裂泵車，第二進料管路包括與第二液罐連接的 第二壓裂泵車；攪拌系統包括井口處設置的攪拌倉，攪拌倉內設有與動力裝置連接的攪拌 葉片；出料系統包括位於攪拌倉下側且與攪拌倉連通的套管，套管下部管壁設置孔眼，套管 下部位於井下；所述第一壓裂泵車、第二壓裂泵車分別通過第一高壓軟管、第二高壓軟管與 攪拌倉連通。所述動力裝置包括表面設置葉輪的轉盤，所述第一高壓軟管和/或第二高壓軟管 通過導流管的管口正對葉輪，所述轉盤與攪拌葉片傳動連接。所述轉盤和葉輪均豎向設置，導流管的管口位於轉盤葉輪的上側，轉盤轉軸與攪 拌葉片轉軸之間通過一對錐齒輪傳動連接，攪拌葉片的葉面正面方向朝向套管。所述第一液罐為至少並聯設置的三個，第一壓裂泵車也至少並聯設置三個，所有 第一液罐的進料口均連通於第一低壓管匯的一側管壁，所有第一壓裂泵車的進料口均連通 於第一低壓管匯的另一側管壁，所有第一壓裂泵車的出料口均與第一高壓管匯連通，第一高壓管匯通過第一高壓軟管與攪拌倉連通；所述第二液罐為至少並聯設置的三個，第二壓 裂泵車也至少並聯設置三個，所有第二液罐的進料口均連通於第二低壓管匯的一側管壁， 所有第二壓裂泵車的進料口均連通於第二低壓管匯的另一側管壁，所有第二壓裂泵車的出 料口均與第二高壓管匯連通，第二高壓管匯通過第二高壓軟管與攪拌倉連通。每個第一液罐均設置控制閥，每個第二液罐也均設置有控制閥；在第一高壓軟管 上依次設置有流量計和壓力表，在第二高壓軟管上也依次設置有流量計和壓力表。所述攪拌倉位於套管的頂端管口內，攪拌倉正對攪拌葉片的底端設置出料口。本發明的有益效果為第一、第二壓裂泵車主要是封堵時提供動力；第一液灌和 第二液罐，分別用來盛裝不同的液體，通過一定配比混合，則可製作成封堵劑；管匯主要是 把幾臺壓裂車並聯到一起，使排量增大；攪拌器主要是把幾種液體混合均勻，進而起到封堵 的作用。高壓軟管主要是把各種壓裂泵車、液罐等進行連接；壓裂井口主要起到使井筒成為 密閉系統，加壓壓裂目的層的作用。壓力傳感器、流量傳感器等，主要對泵注時的壓力、流量 進行採集。混合液體進入套管後從套管的孔眼注入含水層和煤儲層之間。通過在含水層和煤儲層之間注漿，形成一種屏障，既阻止了水流向煤儲層的流動， 又可以避免壓裂過程中壓裂含水層。從而達到隔水的效果，這樣不僅可以減低壓裂的難度， 而且對後期的排採也比較有利。本發明針對水力壓裂時易壓裂煤層臨近的含水層的問題，根據含水層與煤層位 置、中間夾層巖石力學性質、煤層力學性質等的差異性，設計出不同配比的封堵劑，採用合 理的泵注程序進行泵注，從而達到封隔含水層與煤層的目的，使水力壓裂時真正改造煤儲 層，增加煤儲層的導流能力，提高煤層氣井產氣量。(1)地面壓裂封堵含水層能把煤層頂、底板一定距離的含水層與煤層進行隔離，減 少了產水量，使煤層中的壓力更容易下降。(2)封堵含水層後，使煤層氣井壓裂時煤儲層改造效果更好，產氣效果更好。
圖1是本發明的結構示意圖。
具體實施例方式由圖1所示的一種地面壓裂封堵含水層用封堵設備，包括壓裂封堵進料系統、攪 拌系統和出料系統，壓裂封堵進料系統包括兩套進料管路，第一進料管路包括與第一液罐 IA連接的第一壓裂泵車4A，第二進料管路包括與第二液罐IB連接的第二壓裂泵車4B，第 一液罐IA為至少並聯設置的三個，第一壓裂泵車4A也至少並聯設置三個，所有第一液罐 IA的進料口均連通於第一低壓管匯3A的一側管壁，所有第一壓裂泵車4A的進料口均連通 於第一低壓管匯3A的另一側管壁，所有第一壓裂泵車4A的出料口均與第一高壓管匯5A連 通；所述第二液罐IB為至少並聯設置的三個，第二壓裂泵車4B也至少並聯設置三個，所有 第二液罐IB的進料口均連通於第二低壓管匯:3B的一側管壁，所有第二壓裂泵車4B的進料 口均連通於第二低壓管匯3B的另一側管壁，所有第二壓裂泵車4B的出料口均與第二高壓 管匯5B連通。每個第一液罐IA與第一低壓管匯3A連接的高壓軟管上均設置控制閥2，每 個第二液罐IB與第二低壓管匯:3B連接的高壓軟管上也均設置有控制閥2 ；在第一高壓軟
4管15A上依次設置有流量計6和壓力表7，在第二高壓軟管15B上也依次設置有流量計6和 壓力表7。攪拌系統包括井口處設置的攪拌倉13，攪拌倉13內設與動力裝置連接的攪拌葉 片17 ；所述動力裝置包括表面設置葉輪9的轉盤8，所述第二壓裂泵車4B的第二高壓軟管 15B通過導流管22的管口正對葉輪9，轉盤8與攪拌葉片17傳動連接，所述轉盤8和葉輪 9均豎向設置，導流管22的管口位於轉盤8葉輪9的上側，轉盤轉軸12與攪拌葉片轉軸18 之間通過一對錐齒輪14傳動連接，攪拌葉片17的葉面正面方向朝向套管16。轉盤轉軸12、 攪拌葉片轉軸18分別通過兩支撐架10設置於攪拌倉13內，轉盤轉軸12、攪拌葉片轉軸 18與兩支撐架10之間分別設置軸承11，所述第一壓裂泵車4A、第二壓裂泵車4B分別通過 第一高壓軟管15A、第二高壓軟管15B與攪拌倉13連通，即第一高壓管匯5A通過第一高壓 軟管15A與攪拌倉13連通；第二高壓管匯5B通過第二高壓軟管15B和導流管22與攪拌倉 13連通。出料系統包括位於攪拌倉13下側且與攪拌倉13連通的套管16，套管16下部管壁 設置孔眼19，套管16下部位於井下，所述攪拌倉13位於套管16的頂端管口內，攪拌倉13 正對攪拌葉片17的底端設置出料口 23。工作時，混合液體從攪拌倉13進入套管16後從套管16的孔眼19注入含水層20 和煤儲層21之間。通過在含水層20和煤儲層21之間注漿，形成一種屏障，即阻止了水流 向煤儲層21的流動，又可以避免壓裂過程中壓裂含水層20。從而達到隔水的效果，這樣不 僅可以減低壓裂的難度，而且對後期的排採產生有利影響。壓裂泵車可採用石油上壓裂時 常用的HQ2000型壓裂車，為保證壓裂封堵時能達到一定的排量，需要幾臺壓裂泵車通過高 壓軟管並聯。液罐主要是用鋼板焊接成的長方體的容器，第一液罐1A、第二液罐IB中主要盛放 不同的封堵劑。壓裂時液罐可並排排放，也可上下兩層疊置排放。一定數量的液罐保證滿 足封堵劑量的需要。攪拌系統通過由第二高壓軟管15B注入的流體衝擊葉輪9帶動轉盤8轉動，轉盤 8通過轉盤轉軸12帶動一對錐齒輪14，錐齒輪14的被動齒輪通過攪拌葉片轉軸18帶動攪 拌葉片17旋轉，旋轉起來的攪拌葉片17不斷攪拌液體，達到混合均勻的目的。支撐架10 為中間空的鋼板，使封堵劑必須經過攪拌混合才能進入井筒的套管16內。高壓軟管主要是把各種壓裂泵車、液罐等進行連接；壓裂井口主要起到使井筒成 為密閉系統，加壓壓裂目的層的作用。當然，本發明不拘泥於上述形式，可使第二高壓軟管15B和/或第一高壓軟管15A 通過導流管22的管口正對葉輪9，也可將第一、第二液罐1B，第一壓裂泵車4A、第二壓裂泵 車4B為並聯數量大於三個的多個。具體泵注程序設計如下 1)封堵壓裂儲層選擇
當含水層20距離煤層較遠，或在需要改造的煤層下方一定距離時，壓裂煤層時不會溝 通煤層與含水層20，此種情況不需要封堵含水層20。當含水層20在煤層的上方時，且煤層 與含水層20間有厚泥巖夾層時，此種情況壓裂煤層時，不會溝通含水層20，也不需要進行 封堵。當含水層20位於煤層上方且中間未有厚層泥巖層，有砂巖或砂質泥巖夾層時，可實施水力封堵。當含水層20位於煤層下方，且距離不超過15m時，中間未夾有厚層泥巖時，也 可實施水力封堵。 表1地面水力壓裂封堵含水層20的基本條件
權利要求
1.一種地面壓裂封堵含水層用封堵設備，其特徵在於包括壓裂封堵進料系統、攪拌 系統和出料系統，壓裂封堵進料系統包括兩套進料管路，第一進料管路包括與第一液罐連 接的第一壓裂泵車，第二進料管路包括與第二液罐連接的第二壓裂泵車；攪拌系統包括井 口處設置的攪拌倉，攪拌倉內設有與動力裝置連接的攪拌葉片；出料系統包括位於攪拌倉 下側且與攪拌倉連通的套管，套管下部管壁設置孔眼，套管下部位於井下；所述第一壓裂泵 車、第二壓裂泵車分別通過第一高壓軟管、第二高壓軟管與攪拌倉連通。
2.如權利要求1所述的地面壓裂封堵含水層用封堵設備，其特徵在於所述動力裝置 包括表面設置葉輪的轉盤，所述第一高壓軟管和/或第二高壓軟管通過導流管的管口正對 葉輪，所述轉盤與攪拌葉片傳動連接。
3.如權利要求2所述的地面壓裂封堵含水層用封堵設備，其特徵在於所述轉盤和葉 輪均豎向設置，導流管的管口位於轉盤葉輪的上側，轉盤轉軸與攪拌葉片轉軸之間通過一 對錐齒輪傳動連接，攪拌葉片的葉面正面方向朝向套管。
4.如權利要求1-3任一項所述的地面壓裂封堵含水層用封堵設備，其特徵在於所述 第一液罐為至少並聯設置的三個，第一壓裂泵車也至少並聯設置三個，所有第一液罐的進 料口均連通於第一低壓管匯的一側管壁，所有第一壓裂泵車的進料口均連通於第一低壓管 匯的另一側管壁，所有第一壓裂泵車的出料口均與第一高壓管匯連通，第一高壓管匯通過 第一高壓軟管與攪拌倉連通；所述第二液罐為至少並聯設置的三個，第二壓裂泵車也至少 並聯設置三個，所有第二液罐的進料口均連通於第二低壓管匯的一側管壁，所有第二壓裂 泵車的進料口均連通於第二低壓管匯的另一側管壁，所有第二壓裂泵車的出料口均與第二 高壓管匯連通，第二高壓管匯通過第二高壓軟管與攪拌倉連通。
5.如權利要求4所述的地面壓裂封堵含水層用封堵設備，其特徵在於每個第一液罐 均設置控制閥，每個第二液罐也均設置有控制閥；在第一高壓軟管上依次設置有流量計和 壓力表，在第二高壓軟管上也依次設置有流量計和壓力表。
6.如權利要求5所述的地面壓裂封堵含水層用封堵設備，其特徵在於所述攪拌倉位 於套管的頂端管口內，攪拌倉正對攪拌葉片的底端設置出料口。
全文摘要
本發明公開了一種地面壓裂封堵含水層用封堵設備，包括壓裂封堵進料系統、攪拌系統和出料系統，壓裂封堵進料系統包括兩套進料管路，第一進料管路包括與第一液罐連接的第一壓裂泵車，第二進料管路包括與第二液罐連接的第二壓裂泵車；攪拌系統包括井口處設置的攪拌倉，攪拌倉內設有與動力裝置連接的攪拌葉片；出料系統包括位於攪拌倉下側且與攪拌倉連通的套管，套管下部管壁設置孔眼，套管下部位於井下；所述第一壓裂泵車、第二壓裂泵車分別通過第一、第二高壓軟管與攪拌倉連通。本發明是針對含水層距離煤層很近，在壓裂過程中可能溝通含水層的情況，為了水力壓裂時不使煤層與圍巖的含水層溝通，實現煤儲層壓裂改造的地面壓裂封堵含水層用封堵設備。
文檔編號E21B33/13GK102102499SQ201110028020
公開日2011年6月22日 申請日期2011年1月26日 優先權日2011年1月26日
發明者倪小明, 夏大平, 沈毅, 蘇現波, 藺海曉, 賈炳 申請人:河南理工大學