[發明專利]煤礦井下超高壓壓裂孔的鉆孔封孔方法及封孔裝置

有效

• 申請號: 201110265107.5
• 申請日: 2011-09-08
• 公開（公告）號: CN102287163A
• 公開（公告）日: 2011-12-21
• 發明（設計）人: 余模華;沈大富;郭臣業;周東平;廖金華;王聯;王文春
• 申請（專利權）人: 重慶市能源投資集團科技有限責任公司
• 主分類號: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13
• 代理公司: 重慶創新專利商標代理有限公司 50125
• 代理人: 宮兆斌

技術領域

本發明涉及煤層瓦斯抽采技術領域，特別是一種煤礦井下超高壓壓裂孔的鉆孔封孔方法以及用于該封孔方法的封孔裝置。

背景技術

煤層瓦斯是一種潔凈能源，但對煤礦生產而言更是一種災害源。如何實現采煤之前瓦斯的預抽，達到資源開發利用和煤礦減災的雙重目的，一直是人們關注的焦點。特別是隨著開采深度的增加、資源需求的日益強烈、國家一系列關于煤礦瓦斯災害治理強制措施和煤層氣開發利用鼓勵政策的出臺，都迫切要求有一套系統的、完整的、地面與井下相結合的瓦斯抽采工藝技術。特別是新的防突規定更加強調了區域瓦斯治理的重要性，要求“不掘突出頭、不采突出面”，以往突出煤層掘進的“四位一體”方案已經難以滿足新規定的要求。重慶地區所屬煤礦多為突出煤層，瓦斯災害是制約煤礦安全、高效生產的第一因素，現行的瓦斯治理措施已難以滿足高效生產的需求，迫切需要一種新型的區域和局部治理工藝，以徹底改變目前消突困難、接替緊張的局面。水力壓裂正是為了滿足這一生產需求而誕生的一種集區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的一種成熟技術移植到井下，根據煤體結構的不同采用不同的壓裂方案，達到增透、提高抽采效率、縮短抽采時間的目的。水力壓裂是一種適應性強、增透效果明顯的工藝技術。

高壓水力壓裂鉆孔的封孔方法是制約這一工藝產業化運行的關鍵。傳統的封孔方法一般是使用膠管注水，用橡膠封孔器封孔或是采用單根鐵管注水，在孔口使用黃泥、水泥封孔。使用橡膠封孔器封孔是靠高壓水使橡膠封孔器膨脹壓緊孔壁來封閉鉆孔，封孔效果不好，隨注水泵開停會有大量的水從孔內回流，且封孔深度有限。使用單根鐵管加黃泥、水泥封孔是將鐵管伸入鉆孔后在孔口灌注黃泥和水泥進行封孔，需要在現場攪拌水泥，施工工藝復雜、工程量較大，水泥硬化需要很長時間，且使用一段時間后水泥與孔壁之間會形成縫隙而漏水。一旦封孔失敗發生漏水，水流短路回流，注水就將不起作用。重復施工不但加大工程量，損失材料，還會浪費大量時間，貽誤瓦斯抽采時機。

中國專利公告號CN101294500B，公告日期2010年9月8日，發明創造名稱“大直徑抽采鉆孔高壓注漿封孔方法”。該方法包括在煤層中施工一封孔段孔，在封孔段孔內置入封孔管，封孔管與封孔段孔的孔壁之間預留注漿腔，在注漿腔的兩個相對的位置分別設置注漿管和回漿管，在封孔段孔口一段上采用聚氨酯封堵，再采用高壓注漿泵注漿經養護一段時間后形成封孔段。之后，再在封孔管的內腔中施工一抽采孔，注漿壓力可達4MPa以上，其封堵效果有所提高。但該方法在封堵施工完成后再鉆抽采孔，且是再封孔管內進行，因此，在鉆抽采孔時存在損壞封孔管的隱患。同時，由于其封孔壓力具有一定的局限性，不適用于高壓水力壓裂鉆孔的封孔。

目前，有一種高壓水力壓裂鉆孔的封孔方法，包括在煤巖體上鉆一封堵孔；在封堵孔內繼續向里鉆一直徑小于封堵孔的壓裂孔；將煤礦井下超高壓壓裂封孔裝置送入封堵孔中，在封堵孔的孔口一定長度段用聚氨酯封孔并固結一定時間；由注漿管向封堵孔壓力灌注水泥漿，當水泥漿從返漿管外部管口流出后停止注漿并固結一段時間后形成對高壓水力壓裂鉆孔的封堵。這種方式封堵孔的鉆孔深度可達15m~50m、直徑可控制在100mm左右，壓裂孔孔徑可控制在80mm左右，但這種封堵方式存在的主要問題是，當注漿壓力升高到一定程度后，水泥漿就會從壓裂孔孔口流入壓裂孔中，造成堵塞壓裂管前端的出水孔，從而影響壓裂效果。當注漿壓力足夠大后，甚至會從水泥漿還會進入壓力管內，堵塞壓裂管管孔，造成不能壓裂的后果。為此，需要進一步改進。

發明內容

本發明的第一的目的就是針對現有技術的不足，提供一種高壓水力壓裂鉆孔的封孔方法。使用該方法在進行注漿封堵時，能有效防止水泥漿堵塞壓裂管，提高封孔質量和成功率。

為實現第一目的，本發明采用如下技術方案。

一種煤礦井下超高壓壓裂孔的鉆孔封孔方法，包括以下順序進行的步驟：

a?在煤巖體上鉆一深度為15m~50m的封堵孔；

b?在封堵孔內繼續向里鉆一直徑小于封堵孔的壓裂孔；

c?將煤礦井下超高壓壓裂封孔裝置送入封堵孔中，使煤礦井下超高壓壓裂封孔裝置設有的注漿管、返漿管及壓裂管的管口露出封堵孔孔口外部；注漿管設有注漿孔的底端距封堵孔孔口適當距離，返漿管設有的返漿孔的底端距封堵孔孔底適當距離，壓裂管的出水孔伸入壓裂孔中；

d?在封堵孔的孔口1m長度段用聚氨酯封孔并固結一定時間；

e?由注漿管向封堵孔內壓力灌注水泥漿，當水泥漿從返漿管外部管口流出后停止注漿，順序關閉返漿管和注漿管上設有的截止閥并固結一段時間；