[發明專利]一種基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置及方法

有效

• 申請號: 202110779862.9
• 申請日: 2021-07-09
• 公開（公告）號: CN113494264B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 李彬剛;鄭凱歌;楊歡;李延軍;戴楠;王豪杰;楊森;王澤陽
• 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: E21B33/13
• 分類號: E21B33/13;E21B43/26
• 代理公司: 重慶上義眾和專利代理事務所(普通合伙) 50225
• 代理人: 譚勇

1.一種基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置，其特征在于，

包括至少兩段依次通過高壓壓裂管柱串聯并置于鉆孔內的壓裂注漿控制器，靠近鉆孔孔口的一段所述壓裂注漿控制器通過高壓壓裂管柱接出鉆孔外，各所述壓裂注漿控制器之間的高壓壓裂管柱上均串聯有安全丟開裝置；

所述壓裂注漿控制器包括外套管、封隔膠囊、內套管、壓簧和單向封堵彈片；

所述外套管的兩端分別與對應端的高壓壓裂管柱相連，外套管的管壁上沿由外向內的方向依次設有第一開孔和第二開孔，外套管的內壁上位于其內端和所述第二開孔之間設有閥座；

所述封隔膠囊套設于所述外套管設有第一開孔一段的管外，封隔膠囊與第一開孔連通；

所述內套管滑動適配于所述外套管位于其外端和閥座之間的管內，所述壓簧支撐于所述內套管和閥座之間，所述內套管沿由外向內的方向依次設有第三開孔和第四開孔，壓簧發生一級壓縮時，所述第三開孔與所述第一開孔對準，壓簧發生二級壓縮時，所述第四開孔與所述第二開孔對準，所述內套管的內端還設置有第一球座，從鉆孔孔口到鉆孔孔底的各段壓裂注漿控制器的第一球座的口徑逐漸縮小；

所述單向封堵彈片設于所述閥座的內側，用于單向封堵該閥座；

所述安全丟開裝置包括第一連接頭和第二連接頭，所述第一連接頭內設有第二球座，各安全丟開裝置的第二球座的口徑大小在其兩側相鄰的兩段壓裂注漿控制器的第一球座的口徑之間。

2.根據權利要求1所述的基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置，其特征在于，靠近鉆孔孔底的一段壓裂注漿控制器的內端通過高壓壓裂管柱連接有導向器。

3.根據權利要求2所述的基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置，其特征在于，靠近鉆孔孔底的一段壓裂注漿控制器與所述導向器之間的高壓壓裂管柱上串聯有單流閥。

4.根據權利要求1所述的基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置，其特征在于，所述單向封堵彈片的一端鉸接于所述外套管的內壁，單向封堵彈片的內側與外套管的內壁之間設置有用于將該單向封堵彈片頂緊于該閥座內側的彈簧。

5.根據權利要求4所述的基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置，其特征在于，所述閥座的內側設有錐形口，所述單向封堵彈片的外側設有與所述錐形口適配的錐形凸體。

6.根據權利要求1所述的基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置，其特征在于，所述第三開孔和第四開孔內均設置有單向閥。

7.根據權利要求1所述的基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置，其特征在于，第一連接頭的內端與其內側的高壓壓裂管柱相連，第一連接頭的外端與第二連接頭的內端套接并通過剪切銷鎖定，所述第二連接頭的外端與其外側的高壓壓裂管柱相連。

8.一種基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造的方法，其特征在于，采用如權利要求1-7任一項所述的基于分段壓裂的隔水層強化注漿改造裝置，包括如下步驟：

步驟S10，確定富水區域以及導水裂隙帶的高度；

步驟S20，將各段串聯的壓裂注漿控制器依次輸送至鉆孔內；

步驟S30，到達指定位置后，投入相應規格的封堵球，封堵球依次穿過各段壓裂注漿控制器和安全丟開裝置進入第一壓裂注漿控制器，并封堵于第一壓裂注漿控制器內的第一球座內；

步驟S40，通過壓裂泵組注水增壓，水壓推動內套管壓縮壓簧，壓力增加至設定壓力P1時，壓簧發生一級壓縮，此時內套管上的第三開孔與外套管上的第一開孔對準，管內的水通過第三開孔和第一開孔壓入封隔膠囊，封隔膠囊脹開并與鉆孔的內壁之間形成坐封；

步驟S50，坐封完成后，壓裂泵組持續加壓，繼續推動內套管壓縮壓簧，壓力增加至設定壓力P2時，壓簧發生二級壓縮，此時內套管上的第四開孔與外套管上的第二開孔對準，開始第一壓裂注漿段隔水層壓裂施工；

步驟S60，通過壓裂數據判識出現多次明顯裂縫后，壓裂泵組開始高壓注入漿液封堵，等待注漿液完全凝固后，完成第一壓裂注漿段隔水層的強化注漿改造；

步驟S70，投入相應規格的封堵球，輸送至安全丟開裝置的第二球座位置，注水加壓，安全丟開裝置斷開，拖動第二壓裂注漿控制器至下一壓裂段位置，第二壓裂注漿控制器和第一壓裂注漿控制器組成壓裂注漿封堵段，開啟注水泵對管道的內部進行注水清洗，清洗完成后，然后重復步驟S20-S60對第二壓裂注漿段隔水層進行強化注漿改造；

步驟S80，待最后一段壓裂注漿段隔水層改造完成后，投入設計規格封堵球，將鉆孔孔口的一段高壓壓裂管柱上的安全丟開裝置斷開并退出鉆孔。