專利名稱：地面壓裂封堵含水層用封堵設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)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(chǎn)出的。我國煤儲層低滲的 特點決定了在進行排采之前需要對煤儲層進行改造，煤儲層的非均質(zhì)性、煤巖裂隙系統(tǒng)的 復雜性、煤巖巖石力學性質(zhì)與圍巖力學性質(zhì)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(guī)模大時造成的施工壓力也越來越高，突破煤層頂?shù)装宓目赡?性越來越大。當煤層頂、底板一定距離內(nèi)有含水層存在時，容易溝通含水層，當煤層與含水 層溝通時，排采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 重要的是排采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(zhuǎn)變成游離氣，進而失去排采的意義，不僅造成工程的浪費， 而且影響煤層氣產(chǎn)業(yè)在人們心目中的信心，制約著煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(xiàn)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(xiàn)上述目的，本發(fā)明采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(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和出料系統(tǒng)，壓裂封堵進料系統(tǒng)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(tǒng)包括井口處設置的攪拌倉，攪拌倉內(nèi)設有與動力裝置連接的攪拌 葉片；出料系統(tǒng)包括位于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 下部位于井下；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(zhuǎn)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(zhuǎn)盤與攪拌葉片傳動連接。所述轉(zhuǎn)盤和葉輪均豎向設置，導流管的管口位于轉(zhuǎn)盤葉輪的上側，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸與攪 拌葉片轉(zhuǎn)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并聯(lián)設置的三個，第一壓裂泵車也至少并聯(lián)設置三個，所有 第一液罐的進料口均連通于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 于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并聯(lián)設置的三個，第二壓 裂泵車也至少并聯(lián)設置三個，所有第二液罐的進料口均連通于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于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。所述攪拌倉位于套管的頂端管口內(nèi)，攪拌倉正對攪拌葉片的底端設置出料口。本發(fā)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，則可制作成封堵劑；管匯主要是 把幾臺壓裂車并聯(lián)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(tǒng)，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 進行采集。混合液體進入套管后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， 而且對后期的排采也比較有利。本發(fā)明針對水力壓裂時易壓裂煤層臨近的含水層的問題，根據(jù)含水層與煤層位 置、中間夾層巖石力學性質(zhì)、煤層力學性質(zhì)等的差異性，設計出不同配比的封堵劑，采用合 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(chǎn)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(chǎn)水量，使煤層中的壓力更容易下降。(2)封堵含水層后，使煤層氣井壓裂時煤儲層改造效果更好，產(chǎn)氣效果更好。
圖1是本發(fā)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(tǒng)、攪 拌系統(tǒng)和出料系統(tǒng)，壓裂封堵進料系統(tǒng)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為至少并聯(lián)設置的三個，第一壓裂泵車4A也至少并聯(lián)設置三個，所有第一液罐 IA的進料口均連通于第一低壓管匯3A的一側管壁，所有第一壓裂泵車4A的進料口均連通 于第一低壓管匯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為至少并聯(lián)設置的三個，第二壓裂泵車4B也至少并聯(lián)設置三個，所有 第二液罐IB的進料口均連通于第二低壓管匯:3B的一側管壁，所有第二壓裂泵車4B的進料 口均連通于第二低壓管匯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(tǒng)包括井口處設置的攪拌倉13，攪拌倉13內(nèi)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(zhuǎn)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(zhuǎn)盤8與攪拌葉片17傳動連接，所述轉(zhuǎn)盤8和葉輪 9均豎向設置，導流管22的管口位于轉(zhuǎn)盤8葉輪9的上側，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸12與攪拌葉片轉(zhuǎn)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(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸12、 攪拌葉片轉(zhuǎn)軸18分別通過兩支撐架10設置于攪拌倉13內(nèi)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸12、攪拌葉片轉(zhuǎn)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(tǒng)包括位于攪拌倉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下部位于井下，所述攪拌倉13位于套管16的頂端管口內(nèi)，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后從套管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，而且對后期的排采產(chǎn)生有利影響。壓裂泵車可采用石油上壓裂時 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 壓軟管并聯(lián)。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。壓裂時液罐可并排排放，也可上下兩層疊置排放。一定數(shù)量的液罐保證滿 足封堵劑量的需要。攪拌系統(tǒng)通過由第二高壓軟管15B注入的流體沖擊葉輪9帶動轉(zhuǎn)盤8轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤 8通過轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)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(zhuǎn)軸18帶動攪 拌葉片17旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)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(jīng)過攪拌混合才能進入井筒的套管16內(nèi)。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(tǒng)，加壓壓裂目的層的作用。當然，本發(fā)明不拘泥于上述形式，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為并聯(lián)數(shù)量大于三個的多個。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位于煤層上方且中間未有厚層泥巖層，有砂巖或砂質(zhì)泥巖夾層時，可實施水力封堵。當含水層20位于煤層下方，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，其特征在于包括壓裂封堵進料系統(tǒng)、攪拌 系統(tǒng)和出料系統(tǒng)，壓裂封堵進料系統(tǒng)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(tǒng)包括井 口處設置的攪拌倉，攪拌倉內(nèi)設有與動力裝置連接的攪拌葉片；出料系統(tǒng)包括位于攪拌倉 下側且與攪拌倉連通的套管，套管下部管壁設置孔眼，套管下部位于井下；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，其特征在于所述動力裝置 包括表面設置葉輪的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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，其特征在于所述轉(zhuǎn)盤和葉 輪均豎向設置，導流管的管口位于轉(zhuǎn)盤葉輪的上側，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)軸與攪拌葉片轉(zhuǎn)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，其特征在于所述 第一液罐為至少并聯(lián)設置的三個，第一壓裂泵車也至少并聯(lián)設置三個，所有第一液罐的進 料口均連通于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于第一低壓管 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并聯(lián)設置的三個，第二壓裂泵車也至少 并聯(lián)設置三個，所有第二液罐的進料口均連通于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于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，其特征在于每個第一液罐 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，其特征在于所述攪拌倉位 于套管的頂端管口內(nèi)，攪拌倉正對攪拌葉片的底端設置出料口。
全文摘要
本發(fā)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(tǒng)、攪拌系統(tǒng)和出料系統(tǒng)，壓裂封堵進料系統(tǒng)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(tǒng)包括井口處設置的攪拌倉，攪拌倉內(nèi)設有與動力裝置連接的攪拌葉片；出料系統(tǒng)包括位于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，套管下部位于井下；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(fā)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(xiàn)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(yōu)先權日2011年1月26日
發(fā)明者倪小明, 夏大平, 沈毅, 蘇現(xiàn)波, 藺海曉, 賈炳 申請人:河南理工大學