[發(fā)明專(zhuān)利]一種煤礦多孔水力壓裂系統(tǒng)及控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011109425.8
• 申請(qǐng)日: 2020-10-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112343570A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李江濤;肖長(zhǎng)亮;馬文偉;付魏;梁文勖;薛彥平;張?jiān)?/a>;馬洪濤;周越;鄧鵬江;李飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 煤科集團(tuán)沈陽(yáng)研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): E21B43/26
• 分類(lèi)號(hào): E21B43/26;E21B47/06;E21B43/00;E21B44/00
• 代理公司: 沈陽(yáng)易通專(zhuān)利事務(wù)所 21116
• 代理人: 王建男

本發(fā)明涉及水力壓裂技術(shù)領(lǐng)域，一種煤礦多孔水力壓裂系統(tǒng)，其中每一鉆孔中均設(shè)置一組壓裂組件，壓裂組件包括兩個(gè)在鉆孔內(nèi)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的高壓封孔膠囊以及一個(gè)注水器，高壓注水泵的輸入端通過(guò)管路與水箱連接，高壓注水泵的輸出端以及水箱的回水端通過(guò)壓裂管與注水器連接并形成壓裂回路，所述水箱的回水端設(shè)有第一控制閥，高壓注水泵的輸出端設(shè)有第二控制閥，壓裂管上設(shè)有水壓傳感器，且在壓裂管中，向注水器方向輸水的管路上設(shè)置氣動(dòng)閥，由注水器向水箱方向輸水的管路上設(shè)置電磁閥。本壓裂系統(tǒng)能夠同時(shí)壓裂多組鉆孔或者在所有壓裂鉆孔壓裂設(shè)備安裝到位的情況下通過(guò)自動(dòng)化控制同步壓裂。本發(fā)明還提出一種煤礦多孔水力壓裂系統(tǒng)的控制方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水力壓裂技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煤礦多孔水力壓裂系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)

水力壓裂技術(shù)就是利用高壓泵注設(shè)備將流體(通常以水為介質(zhì))，以遠(yuǎn)超過(guò)地層吸收能力的量注入孔徑中，憋起高壓，在地層中形成裂縫并向前延伸。1965年撫順煤炭研究所(撫順?lè)衷呵吧?在全國(guó)首次將水力壓裂技術(shù)應(yīng)用在煤層強(qiáng)化抽放瓦斯領(lǐng)域，通過(guò)地面鉆孔或井下鉆孔對(duì)煤層實(shí)施壓裂，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。當(dāng)時(shí)采用的水力壓裂高壓水系統(tǒng)體積龐大、價(jià)格昂貴，地面水力壓裂設(shè)備重達(dá)上百?lài)崳聣毫言O(shè)備也達(dá)幾十噸，在井下受限的空間內(nèi)使用極為不便。而且鉆孔內(nèi)同時(shí)作用的壓裂孔段太長(zhǎng)，對(duì)高壓水系統(tǒng)流量的要求很高，致使壓裂設(shè)備龐大、工藝復(fù)雜，所以該技術(shù)沒(méi)有得到大面積推廣和應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)驗(yàn)摸索，分段水力壓裂技術(shù)、定向水力壓裂技術(shù)和裝備的成功運(yùn)用，已使得水力壓力技術(shù)在煤礦煤層氣增透領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

然而分段水力壓裂技術(shù)和定向水力壓裂技術(shù)及裝備研究是單孔、三孔或者五孔分組逐次壓裂，逐一壓裂的過(guò)程中需耗費(fèi)大量的時(shí)間，大大影響了采掘工作面的回采掘進(jìn)速度，在接替緊張的礦井中降低了抽采時(shí)間，給正常生產(chǎn)期間的瓦斯治理帶來(lái)了隱患。而且逐次壓裂不能實(shí)現(xiàn)同組鉆孔中流量和壓力的差別輸出，這樣在壓裂的過(guò)程中當(dāng)有一個(gè)壓裂孔壓裂后會(huì)引起整組壓裂管路內(nèi)壓力的降低，從而影響其余鉆孔的壓裂效果。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出的煤礦多孔水力壓裂系統(tǒng)，其能夠同時(shí)壓裂多組鉆孔或者在所有壓裂鉆孔壓裂設(shè)備安裝到位的情況下通過(guò)自動(dòng)化控制同步壓裂。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

在第一個(gè)技術(shù)方案中，一種煤礦多孔水力壓裂系統(tǒng)，用于對(duì)煤層內(nèi)多個(gè)鉆孔實(shí)施壓裂工藝，包括PLC、高壓注水泵、水箱、以及多組壓裂管和壓裂組件，其中每一鉆孔中均設(shè)置一組壓裂組件，所述壓裂組件包括兩個(gè)在鉆孔內(nèi)對(duì)稱(chēng)設(shè)置的高壓封孔膠囊以及一個(gè)注水器，其中注水器安裝在兩個(gè)高壓封孔膠囊中間位置，所述高壓注水泵的輸入端通過(guò)管路與水箱連接，所述高壓注水泵的輸出端以及水箱的回水端通過(guò)壓裂管與注水器連接并形成壓裂回路，所述水箱的回水端設(shè)有第一控制閥，高壓注水泵的輸出端設(shè)有第二控制閥，

壓裂管上設(shè)有水壓傳感器，且在壓裂管中，向注水器方向輸水的管路上設(shè)置氣動(dòng)閥，由注水器向水箱方向輸水的管路上設(shè)置電磁閥；所述PLC與水壓傳感器電性連接，以獲取壓裂管中水壓數(shù)據(jù)；所述PLC與高壓注水泵、氣動(dòng)閥和電磁閥電性連接，以控制其開(kāi)閉狀態(tài)。

在第二個(gè)技術(shù)方案中，一種煤礦多孔水力壓裂系統(tǒng)的控制方法，使用第一個(gè)技術(shù)方案中的煤礦多孔水力壓裂系統(tǒng)，

對(duì)多個(gè)鉆孔同步水力壓裂，包括如下步驟：

A1：在煤層總打多個(gè)鉆孔，對(duì)鉆孔內(nèi)端進(jìn)行封孔，煤層先進(jìn)行內(nèi)端封孔，將鉆孔內(nèi)端封孔，將注水器送入鉆孔內(nèi)，鉆孔外端封孔，將注水器接入壓裂管；

A2：關(guān)閉第一控制閥，關(guān)閉所有壓裂管上的電磁閥，同時(shí)打開(kāi)第二控制閥，打開(kāi)所有壓裂管的氣動(dòng)閥，開(kāi)始注水，當(dāng)其中一路壓裂管上的水壓傳感器檢測(cè)到的該壓裂管內(nèi)壓力值跌落到閥值時(shí)關(guān)閉該路的氣動(dòng)閥；

A3：在所有壓裂管上的氣動(dòng)閥全部關(guān)閉后，打開(kāi)所有管路上的電磁閥，再打開(kāi)第一控制閥以及所有管路上的氣動(dòng)閥，并回水到水箱后，關(guān)閉高壓注水泵，完成同步水力壓裂操作。