[發明專利]一種水力加砂壓裂系統及壓裂方法

在審

• 申請號: 202010190758.1
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111255430A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 陳建;董瑞剛;董善保;陳宿;陳勇;張盛;胡偉;方亮;曹順;趙勇;程邦楷;李軍艦;唐義川;陳梅勇;時創新;魏永平
• 申請（專利權）人: 淮南礦業（集團）有限責任公司
• 主分類號: E21B43/267
• 分類號: E21B43/267;E21B43/26;E21B43/18;E21B33/13;E21F7/00
• 代理公司: 合肥市浩智運專利代理事務所(普通合伙) 34124
• 代理人: 張祥

本發明提供了一種水力加砂壓裂系統，包括從巷道向待抽采煤層施工的鉆孔，所述鉆孔內設置有端部延伸至待抽采煤層的抽采管，所述抽采管處于待抽采煤層區域的部分表面具有通孔；所述抽采管處于巷道內的端部通過三通分別連接有排氣管道和壓裂管道，所述壓裂管道的另一端連接有加砂裝置，所述加砂裝置包括腔體，所述腔體軸向的兩端分別設有進口和出口，腔體上方設置有加砂口，下方設置有排砂口，所述加砂口和排砂口均設有閥門；進口與供水系統連通，出口與所述加砂管道連通；本發明還提供了水力加砂壓裂方法。本發明提供的一種水力加砂壓裂系統及壓裂方法的優點在于：通過引入加砂裝置，方便的實現加砂壓裂，使用方便，抽采效率高。

技術領域

本發明涉及煤礦瓦斯抽采技術領域，尤其涉及一種水力加砂壓裂系統及壓裂方法。

背景技術

為保證安全生產，煤層開采前需進行瓦斯抽采，目前主要采用向煤層施工鉆孔并通過水力壓裂煤層使煤層中的瓦斯氣體從鉆孔中的管道被抽走，然而對于透氣性不好的煤層，水力壓裂后煤層裂隙會快速密合，導致抽采效果差，消突時間長，專利申請CN110005393A中公開了通過在水中加石英砂的方法提高壓裂效果；但其提供的加砂系統較為復雜，需要進行大量的運算以確定工作參數和具體的工作方式，不滿足礦井快速施工的需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種結構簡單，工作方便的水力加砂壓裂系統以及水力加砂壓裂方法。

本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的：一種水力加砂壓裂系統，包括從巷道向待抽采煤層施工的鉆孔，所述鉆孔內設置有端部延伸至待抽采煤層的抽采管，所述抽采管處于待抽采煤層區域的部分表面具有通孔；所述抽采管處于巷道內的端部通過三通分別連接有排氣管道和壓裂管道，所述壓裂管道的另一端連接有加砂裝置，所述加砂裝置包括腔體，所述腔體軸向的兩端分別設有進口和出口，腔體上方設置有加砂口，下方設置有排砂口，所述加砂口和排砂口均設有閥門；進口與供水系統連通，出口與所述加砂管道連通。

在工作時，如果不需要加砂壓裂，則不需要在加砂裝置中放置石英砂，直接用外部供水系統將清水提供給抽采管作為壓裂液即可，需要加砂時通過加砂口將石英砂加入加砂裝置中，在確保加砂口和排砂口的閥門均處于封閉狀態的情況下，給加砂裝置供水，加砂后的壓裂液提供給抽采管。壓裂液沿抽采管前進并從通孔中噴出，在待抽采煤層內產生裂隙，壓裂工作完成后關閉壓裂管路，打開排氣管路，通過負壓抽采，將待抽采煤層內的瓦斯氣體從通孔進入抽采管進行抽采消突，從而快速安全的實現消突抽采，確保生產安全，提高抽采效率；加砂壓裂完成后可通過排砂口將殘留石英砂排出。

優選的，所述三通與排氣管路和壓裂管路連通的兩個支路分別設置有閥門，至少與加砂管道連通的支路上采用自動閘閥，所述自動閘閥包括沿直線運動開閉的閘板和驅動閘板動作的直線驅動單元。

優選的，所述鉆孔內靠近巷道的一端設置有第一封孔段，第一封孔段到抽采管最下方的通孔處設置有第二封孔段；所述第一封孔段使用聚氨酯封孔，長度不小于2米；所述第二封孔段使用水泥砂漿封孔。

本發明還提供了一種水力加砂壓裂方法，包括以下步驟：

步驟A：從低處的巷道向高處的待抽采煤層施工鉆孔；

步驟B：在鉆孔內分別布置抽采管、注漿管和返漿管，所述抽采管端部具有可封堵的通孔，使通孔大致處于待抽采煤層的中心高度位置，所述注漿管端部距離鉆孔口部3m-4m；所述返漿管端部處于抽采管最下方的通孔下方1m-2m；

步驟C：將抽采管處于巷道內的端部通過三通接頭分別連接排氣管道和壓裂管道，所述排氣管道與瓦斯抽排系統連通，所述壓裂管道的另一端連接有加砂裝置；

步驟D：在鉆孔處于巷道內的一端設置第一封孔段；

步驟E：第一封孔段施工完畢后，用注漿泵將水泥漿液通過注漿管注入孔內，直到返漿管返漿，用清水清洗返漿管；