[發明專利]煤巖水-酸高壓預裂軟化防沖增透成套裝備和方法

有效

• 申請號: 202010036234.7
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111236917B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 李根威;鄧廣哲;張旭東;王健航;趙世振
• 申請（專利權）人: 西安科技大學;呂梁學院
• 主分類號: E21B43/27
• 分類號: E21B43/27
• 代理公司: 北京中南長風知識產權代理事務所(普通合伙) 11674
• 代理人: 周倩

本發明公開了煤巖水?酸高壓預裂軟化防沖增透成套裝備和方法，包括鉆孔系統、測控系統、封孔系統和水?酸耦合加壓系統，鉆孔系統包括坑道鉆機、鉆桿和鉆頭，測控系統包括伽馬射線測井儀和鉆孔窺視儀，記錄鉆孔位置參數、巖性、裂隙發育情況和檢測預裂效果，封孔系統包括分段壓裂封孔器，水?酸耦合加壓系統包括高壓水泵總成、氣體增壓泵總成、氣?水混合管總成和多孔并行供液管網；本發明將注水和注酸相合并，增加高壓二氧化碳充裝泵，直接將二氧化碳氣體充裝到高壓氣水混合管中，泵后注酸，避免酸液腐蝕高壓水泵，實現高壓注酸，單獨開啟水泵，可以實現水力壓裂，單獨開啟二氧化碳充裝泵實現高壓氣裂，二者同時開啟實現酸液壓裂。

技術領域

本發明涉及煤礦安全技術領域，具體為煤巖水-酸高壓預裂軟化防沖增透成套裝備和方法。

背景技術

煤礦開采時，經常遇到煤體致密堅硬，透氣性差，導致采煤機切割效率低，頂煤難以放出，煤層中瓦斯抽放困難，容易聚集瓦斯，發生瓦斯事故。另一種情況是煤體上方堅硬的頂板，工作面回采后采空區懸頂面積較大，巖體彈性能大量積聚，容易形成大面積頂板來壓和沖擊地壓。

傳統的方法都是先單一注水，然后單一注酸，注酸壓力較小，酸液需要在地面配置儲存入罐，然后運輸到井下通過低壓酸泵注入，從而擴展煤巖體裂縫，驅體瓦斯，實現軟化，但是水和酸分別注入，所需設備較多，成本較高，操作較為麻煩。

基于此，本發明設計了煤巖水-酸高壓預裂軟化防沖增透成套裝備和方法，以解決上述提到的問題。

發明內容

本發明的目的在于提供煤巖水-酸高壓預裂軟化防沖增透成套裝備和方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：煤巖水-酸高壓預裂軟化防沖增透成套裝備，包括鉆孔系統、測控系統、封孔系統和水-酸耦合加壓系統，所述鉆孔系統包括鉆機、鉆桿和鉆頭，在堅硬煤巖中開鑿鉆孔，形成注水壓裂通道，可采用普通的坑道鉆機，也可以使用定向鉆機，所述測控系統包括伽馬射線測井儀和鉆孔窺視儀，記錄鉆孔位置參數、巖性、裂隙發育情況和檢測預裂效果，在鉆孔形成后測量一次，預裂施工后再測量一次，所述封孔系統包括封孔器(分段壓裂封孔器或整體壓裂封孔器)，所述水-酸耦合加壓系統包括高壓水泵總成、氣體增壓泵總成、氣-水混合管總成和多孔并行供液管網。

優選的，所述高壓水泵總成包括水箱和柱塞泵，所述水箱上開有凈水入口，所述凈水入口與過濾袋外筒相連接，所述過濾袋外筒內設有過濾袋內筒，所述過濾袋內筒與入口管路相連接，所述水箱上開有低壓出水接口，所述低壓出水接口通過高壓膠管與柱塞泵的進水接口相連接，所述柱塞泵的進水接口處設有進水口單向閥，所述柱塞泵內設有回位彈簧，所述柱塞泵上設置有柱塞，所述柱塞的一端與回位彈簧端部連接，所述柱塞的另一端與凸輪相接觸，所述凸輪與防爆電機輸出端相連接，所述柱塞泵上連接有出水管，所述出水管的輸出端設置有水泵高壓水接口。

優選的，所述出水管上依次設有出水口單向閥、水泵節流閥、水泵流量計和水泵壓力表，水泵節流閥調節出水壓力，水泵流量計顯示出水量，水泵壓力表顯示出水壓力。

優選的，所述氣體增壓泵總成包括氣體增壓泵壓風接口、油水分離器、驅動氣節流閥、驅動氣壓表、驅動氣流量表、驅動換向閥和驅動氣室，壓縮空氣依次經過氣體增壓泵壓風接口、油水分離器、驅動氣節流閥、驅動氣壓表、驅動氣流量表、驅動換向閥和驅動氣室，所述氣體增壓泵總成還包括增壓泵二氧化碳接口，所述增壓泵二氧化碳接口處設有二氧化碳氣流量計，所述增壓泵二氧化碳接口連接有左氣管和右氣管，所述左氣管上依次設有左進單向閥和左出單向閥，所述右氣管上依次設有右進單向閥和右出單向閥，所述左氣管和右氣管出口處連接有連接管，所述連接管上設有可調壓安全閥、高壓氣壓力表、出口節流閥、出口流量計和出口壓力表，所述連接管貼近出口壓力表的一端設置有高壓二氧化碳氣接口。