[發(fā)明專利]一種煤礦井下壓裂密封裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310700190.3
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN103742115A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林柏泉;劉謙;朱傳杰;江丙友;于俊洋;洪溢都;孫豫敏
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B33/10
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 楊曉玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鉆孔密封裝置及方法，尤其是一種適用于煤礦井下壓裂的密封裝置及方法。

背景技術(shù)

我國煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，高瓦斯煤層占50～70%，而高瓦斯低透氣性煤層又占其中的70%左右。高瓦斯低透氣性煤層的開采往往伴隨大量瓦斯涌出，特別是隨著煤炭生產(chǎn)的高效集約化和開采深度的增加，瓦斯涌出量越來越大，瓦斯爆炸和瓦斯突出危險的威脅也越來越大，瓦斯災(zāi)害已成為制約高校集約化開采技術(shù)發(fā)展和安全生產(chǎn)的最重要因素。因此，如何解決高瓦斯煤層開采過程中的瓦斯涌出問題，對煤礦安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

為了進(jìn)行礦井瓦斯防治，首先要解決的如何提高低透氣性煤層的透氣性的難題。為此，煤礦常采用井下煤層高水力壓裂、深空松動爆破等技術(shù)對煤體進(jìn)行泄壓增透，這些技術(shù)都需要在煤層進(jìn)行鉆孔，通過注入高壓水或者炸藥爆炸產(chǎn)生的能量使得煤體產(chǎn)生裂隙，提高煤層透氣性。其中一個技術(shù)難題就是鉆孔高壓密封問題，如對煤層實施高水力壓裂，為了在煤體內(nèi)部形成有效的裂隙網(wǎng)絡(luò)，對于埋藏深度1000m的煤層，鉆孔的密封能力需要承受30MPa以上的水壓，否則鉆孔出現(xiàn)漏水而影響壓裂效果。為了保證水力壓裂的質(zhì)量和壓裂成功率，開發(fā)高壓鉆孔密封設(shè)備成為當(dāng)務(wù)之急。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)中的不足之處，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、承壓能力高、密封效果好的煤礦井下壓裂密封裝置。

技術(shù)方案：本發(fā)明的煤礦井下壓裂密封裝置，包括經(jīng)聚氨酯封孔段固定于鉆孔內(nèi)的注水管、回漿管和注漿管，其中，注水管穿過前后聚氨酯封孔段，回漿管和注漿管進(jìn)入由前后聚氨酯封孔段封堵與鉆孔所形成的空間內(nèi)，進(jìn)入封堵空間的回漿管長于進(jìn)入封堵空間的注漿管，所述注水管前部的管壁周圍間隔設(shè)有多個安全閥，注水管的前端套裝有傘式支撐裝置，所述的傘式支撐裝置包括傘形支撐架、支撐管、滑動箍、活塞桿、活塞，其中，傘形支撐架的外撐桿前部鉸接在支撐管上，傘形支撐架的內(nèi)撐桿鉸接在滑動箍上，滑動箍經(jīng)活塞桿連接可在支撐管內(nèi)部向前移動的活塞，所述滑動箍與支撐管相配合的管段上對稱開有可使滑動箍向前移動的導(dǎo)軌槽。

所述的滑動箍包括套裝在支撐管上的外套管，外套管內(nèi)設(shè)有固定活塞桿的內(nèi)套管，內(nèi)套管與外套兩側(cè)連有可在支撐管導(dǎo)軌槽內(nèi)移動的連接塊；所述的活塞桿兩端分別與活塞和支撐管的內(nèi)套管螺紋連接；所述的滑動箍與支撐管相配合的管段前部設(shè)有阻擋滑動箍后退的彈性支撐卡；所述的安全閥的壓力設(shè)定為6MPa。

使用上所述裝置的煤礦井下壓裂密封方法，包括如下步驟：

（a）打鉆，根據(jù)施工方案設(shè)計的鉆孔方位進(jìn)行打鉆，向煤壁設(shè)定深度的鉆孔；

（b）裝置組裝，在注水管的前端套裝傘式支撐裝置，將傘式支撐裝置的傘形支撐架連接到支撐管上，通過活塞桿將滑動箍和活塞螺紋連接在一起，再將滑動箍通過導(dǎo)軌槽套裝在支撐管上，此時，傘形支撐架處于收縮狀態(tài)；

（c）送管，在前部裝有安全閥的注水管的上綁扎聚氨酯封孔帶，之后將注水管送入鉆孔內(nèi)，直至設(shè)定位置，再將注漿管和回漿管送入鉆孔內(nèi)，同時在注水管、注漿管和回漿管進(jìn)入鉆孔段綁扎聚氨酯封孔帶，將鉆孔孔口堵住；

（d）注漿，通過注漿泵將水泥漿液注入前后聚氨酯封孔段封堵的鉆孔內(nèi)，侍回漿管內(nèi)流出漿液時，關(guān)閉回漿管上的閥門，繼續(xù)注漿1～2min后關(guān)閉注漿泵，完成前后聚氨酯封孔段封堵鉆孔內(nèi)的封堵；

（e）注水，設(shè)定初始壓力水為5MPa，通過注水泵將壓力為5MPa的高壓水通過注水管注入鉆孔中，在5MPa高壓水的作用下，支撐管內(nèi)的活塞被往前推移，帶動與活塞桿相連的滑動箍向前移動，鉸接在滑動箍上的傘形支撐架撐開，穿刺到煤體中，隨著高壓水不斷注入，高壓水的壓力不斷擠壓前后聚氨酯封孔段，從而使傘形支撐架刺入煤體越深；

（f）壓裂，提高注水的壓力，直至最后注水壓力≥15MPa，當(dāng)注水壓力超過安全閥設(shè)定的6MPa壓力時，安全閥被沖開，高壓水從安全閥的入口噴出進(jìn)入鉆孔，對鉆孔實施壓裂作業(yè)。

有益效果：本發(fā)明提供的密封裝置，起到一種機(jī)械密封的效果。當(dāng)傘式密封裝置送入鉆孔時，裝置呈收縮狀，便于裝置送入鉆孔。在裝置打開階段，水壓不足以使安全閥打開，而可以將活塞向左推，從而滑動箍向左移動，使裝置在滑動箍的推動作用下張開。支撐管上有止回槽，可以避免高壓水將管箍推開，進(jìn)而避免傘形支撐架的收縮。當(dāng)高壓水注入鉆孔的時候，高壓水就會擠壓封孔段，從而可以使傘形支撐架刺入煤體的就越深，提高了封孔段承壓能力，進(jìn)而可以提高注水的壓力，提高壓裂效果。