煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法
【專利摘要】一種煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法，水力壓裂鉆孔施工完畢后，將pvc管二、梭形pvc管、pvc管一依次連接好送入鉆孔，直至pvc管一外露端距孔口0.1m位置處，梭形pvc管內(nèi)徑由兩端向中間均勻漸變小，距pvc管二最前端2m和距孔口1m處分別使用聚氨酯封堵。利用注漿管封堵之間的空間進(jìn)行注漿。待漿液凝固，利用壓裂管將高壓膠囊送至梭形pvc管內(nèi)側(cè)1m處。將高壓膠囊膨脹后，通過壓裂管進(jìn)行水力壓裂。水力壓裂結(jié)束后，對高壓膠囊卸壓后取出。將pvc管與井下瓦斯管網(wǎng)連接，進(jìn)行瓦斯抽采。該封孔方法能夠滿足水力壓裂鉆孔的耐高壓及瓦斯抽采鉆孔的密封性要求，且高壓膠囊能夠重復(fù)利用，工藝簡單，無安全隱患，顯著提高了水力壓裂效率。
【專利說明】煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法，屬于煤礦井下水力壓裂相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其適用于煤礦井下本煤層水力壓裂鉆孔的封孔問題。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，防治煤礦瓦斯災(zāi)害的根本性方法是進(jìn)行瓦斯抽采，由于自然因素作用，我國煤層瓦斯賦存含量普遍較高，高瓦斯、低透氣性煤層占70%左右，開采前的抽采難度大，使得瓦斯災(zāi)害已成為制約煤礦安全生產(chǎn)的主要因素。煤礦瓦斯治本措施主要是通過鉆孔進(jìn)行瓦斯抽采。但是，常規(guī)的瓦斯抽采存在鉆孔有效影響范圍小(鉆孔間距2 m左右)、區(qū)域瓦斯抽采需要的鉆孔數(shù)量多(每個(gè)開采工作面需要數(shù)百至上千個(gè)鉆孔)、鉆孔施工工程量大、抽采瓦斯?jié)舛鹊汀?0 %，甚至<10 %)、抽采效果差和抽采時(shí)間長等問題，不能適應(yīng)安全生產(chǎn)的需要。隨著煤層瓦斯治理研究工作的深入開展，水力壓裂技術(shù)在遵循卸壓增透、排放瓦斯和改變煤體物理力學(xué)性質(zhì)的等原則的前提下，很好的解決了鉆孔影響范圍小、鉆孔施工量大、煤體透氣性差的問題，提高了瓦斯抽采效果，在國內(nèi)多個(gè)礦井應(yīng)用并取得了較好的效果。但在應(yīng)用過程中也出現(xiàn)了很多問題，其中，水力壓裂鉆孔的封孔就是其中最常見的問題之一 O
[0003]水力壓裂鉆孔封孔常用的封孔方法有兩種:金屬管加水泥砂漿封孔、膠囊封孔器封孔。金屬管加水泥砂漿封孔主要是采用金屬管作為注水壓裂管，注水壓裂管周圍注入水泥砂漿，利用凝固的水泥砂漿封堵鉆孔。該方法具有原材料易得、價(jià)格低廉、操作方便、速度快等優(yōu)點(diǎn)，水泥砂漿對鉆孔周圍巖體的裂隙有一定的封堵作用，而且耐壓強(qiáng)度大，能夠滿足水力壓裂高密封、高強(qiáng)度封孔的要求。該方法尤其適用于大仰角或者大俯角水力壓裂鉆孔封孔。但金屬管加水泥砂漿封孔的不足之處在于:在煤層使用時(shí)，大量的金屬管被留在煤體中，為后期回采埋下隱患；而且采用的金屬管一般內(nèi)徑較小，影響瓦斯抽采流量。
[0004]膠囊封孔器封孔主要是通過壓縮封孔器上的膠圈，引起膠圈的徑向膨脹來實(shí)現(xiàn)鉆孔密封的目的，膠囊封孔器封孔一般適用于巖層發(fā)育致密的鉆孔。其操作方便，一般情況下膠囊可以回收。但由于該方法為滿足封孔效果，膠囊直徑一般較大，煤壁不光滑時(shí)較難送入鉆孔，對鉆孔質(zhì)量要求較高；煤層中使用膠囊時(shí)，水力壓裂之后可能取不出；水力壓裂過程中，當(dāng)膠囊和鉆孔壁接觸不平整時(shí)，易漏水，導(dǎo)致壓裂失?。凰毫呀Y(jié)束后，取出膠囊后，需要重新對鉆孔進(jìn)行封孔，以便抽采瓦斯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是克服已有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種方法簡單、能夠?qū)崿F(xiàn)高壓膠囊重復(fù)利用、封孔效果好、提高水力壓裂效率的煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法，包括在煤層中施工一個(gè)水力壓裂鉆孔，還包括以下步驟: a.在施工完成后的水力壓裂鉆孔內(nèi)先送入pvc管二直至設(shè)定位置，然后在pvc管二外端部連接一個(gè)管徑與PVC管二相同的梭形pvc管,再在梭形pvc管外端連接管徑與其相同的PVC管一,之后，將梭形PVC管和pvc管一送入水力壓裂鉆孔內(nèi)，直至pvc管一外露端距離孔口 0.1m位置處；
b.在pvc管一與水力壓裂鉆孔壁面之間的空隙放置注漿管，對鉆孔內(nèi)距pvc管二前端2m和pvc管一距孔口 Im處分別用聚氨酯進(jìn)行封堵；
C.通過注漿管向PVC管一、梭形PVC管、PVC管二與水力壓裂鉆孔壁面之間的空隙進(jìn)行常規(guī)注漿；
d.漿液完全凝固后，將連有高壓膠管的高壓膠囊穿套在壓裂管上，通過壓裂管將高壓膠囊送至距梭形pvc管內(nèi)側(cè)Im處；
e.利用加壓泵和高壓膠管將高壓膠囊加壓至8MPa后關(guān)閉閥門，將壓裂管連接水力壓裂設(shè)備，進(jìn)行水力壓裂；
f.水力壓裂結(jié)束后，打開閥門使高壓膠囊完全卸壓，并取出高壓膠囊；
g.當(dāng)水力壓裂鉆孔水排盡后，將Pvc管一與井下瓦斯管網(wǎng)連接，進(jìn)行瓦斯抽采。
[0007]所述的梭形pvc管的長度為0.5-lm,其外徑為75mm,內(nèi)徑為由兩端的60mm均勻漸變至中部為52mm。
[0008]所述的pvc管一的長度為2_4m。
[0009]所述的pvc管一和pvc管二的外徑為75mm,內(nèi)徑為60mm。
[0010]有益效果:由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明可避免金屬管留在煤體中，增大了后期瓦斯抽采管直徑，增強(qiáng)了鉆孔密封性，避免了漏水導(dǎo)致壓裂失敗，并簡化了水力壓裂工藝，水力壓裂之后能及時(shí)瓦斯抽采；鉆孔密封性強(qiáng)，工藝簡單，無安全隱患，高壓膠囊能夠重復(fù)利用，降低封孔成本。在現(xiàn)場應(yīng)用中能夠大幅提高水力壓裂的成功率和瓦斯抽采效果。高壓膠囊的回收率為100%，封孔成本較金屬管加水泥砂漿封孔方法降低50%，較普通膠囊封孔器封孔方法成本降低30%。使瓦斯抽采濃度提高30%?100%，瓦斯流量提高20%?80%。在本【技術(shù)領(lǐng)域】內(nèi)具有廣泛的實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法示意圖；
圖2是梭形pvc管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1-1 - pvc管一，1-2—梭形pvc管，1-3 — pvc管二，2—高壓膠囊，3—聚氨酯，4一注漿管，5—高壓膠管，6—壓裂管，7—加壓泵，8 —閥門，9一水力壓裂鉆孔，10—管箍。
[0013]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述:
本發(fā)明的煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法，具體步驟如下:
a.首先按常規(guī)方法在煤層中施工一個(gè)孔徑為113mm的鉆孔作為水力壓裂鉆孔9，在施工完成后的水力壓裂鉆孔9內(nèi)先送入外徑為75mm、內(nèi)徑為60mm的pvc管二 1-3直至設(shè)定位置，然后在pvc管1-3外端部連接一個(gè)管徑與pvc管二 1-3相同梭形pvc管1-2,如圖2所示，再在梭形pvc管1-2外端連接管徑與其相同的pvc管一 1-1，之后，將梭形pvc管1-2和pvc管一 1-1送入水力壓裂鉆孔9內(nèi)，直至pvc管一 1-1外露端距離孔口 0.1m位置處，pvc管一 1-1的長度為2-4m,梭形pvc管1_2的長度為0.5_lm,其外徑為75mm,內(nèi)徑為由兩端的60mm均勻漸變至中部為52mm,梭形pvc管1-2的兩端分別經(jīng)管箍10與pvc管一 1-1和pvc管二 1-3連接在一起；
b.在pvc管一1-1與水力壓裂鉆孔9壁面之間的空隙放置注漿管4，對鉆孔內(nèi)距pvc管二 1-3前端2m和pvc管一 1-1距孔口 Im處分別用聚氨酯3進(jìn)行封堵；
c.通過注衆(zhòng)管4向pvc管一1-1、梭形pvc管l-2、pvc管二 1_3與水力壓裂鉆孔9壁面之間的空隙進(jìn)行常規(guī)注漿；
d.漿液完全凝固后，將連有高壓膠管5的高壓膠囊2穿套在壓裂管6上，通過壓裂管6將高壓膠囊2送至距梭形pvc管1-2內(nèi)側(cè)Im處，高壓膠囊2的外徑應(yīng)小于梭形pvc管1_2中部最小直徑；
e.利用加壓泵7和高壓膠管5將高壓膠囊2加壓至8MPa后關(guān)閉閥門8，此時(shí)高壓膠囊2在壓力水的作用下膨脹，與pvc管緊密接觸，封住pvc管出口，將壓裂管6與水力壓裂設(shè)備連接，進(jìn)行水力壓裂，當(dāng)高壓膠囊2受到來自鉆孔中的壓力時(shí)，向梭形pvc管1-2的梭形段移動，牢牢封住Pvc管出口，確保水力壓裂安全、高效；
f.水力壓裂結(jié)束后，打開閥門8使高壓膠囊2完全卸壓后，取出高壓膠囊2；
g.當(dāng)水力壓裂鉆孔9水排盡后，將pvc管一1-1與井下瓦斯管網(wǎng)連接，進(jìn)行瓦斯抽采。
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法，包括在煤層中施工一個(gè)水力壓裂鉆孔(9)，其特征在于，還包括以下步驟: a.在施工完成后的水力壓裂鉆孔(9)內(nèi)先送入pvc管二(1-3)直至設(shè)定位置，然后在pvc管二(1-3)外端部連接一個(gè)管徑與pvc管二(1-3)相同的梭形pvc管(1_2),再在梭形pvc管(1-2)外端連接管徑與其相同的pvc管一(1-1),之后,將梭形pvc管(1_2)和pvc管一(1-1)送入水力壓裂鉆孔(9)內(nèi)，直至pvc管一(1-1)外露端距離孔口 0.1m位置處； b.在pvc管一(1-1)與水力壓裂鉆孔(9)壁面之間的空隙放置注漿管(4)，對鉆孔內(nèi)距pvc管二(1-3)前端2m和pvc管一(1_1)距孔口 Im處分別用聚氨酯(3)進(jìn)行封堵； c.通過注衆(zhòng)管(4)向pvc管一(1-1)、梭形pvc管(1-2)、pvc管二(1_3)與水力壓裂鉆孔(9)壁面之間的空隙進(jìn)行常規(guī)注漿； d.漿液完全凝固后，將連有高壓膠管(5)的高壓膠囊(2 )穿套在壓裂管(6 )上，通過壓裂管(6 )將高壓膠囊(2 )送至距梭形pvc管(1-2 )內(nèi)側(cè)Im處； e.利用加壓泵(7)和高壓膠管(5)將高壓膠囊(2)加壓至SMPa后關(guān)閉閥門(8)，將壓裂管(6)連接水力壓裂設(shè)備，進(jìn)行水力壓裂； f.水力壓裂結(jié)束后，打開閥門(8)使高壓膠囊(2 )完全卸壓，并取出高壓膠囊(2 ); g.當(dāng)水力壓裂鉆孔(9)水排盡后，將pvc管一(1-1)與井下瓦斯管網(wǎng)連接，進(jìn)行瓦斯抽米。
2.根據(jù)權(quán)利I要求的煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法，其特征在于:所述的梭形pvc管(1-2)的長度為0.5-lm,其外徑為75mm,內(nèi)徑為由兩端的60mm均勻漸變至中部為52mm。
3.根據(jù)權(quán)利I要求的煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法，其特征在于:所述的pvc管一(1-1)的長度為2-4m。
4.根據(jù)權(quán)利I要求的煤礦井下水力壓裂鉆孔組合式封孔方法，其特征在于:所述的pvc管一 (1-1)和pvc管二 (1-3)的外徑為75mm,內(nèi)徑為60mm。
【文檔編號】E21B33/12GK103541679SQ201310483101
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】翟成, 林柏泉, 李全貴, 倪冠華, 彭深, 余旭 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)