煤礦用鑽孔封孔裝置的製作方法

2023-07-23 20:48:46 1

本實用新型涉及一種鑽孔封孔裝置，具體涉及一種煤礦用鑽孔封孔裝置。

背景技術：

目前國內外都在大力研發煤層氣抽採增透技術，通過各種技術手段強制貫通每層內的原有裂隙網絡，使每層透氣性增加，進而提高煤層氣抽採效果。主要措施包括保護層開採等煤層外卸壓增透措施，爆破增透，水力增透等每層內強化增透措施。水力壓裂作為一種常用的增透技術手段，已在油氣開發領域廣泛使用並取得了較好的效果，其實質是將流體以大於地層濾失速率的排量和大於破裂壓力的水壓使巖體破裂並形成裂縫，從而增加煤層的滲透率，提高煤層氣抽採效果。

隨著瓦斯發電技術的成熟，對瓦斯這種潔淨能源的需求也將越來越大。提高瓦斯抽採效率，最大限度地降低抽採過程中的漏氣現象，提高瓦斯抽採濃度，是瓦斯利用的基礎。簡便、可靠的封孔設備和封孔工藝是水力壓裂法提高瓦斯抽採效率的支撐。

目前，煤礦井下水力壓裂孔常規封孔方法一般用水泥砂漿、聚氨酯材料堵孔，其中水泥砂漿方法較為常用。水泥砂漿封堵法比較適合上向孔封堵，但用該風發封孔時難以掌握注入水泥砂漿量，容易造成壓裂管末端被水泥堵塞，造成壓裂孔報廢，且水泥砂漿具有收縮性，密封效果不好，給水力壓裂工作帶來困難。另外採用水泥砂漿封堵法封孔，成本較高，且耗費大量水泥、電力以及水資源，不利於推動節能減排。聚氨酯封孔方法適應性廣，一般用於瓦斯抽放孔的封堵，由於聚氨酯膨脹後為多孔材料，有一定的彈塑性，且強度不高，不適用於高壓水力壓裂孔的封堵。由於混合液體具有流動特性，不能充滿近水平孔，無論是水泥砂漿、聚氨酯材料堵孔方法均不能封堵近水平以及下向壓裂孔。

傳統的封孔方法封孔後壓裂管不能重複利用，造成大量的資源浪費；採用膠囊式封隔器封孔技術，壓裂管和封隔器能夠多次循環利用，節能減排意義重大。傳統的水泥砂漿封孔後需要養護3－5天後才能開始壓裂，採用膠囊式封隔器封孔能即封即用，大大地提高了生產效率。但膠囊式封隔器進行坐封需要一定壓力，如果壓力發生變化，封隔器可能發生解封，壓裂液將從鑽孔中洩漏，從而無法保證可靠的封堵。

因此，需要設計一種煤礦用鑽孔封孔裝置在進行水力壓裂時實現快速可靠的封孔。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型提供提供一種煤礦用鑽孔封孔裝置，不僅適用於上向孔，還適用於近水平以及下向壓裂孔的封堵，能夠快捷可靠地實現對鑽孔封堵，且封孔後即可進行水力壓裂；本裝置可多次循環利用，有利於實現節能減排。

本實用新型提供的煤礦用鑽孔封孔裝置，包括封隔器和安裝於封隔器出液端用於控制液體流出以調節封隔器中液壓的調壓裝置；所述調壓裝置的開啟壓力大於封隔器坐封壓力；

進一步，所述調壓裝置包括儲液腔和設置於儲液腔出液口處用於控制液體流出以調節儲液腔中液壓的閥；

進一步，所述閥包括用作閥芯的卡環、與卡環配合的閥座、調壓彈簧、彈簧座和壓力調節環；所述調壓彈簧設置於卡環與彈簧座之間，將卡環以產生軸向預緊力的方式壓緊於閥座上用以關閉儲液腔出液口；所述壓力調節環連接彈簧座用於控制調壓彈簧鬆緊以調節軸向預緊力的大小；

進一步，所述封隔器設置有2個，分別為封隔器Ⅰ和封隔器Ⅱ；

進一步，所述調壓裝置安裝於封隔器Ⅰ出液端；

進一步，所述封隔器Ⅰ和封隔器Ⅱ之間通過壓裂管進行安裝連接；

進一步，設置壓裂管長度，使封隔器Ⅰ安裝在兩層交界處，封隔器Ⅱ安裝在鑽孔孔口向裡2－5m的位置；

進一步，還包括安裝於封隔器Ⅱ進液端的尾管，所述尾管上安裝有防脫裝置；

進一步，所述防脫裝置為圓柱形防脫裝置，所述圓柱形防脫裝置上設置有固定錨索的安裝件；

進一步，還包括安裝於調壓裝置出液端的篩管，所述篩管上設置有出水口；所述篩管長度根據煤層厚度進行設置。

本實用新型的有益效果：本實用新型的煤礦用鑽孔封孔裝置在封隔器出液端安裝用於控制液體流出以調節封隔器中液壓的調壓裝置，所述調壓裝置的開啟壓力大於封隔器坐封壓力；可確保在封隔器完成坐封后，壓裂液才通過調壓裝置進入鑽孔進行水力壓裂，實現可靠有效的封孔效果；調壓裝置的設置有助於封隔器實現快速坐封，並確保封隔器在水力壓裂全過程都處於可靠的坐封狀態。使用2個封隔器，一個用於安裝在巖石層和煤層交界處，另一個用於安裝在鑽孔孔口向裡2－5m的位置；可達到更好的封孔效果，並確保水力壓裂發生在煤層，進而避免層間影響，增加煤層的滲透率，提高煤層氣抽採效果。在尾管上安裝有防脫裝置可有效防止洩壓時整個裝置被衝出鑽孔，損壞設備。本裝置可以實現可靠有效的封孔效果，保證水力壓裂的正常進行。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述：

圖1是本實用新型的煤礦用鑽孔封孔裝置的使用狀態示意圖。

圖2是本實用新型中調壓裝置的結構示意圖。

圖中：1、封隔器Ⅰ；2、調壓裝置；3、篩管；4、封隔器Ⅱ；5、尾管；6、壓裂管；7、防脫裝置；8、防脫凸臺。

21、上接頭；22、閥座；23、套筒；24、下接頭；25、圓管；26、出液孔；27、卡環；28、調壓彈簧；29、壓力調節環；30、彈簧座。

具體實施方式

圖1是本實用新型的煤礦用鑽孔封孔裝置的使用狀態示意圖，圖2是本實用新型中調壓裝置的結構示意圖。如圖所示：本實施例的煤礦用鑽孔封孔裝置，包括封隔器和安裝於封隔器出液端用於控制液體流出以調節封隔器中液壓的調壓裝置2；所述調壓裝置2的開啟壓力大於封隔器坐封壓力。調壓裝置的開啟壓力具體指打開調壓裝置所需的液壓，封隔器坐封壓力指封隔器坐封所需液壓；只要液壓小於調壓裝置的開啟壓力，調壓裝置都將處於封閉狀態，使液體無法流出；只有液壓達到或超過調壓裝置的開啟壓力，調壓裝置才將打開，液體才能從調壓裝置中流出。設置調壓裝置，可調節封隔器中液壓，確保封隔器完成坐封后，壓裂液才通過調壓裝置進入鑽孔進行水力壓裂，實現可靠有效的封孔效果；調壓裝置的開啟壓力大於封隔器坐封壓力，在進行水力壓裂時，可使封隔器中液壓始終大於封隔器坐封壓力，確保封隔器實現快速坐封並且在水力壓裂全過程都處於可靠的坐封狀態，保證水力壓裂的正常進行。

本實施例中，所述調壓裝置2包括儲液腔和設置於儲液腔出液口處用於控制液體流出以調節儲液腔中液壓的閥；通過閥來調節儲液腔中壓力，控制液體流出，原理簡單，便於實現，成本低。

本實施例中，所述調壓裝置2隻能讓封隔器中液體流出進入鑽孔，而鑽孔內液體不能通過調壓裝置倒流入封隔器中；可有效防止鑽孔內液體倒流。

本實施例中，所述閥包括用作閥芯的卡環27、與卡環27配合的閥座22、調壓彈簧28、彈簧座30和壓力調節環29；所述調壓彈簧28設置於卡環27與彈簧座30之間，將卡環27以產生軸向預緊力的方式壓緊於閥座22上用以關閉儲液腔出液口；所述壓力調節環29連接彈簧座30用於控制調壓彈簧27鬆緊以調節軸向預緊力的大小。軸向指調壓彈簧可產生壓縮的方向。當液壓大於調壓彈簧所產生的軸向預緊力時，卡環將壓縮調壓彈簧，儲液腔出液口將打開，壓裂液通過調壓裝置流入篩管進行水力壓裂；當液壓小於或等於調壓彈簧所產生的軸向預緊力時，卡環將恢復初始狀態，壓緊於閥座上，儲液腔出液口將關閉，液體不再流出。此閥結構簡單，可實現對儲液腔中液壓的調節，進而實現對封隔器中液壓的調節，確保封隔器保持可靠的坐封狀態，實現可靠快速有效的封孔效果。

本實施例中，可選擇合適的調壓彈簧28以確保可實現閥的開啟壓力大於封隔器坐封壓力，即調壓裝置2的開啟壓力大於封隔器坐封壓力。

本實施例中，所述儲液腔由帶出液孔26的圓管25和壓力調節環29組成，所述壓力調節環29安裝於圓管25的一端，形成半封閉的儲液腔。

本實施例中，所述壓力調節環29與圓管25之間通過螺紋連接，可調節壓力調節環的位置以控制調壓彈簧的鬆緊程度，進而調節閥的開啟壓力，即調壓裝置的開啟壓力。

本實施例中，所述調壓裝置2還包括上接頭21、套筒23和下接頭24；所述上接頭21、閥座22、套筒23和下接頭24連接組成管狀殼體。

本實施例中，所述上接頭21用於連接封隔器出液端；所述下接頭24為調壓裝置的出液端，用以連接篩管3。

本實施例中，所述儲液腔安裝於管狀殼體內，並與管狀殼體形成單向流道；儲液腔上出液孔26與單向流道形成儲液腔出液口。

本實施例中，所述卡環27以可移動方式套接於圓管25上，通過調壓彈簧28壓緊於閥座22上用以關閉儲液腔出液口。

本實施例中，所述卡環27上安裝有密封圈；確保與閥座22的密封配合實現儲液腔出液口的關閉，避免發生漏液。

本實施例中，所述封隔器設置有2個，分別為封隔器Ⅰ1和封隔器Ⅱ4；設置兩個封隔器能確保達到更好的封孔效果。

本實施例中，所述調壓裝置2安裝於封隔器Ⅰ1出液端；用於確保封隔器Ⅰ實現可靠有效的封孔效果，並保持可靠的坐封狀態。

本實施例中，所述封隔器Ⅰ1和封隔器Ⅱ4之間通過壓裂管6進行安裝連接；壓裂管可承受較大壓力，實現壓裂液的傳輸。

本實施例中，設置壓裂管6長度，使封隔器Ⅰ1安裝在兩層交界處，封隔器Ⅱ4安裝在鑽孔孔口向裡2－5m的位置，優選安裝在鑽孔孔口向裡3m的位置；兩層具體指巖石層和煤層；確保水力壓裂發生在煤層，進而避免層間影響，增加煤層的滲透率，提高煤層氣抽採效果；確保達到更好更加可靠的封孔效果。

本實施例中，還包括安裝於封隔器Ⅱ4進液端的尾管5，所述尾管5上安裝有防脫裝置7；尾管用於連接注水裝置，注入壓裂液實現水力壓裂；在尾管上安裝有防脫裝置可有效防止洩壓時整個裝置被衝出鑽孔，損壞設備。

本實施例中，所述尾管5上還安裝防脫凸臺8；所述防脫凸臺8設置於封隔器Ⅱ4與防脫裝置7之間，用於固定防脫裝置，並確定防脫裝置的位置。

本實施例中，所述防脫凸臺8和防脫裝置7與尾管5之間均採用螺紋連接；方便拆卸和根據現場情況調節防脫凸臺和防脫裝置在尾管的位置。

本實施例中，所述防脫裝置7為圓柱形防脫裝置；所述圓柱形防脫裝置上設置有固定錨索的安裝件；在鑽孔孔口周圍合適的地方打入不少於2根的錨索，再將錨索安裝在防脫裝置上，可防止洩壓時整個裝置被衝出鑽孔，損壞設備。

本實施例中，所述圓柱形防脫裝置的側面加工有凹槽，在圓周方向上均勻布置8－12個通過凹槽的圓孔，優選布置10個圓孔，圓孔內穿入高強度螺栓以構成用於安裝錨索的安裝件。可根據現場的情況，將錨索的一端穿入螺栓安裝固定於圓柱形防脫裝置上，另一端打入鑽孔孔口周圍合適的地方。

本實施例中，還包括安裝於調壓裝置2出液端的篩管3，所述篩管3上設置有出水口；所述篩管3長度根據煤層厚度進行設置；便於對煤層進行水力壓裂，壓裂液進入壓裂管經過篩管上的出水口進行壓裂；增加煤層的滲透率，提高煤層氣抽採效果。

本實施例中，所述出水口的大小和間距可根據煤層的軟硬程度進行調整；確保水力壓裂達到更好的效果，增加煤層的滲透率，提高煤層氣抽採效果。

本實施例中，所述封隔器Ⅰ1和封隔器Ⅱ4均可採用K344封隔器；工藝簡單，使用方便，經濟效益好。

本實施例中，所述封隔器Ⅰ1與調壓裝置2通過導向管進行連接安裝。

最後說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求範圍當中。