[發明專利]煤礦井下水力壓裂遠程連續泵后高壓加砂系統及其方法

有效

• 申請號: 201810337722.4
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108590621B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 張群;殷新勝;劉柏根;孫四清;趙繼展
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B43/267
• 分類號: E21B43/267
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

一種煤礦井下水力壓裂遠程連續泵后高壓加砂系統及其方法，包含加砂系統、壓裂泵送系統和遠程測控系統，所述壓裂泵送系統包含壓裂泵組和泵后高壓管道，所述泵后高壓管道的一端連接至壓裂泵組的出口，另一端連接孔內壓裂管路，所述泵后高壓管道連接至加砂系統，所述加砂系統和壓裂泵送系統均連接至遠程測控系統以實現遠程控制；由此，本發明針對現有井下壓裂裝置和工藝存在的泵磨損、一次加砂量少、加砂間斷時間長、高壓作業存安全隱患等問題，采用泵出端加砂工藝，可避免對泵的磨損，無需對現有井下壓裂泵進行改造。通過遠程測控，保證加砂過程連續，同時規避高壓作業安全隱患。

技術領域

本發明涉及煤礦井下瓦斯抽采增產的技術領域，尤其涉及一種煤礦井下水力壓裂遠程連續泵后高壓加砂系統及其方法。

背景技術

瓦斯防治是煤礦安全生產工作的重中之重。我國《煤礦瓦斯抽采達標暫行規定》要求：應當進行瓦斯抽采的煤層必須先抽采瓦斯，抽采效果達到標準要求后方可安排采掘作業，即“先抽后采、抽采達標”。同時要求：煤礦瓦斯抽采應當“應抽盡抽、多措并舉”。

煤礦瓦斯抽采主要有地面和井下兩種方式。

在地面煤層氣井中，水力壓裂已經作為一種重要的增產措施得到普遍應用。其原理是利用地面高壓泵組，將大排量壓裂液通過鉆孔注入地層并產生裂縫，隨后注入帶有支撐劑的攜砂液，裂縫向前延伸并填以支撐劑，在地層內形成具有一定幾何尺寸和導流能力的填砂裂縫，達到增產目的。

近些年，水力壓裂增產技術已被引入到井下瓦斯抽采鉆孔，但主要為清水壓裂，沒有裂縫支撐劑，壓裂形成的裂縫在地層閉合壓力作用下迅速收縮乃至完全閉合，增產效果不太理想。有研究人員開展了井下加砂壓裂泵以及配套加砂壓裂工藝的探索研究，但都屬于壓裂泵前端的常壓加砂，砂經過泵腔后從泵出端進入泵后高壓管道，這種加砂工藝對泵的磨損大。目前尚未有報道對泵后加砂工藝開展研究，主要原因是泵后高壓作業存在安全隱患，而且在高壓環境下難以保證加砂作業連續性，達不到裂縫延伸的要求。

為此，本發明的設計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設計，綜合長期多年從事相關產業的經驗和成果，研究設計出一種煤礦井下水力壓裂遠程連續泵后高壓加砂系統及其方法，以克服上述缺陷。

發明內容

本發明的目的在于提供一種煤礦井下水力壓裂遠程連續泵后高壓加砂系統及其方法，針對現有井下壓裂裝置和工藝存在的泵磨損、一次加砂量少、加砂間斷時間長、高壓作業存安全隱患等問題，采用泵出端加砂工藝，可避免對泵的磨損，無需對現有井下壓裂泵進行改造。通過遠程測控，保證加砂過程連續，同時規避高壓作業安全隱患。

為解決上述問題，本發明公開了一種煤礦井下水力壓裂遠程連續泵后高壓加砂系統，包含加砂系統、壓裂泵送系統和遠程測控系統，其特征在于：

所述壓裂泵送系統包含壓裂泵組和泵后高壓管道，所述泵后高壓管道的一端連接至壓裂泵組的出口，另一端連接孔內壓裂管路，所述泵后高壓管道連接至加砂系統，所述加砂系統和壓裂泵送系統均連接至遠程測控系統以實現遠程控制；

所述加砂系統包含至少兩個儲砂罐、裝砂漏斗和輸砂傳送帶，所述泵后高壓管道連接至至少兩個儲砂罐，所述裝砂漏斗位于所述輸砂傳送帶的后端下方以接收傳送過來的砂子，所述裝砂漏斗的下端連接至儲砂罐，以將砂子輸入儲砂罐。

其中：所述至少兩個儲砂罐包含第一儲砂罐和第二儲砂罐，所述第一儲砂罐和第二儲砂罐的結構相同，所述第一儲砂罐包含高壓儲砂罐體，所述高壓儲砂罐罐體為上大下小的減縮狀，所述高壓儲砂罐罐體內設有可調電驅出砂器，其頂部中間位置設有所述可調電驅出砂器的遠控電機，在頂部周緣設有排氣孔，且所述高壓儲砂罐罐體的上部側壁設有連接至裝砂漏斗的進砂口，中上部側壁設有連接至進水平衡管的進水口，下部側壁設有排渣口，底端設有連接至泵后高壓管道的出砂口。