[發明專利]分段水力壓裂煤層卸壓裝置及卸壓方法

無效

• 申請號: 201210189166.3
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN102704905A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王魁軍;富向;王宇鹍;李江濤;張勁松;劉文波;曲曉明;楊宏偉;王路軍
• 申請（專利權）人: 煤炭科學研究總院沈陽研究院
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21F7/00
• 代理公司: 遼寧沈陽國興專利代理有限公司 21100
• 代理人: 李叢

技術領域

本發明涉及井下煤層水力壓裂裝置及方法，尤其是涉及分段水力壓裂煤層卸壓裝置及卸壓方法。

背景技術

由于高瓦斯、低透氣性煤層中的瓦斯很難預抽，導致在高瓦斯及煤與瓦斯突出礦井采掘作業過程中大量的瓦斯涌出，容易造成工作面瓦斯超限，甚至發生煤與瓦斯突出事故。隨著煤炭生產向高效集約化發展和開采深度的不斷增加，該問題越來越制約煤礦安全生產。在不具備保護層開采條件的煤與瓦斯突出礦井中，預抽突出煤層瓦斯成為一種重要的區域防突措施。如何增大鉆孔的有效影響范圍，提高煤層瓦斯預抽效果，一直受到煤炭行業的廣泛關注。目前國內外研究出了多種方法來提高瓦斯抽采率，交叉鉆孔、密集鉆孔、大直徑鉆孔、水力沖孔、水力割縫、加砂致裂預抽等是其中較有效的手段。但這些方法多數存在鉆孔施工工程量大、有效影響范圍小和抽采時間長等問題。

目前水力壓裂技術應用在煤層強化抽放瓦斯領域，通過地面鉆孔對煤層實施壓裂，并進行了現場試驗，取得了顯著效果。但由于工藝復雜，壓裂設備重達上幾十噸至上百噸，在井下受限的空間內無法使用，該技術也沒有在井下得到大面積推廣和應用，在地面鉆孔應用較多。即井下煤層鉆孔水力壓裂需要的高水壓與大流量與井下巷道受限空間形成了矛盾。若能簡化水力壓裂工藝，降低對壓裂系統對流量要求，則可使壓裂設備小型化，則可在井下大面積推廣應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供分段水力壓裂煤層卸壓裝置，在水力壓裂煤層卸壓方法中應用，該裝置體積小、適合于在井下受限的空間內使用。

為了解決現有技術存在的問題，本發明采用的技術方案是：

分段水力壓裂煤層卸壓裝置，包括有高壓水力泵站，高壓水力泵站通過高壓膠管、鋼制推桿與分段水力壓裂封孔器相連，所述的鋼制推桿與分段水力壓裂封孔器放置在壓裂鉆孔內，所述的分段水力壓裂封孔器包括有封孔膠囊、分水器、減壓閥和端蓋，分水器的中間部位設置有與減壓閥相連的出水口，分水器至少外側端連接有封孔膠囊，封孔膠囊與鋼制推桿相連，分水器的內側端設置有端蓋。

所述的分水器的內側端與端蓋之間設置有封孔膠囊。

所述的分水器的內外兩側連接的封孔膠囊的數量至少為一個，相鄰封孔膠囊之間串聯連接。

所述的封孔膠囊的收縮直徑?40mm～60mm,膨脹直徑60～80mm，封孔膠囊的長度為1m～2m。

分段水力壓裂煤層卸壓方法，通過高壓水力泵站使水流經過鋼制推桿流至分段水力壓裂封孔器，通過封孔器內設的減壓機構后由出水口注入煤體進行水力壓裂。在水流進入分段水力壓裂封孔器時，使設在出水口兩側的封孔膠囊膨脹，將出水口兩側的壓裂鉆孔密封，使高壓水僅作用在兩段封孔膠囊之間的范圍，對煤體進行水力壓裂。

在進行水力壓裂時，在同一壓裂鉆孔中由內向外，實施分段壓裂，即一個點的壓裂完成后，關閉高壓水，封孔膠囊隨之收縮，將分段水力壓裂封孔器回撤一段距離后繼續實施壓裂，直至壓完整個鉆孔，兩點間距為2m～10m。

在進行水力壓裂時，在壓裂鉆孔周圍平行施工控制孔，壓裂結束后，控制孔與壓裂鉆孔作為瓦斯抽放孔，控制孔與壓裂鉆孔間距在5m～20m之間。

在進行水力壓裂時鉆孔的密封是采用本身壓裂水實現的自密封。

在進行水力壓裂時水壓為10～47MPa，初始壓力10Mpa，流量為50～200L/min。

本發明所具有的優點與效果是：

本發明分段水力壓裂煤層卸壓裝置包括有高壓水力泵站、高壓膠管、鋼制推桿、分段水力壓裂封孔器。用推桿將封孔器送入壓裂鉆孔后，水流從高壓水力泵站出發，通過設有截止閥的高壓膠管以及鋼制推桿至分段水力壓裂封孔器，通過封孔器內設的減壓機構后由出水口注入煤體進行水力壓裂。水流同時使設在出水口兩側的封孔膠囊膨脹以起到密封作用，使壓裂范圍控制在兩段膠囊之間。由于減壓機構的作用使封孔膠囊壓力始終大于出水口壓力而實現自密封，不需要另外的壓力源和管道來膨脹膠囊。在井下煤層鉆孔實施水力壓裂時，將鉆孔分為數段，分別對各段進行壓裂，每次壓裂作用范圍較小。而壓裂時水壓力取決于煤體對水的滲流速度，而壓裂作用范圍較小時滲流速度也比較小，因此在較小流量情況下即可產生較大的水壓力，使小流量下實現了井下煤體的水力壓裂，這樣使水力泵站的體積大大縮小而適應井下受限的空間條件。同時施工與壓裂鉆孔平行的控制孔為分段水力壓裂增加自由面，以及排水的通道，同時也可由高壓水排出煤鉆屑，起到疏松作用。最終使水力壓裂鉆孔與控制鉆孔之間的煤體壓穿，煤體被破壞后，煤層的卸壓范圍大、整體卸壓充分，有效地縮短了煤層預抽時間，提高抽采率。

附圖說明