[發(fā)明專利]一種煤礦井下煤層注水和水力壓裂鉆孔密封的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510934648.0
• 申請(qǐng)日: 2015-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN105422043A
• 公開（公告）日: 2016-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林柏泉;宋吳兵;郝志勇;孫煒浩;李博洋;萬(wàn)元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B33/13
• 分類號(hào): E21B33/13
• 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的方法，尤其是一種適用于煤礦井下煤層注水和水力壓裂鉆孔密封的方法。

背景技術(shù)

高瓦斯低透氣性突出煤層瓦斯高效抽采是瓦斯治理的關(guān)鍵性難題，水力壓裂技術(shù)具有增大煤層透氣性、降低地應(yīng)力及增大卸壓范圍等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)防治煤礦瓦斯災(zāi)害及煤層氣開采起到了很好的作用。煤層注水作為防塵、防治煤與瓦斯突出、軟化煤體以及提高頂煤冒放性等重要的工業(yè)性措施，在煤礦生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。這兩項(xiàng)技術(shù)是煤礦治理災(zāi)害的主要手段，而高質(zhì)量的封孔是這兩項(xiàng)技術(shù)成功的前提和保障。若封孔長(zhǎng)度不足，封孔質(zhì)量較差，孔內(nèi)的高壓水會(huì)通過鉆孔及鉆孔周邊的裂隙滲漏出來(lái)；若封孔長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則會(huì)增加封孔成本。現(xiàn)有技術(shù)只是對(duì)注漿材料和封孔裝置進(jìn)行改進(jìn)來(lái)提高密封效果，而在現(xiàn)場(chǎng)時(shí)注漿材料很難精確配比，封孔裝置又難以封住鉆孔周圍的裂隙，因此還需提出更具有廣泛適用性的封孔方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種方法簡(jiǎn)單、省時(shí)、省力、節(jié)約成本、封孔效果好的煤礦井下煤層注水和水力壓裂鉆孔密封的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的煤礦井下煤層注水和水力壓裂鉆孔密封的方法，包括如下步驟：

a.利用鉆割一體化設(shè)備在煤巖體上施工煤層注水或水力壓裂的鉆孔，鉆孔鉆至預(yù)定深度后緩慢退鉆；

b.當(dāng)鉆頭退至離孔口的距離為L(zhǎng)₁+L₂時(shí)，開始對(duì)煤/巖體進(jìn)行第一次割縫，形成一個(gè)圓形縫槽，而后在退鉆過程中每隔一段距離進(jìn)行一次割縫，形成一個(gè)又一個(gè)的圓形縫槽，直至退鉆離孔口距離為L(zhǎng)₁的位置時(shí)停止割縫并完全退鉆；

c.將高壓管固定在封孔裝置上并形成一個(gè)整體，一并塞入至鉆孔內(nèi)，所述高壓管前后兩端露出封孔裝置的長(zhǎng)度均為300～500mm，所述封孔裝置采用分體組合式，由注漿管、回漿管、前堵頭和后堵頭組成，注漿管和回漿管伸入到后堵頭內(nèi)，注漿管上設(shè)有注漿管閥門，回漿管上設(shè)有回漿管閥門；

d.通過注漿管向前堵頭和后堵頭之間的鉆孔及圓形縫槽內(nèi)進(jìn)行注漿，當(dāng)回漿管回漿時(shí)停止注漿，關(guān)閉注漿管閥門和回漿管閥門；

e.侍漿液凝固后，將高壓管連接到高壓泵上進(jìn)行煤層注水或水力壓裂的作業(yè)。

每一次割縫的時(shí)間為2～6min，割縫的壓力為15～25MPa，相鄰圓形縫槽之間的距離為300～500mm。

所述距離L₁和L₂的長(zhǎng)度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況預(yù)先的設(shè)定，但距離L₁+L₂的長(zhǎng)度必須大于鉆孔應(yīng)力降低區(qū)的長(zhǎng)度。

所述前堵頭和后堵頭的數(shù)量分別不能少于三個(gè)，且堵頭與堵頭之間的距離不得大于200mm。

有益效果：煤層注水和水力壓裂是煤礦治理災(zāi)害的主要手段，高質(zhì)量的封孔是這兩項(xiàng)技術(shù)成功的前提和保障。若封孔長(zhǎng)度不足，封孔質(zhì)量較差，孔內(nèi)的高壓水會(huì)通過鉆孔及鉆孔周邊的裂隙滲漏出來(lái)；若封孔長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則會(huì)增加封孔成本。為了降低成本，縮短封孔的長(zhǎng)度且提高封孔的質(zhì)量，為了降低成本縮短封孔的長(zhǎng)度且提高封孔的質(zhì)量，本發(fā)明提出了在鉆孔封孔段內(nèi)割縫形成圓形縫槽并注漿的封孔方法，所形成的圓形縫槽可以擴(kuò)大漿液的滲透范圍，提高封孔段固結(jié)體與鉆孔的粘結(jié)力，水力割縫能夠增加鉆孔周圍煤巖透氣性，因此可以擴(kuò)大漿液的滲透范圍，注漿后所形成的多個(gè)圓形縫槽固結(jié)體可以提高整個(gè)固結(jié)體與鉆孔的粘結(jié)力，本方法簡(jiǎn)單、省時(shí)、省力、節(jié)約成本，在提高封孔質(zhì)量的前提下可將封孔長(zhǎng)度縮短15～30％，最大水壓提高10～20％。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的煤礦井下煤層注水和水力壓裂鉆孔密封的方法示意圖。

圖2是發(fā)明的多個(gè)圓形縫槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1－鉆孔，2－高壓管，3－注漿管，4－回漿管，5－圓形縫槽，6－后堵頭，7－前堵頭，8－注漿管閥門，9－回漿管閥門。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例作進(jìn)一步的描述

本發(fā)明的煤礦井下煤層注水和水力壓裂鉆孔密封的方法，具體步驟如下：

a.利用鉆割一體化設(shè)備在煤巖體上施工煤層注水或水力壓裂的鉆孔1，鉆孔鉆至預(yù)定深度后緩慢退鉆；