專利名稱：一種煤礦井下水力壓裂封孔方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤層瓦斯水力壓裂增透抽采技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種煤礦井下水力壓裂封孔方法。
背景技術(shù)：
煤炭是我國一次性能源的主體。煤炭工業(yè)承載著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步和民族振興的歷史重任。煤礦安全工作是全國工業(yè)安全工作的重中之重。煤層瓦斯是一種潔凈能源， 但對(duì)煤礦生產(chǎn)而言更是一種災(zāi)害源。我國的煤炭賦存地質(zhì)條件復(fù)雜，主要依靠地下開采，隨著開采深度的增加，煤層瓦斯含量逐漸增加，煤層瓦斯壓力增大，突出的危險(xiǎn)性增高，防突難度越來越大。建國以來，在我國煤礦發(fā)生的重特大事故中，煤礦煤塵事故占70%以上。在迄今為止發(fā)生的一次死亡百人以上的22起事故中，瓦斯及煤塵事故占20起，死亡3314人， 分別占總事故起數(shù)和總死亡人數(shù)的94. 4%和96. 2%，之所謂“煤礦災(zāi)害，瓦斯為首”。重慶地區(qū)煤礦瓦斯自然災(zāi)害十分嚴(yán)重，是我國“五省、一市、一局”瓦斯災(zāi)害突出的重點(diǎn)地區(qū)。根據(jù)重慶的南桐、天府、松藻、中梁山4個(gè)嚴(yán)重突出礦務(wù)局資料統(tǒng)計(jì)，截至2003年底，共發(fā)生煤與瓦斯突出2237次，其中采煤工作面927次，各類巷道掘進(jìn)1346次，死亡797 人。嚴(yán)重的煤與瓦斯突出，危及和制約了重慶地區(qū)煤炭企業(yè)的安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此，緊密依靠科技進(jìn)步，遏制并最終消除煤礦瓦斯事故，建設(shè)平安和諧的礦區(qū)， 既是專家學(xué)者和工程技術(shù)人員的神圣職責(zé)，更是廣大煤礦工人的熱切期盼。特別是隨著開采深度的增加、資源需求的日益強(qiáng)烈、國家一系列關(guān)于煤礦瓦斯災(zāi)害治理強(qiáng)制措施和煤層氣開發(fā)利用鼓勵(lì)政策的出臺(tái)，都迫切要求有一套系統(tǒng)的、完整的、地面與井下相結(jié)合的瓦斯抽采工藝技術(shù)。特別是新的防突規(guī)定更加強(qiáng)調(diào)了區(qū)域瓦斯治理的重要性，要求“不掘突出頭、不采突出面”，以往突出煤層掘進(jìn)的“四位一體”方案已經(jīng)難以滿足新規(guī)定的要求。重慶地區(qū)所屬煤礦煤層大多為松軟煤層，具有煤層硬度低、瓦斯含量高、透氣性差的特點(diǎn)；突出危險(xiǎn)性大，瓦斯災(zāi)害是制約煤礦安全、高效生產(chǎn)的第一因素，現(xiàn)行的瓦斯治理措施已難以滿足高效生產(chǎn)的需求，迫切需要一種新型區(qū)域和局部治理工藝，以徹底改變目前消突困難、接替緊張的局面。鉆孔預(yù)抽是瓦斯治理和防突的有效措施，在區(qū)域防突措施和局部防突措施中廣泛使用。在實(shí)施瓦斯抽采過程中，由于在松軟煤層中施工瓦斯抽放孔時(shí)易發(fā)生塌孔、噴孔、卡鉆等問題，使得瓦斯抽放孔很難成形，難以達(dá)到抽放鉆孔的設(shè)計(jì)要求。 水力壓裂正是為了滿足這一生產(chǎn)需求而誕生的一種集區(qū)域和局部瓦斯治理為一體的一種新工藝。該工藝是將地面煤層氣開發(fā)的一種成熟技術(shù)移植到井下，根據(jù)煤體結(jié)構(gòu)的不同采用不同壓力等級(jí)的壓裂方案，達(dá)到增透、提高抽采效率、縮短抽采時(shí)間的目的。水力壓裂是一種適應(yīng)性強(qiáng)、增透效果明顯的工藝技術(shù)。封孔效果是制約水力壓裂這一工藝產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的封孔方法一般是使用單個(gè)膠囊封孔器封孔或者水泥砂漿封孔。膠囊封孔器封孔是在水力壓裂的同時(shí)，利用水力使膠囊膨脹變形與壓裂孔孔壁從而實(shí)現(xiàn)對(duì)壓裂孔的密封。但單個(gè)橡膠封孔器封孔往往因?yàn)槟z囊段孔壁不光滑導(dǎo)致封孔不嚴(yán)實(shí)，且封孔能夠承受的壓裂壓力有限。水泥砂漿封孔需要鉆孔達(dá)到一定的上傾角度，使得水泥凝結(jié)時(shí)的體積收縮空隙形成在鉆孔的上端，大部分的鉆孔在水泥凝結(jié)后被水泥充填密實(shí)。水泥砂漿封孔需要在現(xiàn)場(chǎng)攪拌水泥，施工工藝復(fù)雜、 工程量較大，水泥硬化需要很長時(shí)間。近水平孔和淺孔的煤層水力壓裂不適合水泥砂漿封孔。中國專利公告號(hào)CN 2175306 Y，公告日期1994年8月M日，發(fā)明創(chuàng)造名稱“一種煤層注水封孔器”，該技術(shù)方案公開了一種在注水管上串接有數(shù)個(gè)膠囊式封孔器的結(jié)構(gòu)。多膠囊封孔器可以彌補(bǔ)第一膠囊封孔器密封不嚴(yán)實(shí)的缺陷，能有效提高單一膠囊封孔器的封孔效果。但多膠囊封孔器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝繁瑣、制造成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種利用雙膠囊封孔裝置的煤礦井下水力壓裂封孔方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。一種煤礦井下水力壓裂孔的封孔方法，該方法利用雙膠囊封孔裝置進(jìn)行封孔，包括如下步驟
a、在抽采巷道內(nèi)利用鉆機(jī)鉆壓裂孔至設(shè)定深度，并按壓裂孔深度方向分布的巖石層性質(zhì)記錄相應(yīng)巖石層厚度；
b、根據(jù)壓裂孔的各性質(zhì)巖層的厚度確定雙膠囊封孔裝置的第一膠囊和第二膠囊之間的中間連接管長度并配制中間連接管；
C、組裝雙膠囊封孔裝置并將其置入壓裂孔中，使第一膠囊置于煤層底板層內(nèi)，第一膠囊前端位于煤層底板與煤層的交界處；
d、連接壓裂管線后開啟壓裂泵組，向煤層注水并實(shí)施壓裂，第一膠囊和第二膠囊分別與壓裂孔的對(duì)應(yīng)段孔壁形成密封。采用前述方案的本發(fā)明，由于采用雙膠囊裝置封孔，不會(huì)產(chǎn)生由于一個(gè)膠囊遇到孔壁不光滑而產(chǎn)生的封孔不密實(shí)的問題，兩個(gè)膠囊能夠起到互補(bǔ)的作用；本發(fā)明不但可以應(yīng)用于煤層、巖層孔的水力壓裂，也可以應(yīng)用于煤層注水、水力擠出等，無論壓裂孔是仰孔、 水平孔或俯孔均可采用本封孔方法，且可根據(jù)煤層賦存情況的不同采用不同的壓裂封孔方案，打孔即可封孔、封孔即可壓裂，比水泥封孔節(jié)省時(shí)間，在大規(guī)模的煤層水力壓裂中推廣應(yīng)用效率較高；還具有膨脹效果好、封孔嚴(yán)實(shí)、抗壓范圍廣、啟動(dòng)壓力低，且可在壓裂完成后，排水、卸壓、取出雙膠囊封孔裝置重復(fù)使用，直至膠囊損壞或遇到意外無法取出而報(bào)廢。優(yōu)選的技術(shù)方案，所述第二膠囊設(shè)置在另一性質(zhì)的巖層中。這樣兩個(gè)膠囊分別布置在各自的同一種巖性的巖層段，在進(jìn)行煤層水力壓裂的過程中，不會(huì)因?yàn)椴煌瑤r石遇水膨脹率不同而使得膠囊與孔壁之間產(chǎn)出縫隙而導(dǎo)致封孔不密實(shí)的問題。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是，無壓裂時(shí)因?yàn)閴毫岩盒孤淼陌踩[患，且封孔效率高、封孔效果好、實(shí)用范圍廣、抗壓范圍廣、啟動(dòng)壓力低、可重復(fù)利用。


圖1是本發(fā)明中采用雙膠囊封孔裝置在壓裂孔內(nèi)的安裝示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。參見圖1，一種煤礦井下水力壓裂孔的封孔方法，該方法利用雙膠囊封孔裝置進(jìn)行封孔，雙膠囊封孔裝置主要由連接導(dǎo)向頭1、篩管2、第一膠囊4、第二膠囊6、中間連接管12、 導(dǎo)向管5、后續(xù)連接管7，該方法利用包括如下步驟
a、在抽采巷道內(nèi)利用鉆機(jī)鉆壓裂孔8至設(shè)定深度，并按壓裂孔8深度方向分布的巖石層性質(zhì)記錄相應(yīng)巖石層厚度；
b、根據(jù)壓裂孔8的各性質(zhì)巖層的厚度確定雙膠囊封孔裝置的第一膠囊4和第二膠囊6 之間的中間連接管12長度并配制中間連接管12 ；
c、組裝雙膠囊封孔裝置，并將其置入壓裂孔8中，使第一膠囊4置于煤層底板11層內(nèi)， 第一膠囊4前端位于煤層底板11與煤層10的交界處，第二膠囊6設(shè)置在另一性質(zhì)的巖層 9中，兩個(gè)膠囊分別布置在各自的同一種巖性的巖層段；
d、連接壓裂管線后開啟壓裂泵組，向煤層注水并實(shí)施壓裂，第一膠囊4和第二膠囊6分別與壓裂孔8的對(duì)應(yīng)段孔壁形成密封。以上雖然結(jié)合了附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員也可以意識(shí)到對(duì)所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變化或修改，這些修改和變化應(yīng)理解為是在本發(fā)明的范圍和意圖之內(nèi)的。
權(quán)利要求
1.一種煤礦井下水力壓裂孔的封孔方法，該方法利用雙膠囊封孔裝置進(jìn)行封孔，包括如下步驟a、在抽采巷道內(nèi)利用鉆機(jī)鉆壓裂孔(8)至設(shè)定深度，并按壓裂孔(8)深度方向分布的巖石層性質(zhì)記錄相應(yīng)巖石層厚度；b、根據(jù)壓裂孔(8)的各性質(zhì)巖層的厚度確定雙膠囊封孔裝置的第一膠囊(4)和第二膠囊(6 )之間的中間連接管(12 )長度并配制中間連接管(12 )；c、組裝雙膠囊封孔裝置并將其置入壓裂孔(8)中，使第一膠囊(4)置于煤層底板(11) 層內(nèi)，第一膠囊(4)前端位于煤層底板(11)與煤層(10)的交界處；d、連接壓裂管線后開啟壓裂泵組，向煤層注水并實(shí)施壓裂，第一膠囊(4)和第二膠囊 (6)分別與壓裂孔(8)的對(duì)應(yīng)段孔壁形成密封。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下水力壓裂孔的封孔方法，其特征在于所述第二膠囊(6 )設(shè)置在另一性質(zhì)的巖層(9 )中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煤礦井下水力壓裂孔的封孔方法，該方法采用雙膠囊封孔裝置封孔，包括如下步驟a在抽采巷道內(nèi)利用鉆機(jī)鉆壓裂孔至設(shè)定深度，并按壓裂孔深度方向分布的巖石層性質(zhì)記錄相應(yīng)巖石層厚度；b根據(jù)壓裂孔的各性質(zhì)巖層的厚度確定雙膠囊封孔裝置的第一膠囊和第二膠囊之間的中間連接管長度并配制中間連接管；c組裝雙膠囊封孔裝置并將其置入壓裂孔中，使第一膠囊置于煤層底板層內(nèi)，第一膠囊前端位于煤層底板與煤層的交界處；d連接壓裂管線后開啟壓裂泵組，向煤層注水并實(shí)施壓裂，第一膠囊和第二膠囊分別與壓裂孔的對(duì)應(yīng)段孔壁形成密封。本發(fā)明的有益效果是，無壓裂時(shí)因?yàn)閴毫岩盒孤淼陌踩[患，且封孔效率高、封孔效果好、實(shí)用范圍廣、抗壓范圍廣、可重復(fù)利用。
文檔編號(hào)E21B33/122GK102561989SQ20121003908
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月21日
發(fā)明者何興玲, 余模華, 周東平, 周聲才, 張正輝, 沈大富, 王文春, 王聯(lián), 王長秀, 郭臣業(yè), 陳坤, 龍官波 申請(qǐng)人:重慶市能源投資集團(tuán)科技有限責(zé)任公司