煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法
【专利摘要】一种煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法，水力压裂钻孔施工完毕后，将pvc管二、梭形pvc管、pvc管一依次连接好送入钻孔，直至pvc管一外露端距孔口0.1m位置处，梭形pvc管内径由两端向中间均匀渐变小，距pvc管二最前端2m和距孔口1m处分别使用聚氨酯封堵。利用注浆管封堵之间的空间进行注浆。待浆液凝固，利用压裂管将高压胶囊送至梭形pvc管内侧1m处。将高压胶囊膨胀后，通过压裂管进行水力压裂。水力压裂结束后，对高压胶囊卸压后取出。将pvc管与井下瓦斯管网连接，进行瓦斯抽采。该封孔方法能够满足水力压裂钻孔的耐高压及瓦斯抽采钻孔的密封性要求，且高压胶囊能够重复利用，工艺简单，无安全隐患，显著提高了水力压裂效率。
【专利说明】煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法，属于煤矿井下水力压裂相关【技术领域】，尤其适用于煤矿井下本煤层水力压裂钻孔的封孔问题。
【背景技术】
[0002]当前，防治煤矿瓦斯灾害的根本性方法是进行瓦斯抽采，由于自然因素作用，我国煤层瓦斯赋存含量普遍较高，高瓦斯、低透气性煤层占70%左右，开采前的抽采难度大，使得瓦斯灾害已成为制约煤矿安全生产的主要因素。煤矿瓦斯治本措施主要是通过钻孔进行瓦斯抽采。但是，常规的瓦斯抽采存在钻孔有效影响范围小(钻孔间距2 m左右)、区域瓦斯抽采需要的钻孔数量多(每个开采工作面需要数百至上千个钻孔)、钻孔施工工程量大、抽采瓦斯浓度低《20 %，甚至<10 %)、抽采效果差和抽采时间长等问题，不能适应安全生产的需要。随着煤层瓦斯治理研究工作的深入开展，水力压裂技术在遵循卸压增透、排放瓦斯和改变煤体物理力学性质的等原则的前提下，很好的解决了钻孔影响范围小、钻孔施工量大、煤体透气性差的问题，提高了瓦斯抽采效果，在国内多个矿井应用并取得了较好的效果。但在应用过程中也出现了很多问题，其中，水力压裂钻孔的封孔就是其中最常见的问题之一 O
[0003]水力压裂钻孔封孔常用的封孔方法有两种:金属管加水泥砂浆封孔、胶囊封孔器封孔。金属管加水泥砂浆封孔主要是采用金属管作为注水压裂管，注水压裂管周围注入水泥砂浆，利用凝固的水泥砂浆封堵钻孔。该方法具有原材料易得、价格低廉、操作方便、速度快等优点，水泥砂浆对钻孔周围岩体的裂隙有一定的封堵作用，而且耐压强度大，能够满足水力压裂高密封、高强度封孔的要求。该方法尤其适用于大仰角或者大俯角水力压裂钻孔封孔。但金属管加水泥砂浆封孔的不足之处在于:在煤层使用时，大量的金属管被留在煤体中，为后期回采埋下隐患；而且采用的金属管一般内径较小，影响瓦斯抽采流量。
[0004]胶囊封孔器封孔主要是通过压缩封孔器上的胶圈，引起胶圈的径向膨胀来实现钻孔密封的目的，胶囊封孔器封孔一般适用于岩层发育致密的钻孔。其操作方便，一般情况下胶囊可以回收。但由于该方法为满足封孔效果，胶囊直径一般较大，煤壁不光滑时较难送入钻孔，对钻孔质量要求较高；煤层中使用胶囊时，水力压裂之后可能取不出；水力压裂过程中，当胶囊和钻孔壁接触不平整时，易漏水，导致压裂失败；水力压裂结束后，取出胶囊后，需要重新对钻孔进行封孔，以便抽采瓦斯。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明的目的是克服已有技术中存在的不足之处，提供一种方法简单、能够实现高压胶囊重复利用、封孔效果好、提高水力压裂效率的煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法。
[0006]技术方案:本发明的煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法，包括在煤层中施工一个水力压裂钻孔，还包括以下步骤: a.在施工完成后的水力压裂钻孔内先送入pvc管二直至设定位置，然后在pvc管二外端部连接一个管径与PVC管二相同的梭形pvc管,再在梭形pvc管外端连接管径与其相同的PVC管一,之后，将梭形PVC管和pvc管一送入水力压裂钻孔内，直至pvc管一外露端距离孔口 0.1m位置处；
b.在pvc管一与水力压裂钻孔壁面之间的空隙放置注浆管，对钻孔内距pvc管二前端2m和pvc管一距孔口 Im处分别用聚氨酯进行封堵；
C.通过注浆管向PVC管一、梭形PVC管、PVC管二与水力压裂钻孔壁面之间的空隙进行常规注浆；
d.浆液完全凝固后，将连有高压胶管的高压胶囊穿套在压裂管上，通过压裂管将高压胶囊送至距梭形pvc管内侧Im处；
e.利用加压泵和高压胶管将高压胶囊加压至8MPa后关闭阀门，将压裂管连接水力压裂设备，进行水力压裂；
f.水力压裂结束后，打开阀门使高压胶囊完全卸压，并取出高压胶囊；
g.当水力压裂钻孔水排尽后，将Pvc管一与井下瓦斯管网连接，进行瓦斯抽采。
[0007]所述的梭形pvc管的长度为0.5-lm,其外径为75mm,内径为由两端的60mm均勻渐变至中部为52mm。
[0008]所述的pvc管一的长度为2_4m。
[0009]所述的pvc管一和pvc管二的外径为75mm,内径为60mm。
[0010]有益效果:由于采用了上述技术方案，本发明可避免金属管留在煤体中，增大了后期瓦斯抽采管直径，增强了钻孔密封性，避免了漏水导致压裂失败，并简化了水力压裂工艺，水力压裂之后能及时瓦斯抽采；钻孔密封性强，工艺简单，无安全隐患，高压胶囊能够重复利用，降低封孔成本。在现场应用中能够大幅提高水力压裂的成功率和瓦斯抽采效果。高压胶囊的回收率为100%，封孔成本较金属管加水泥砂浆封孔方法降低50%，较普通胶囊封孔器封孔方法成本降低30%。使瓦斯抽采浓度提高30%?100%，瓦斯流量提高20%?80%。在本【技术领域】内具有广泛的实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明的煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法示意图；
图2是梭形pvc管结构示意图。
[0012]图中:1-1 - pvc管一，1-2—梭形pvc管，1-3 — pvc管二，2—高压胶囊，3—聚氨酯，4一注浆管，5—高压胶管，6—压裂管，7—加压泵，8 —阀门，9一水力压裂钻孔，10—管箍。
[0013]【具体实施方式】:
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述:
本发明的煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法，具体步骤如下:
a.首先按常规方法在煤层中施工一个孔径为113mm的钻孔作为水力压裂钻孔9，在施工完成后的水力压裂钻孔9内先送入外径为75mm、内径为60mm的pvc管二 1-3直至设定位置，然后在pvc管1-3外端部连接一个管径与pvc管二 1-3相同梭形pvc管1-2,如图2所示，再在梭形pvc管1-2外端连接管径与其相同的pvc管一 1-1，之后，将梭形pvc管1-2和pvc管一 1-1送入水力压裂钻孔9内，直至pvc管一 1-1外露端距离孔口 0.1m位置处，pvc管一 1-1的长度为2-4m,梭形pvc管1_2的长度为0.5_lm,其外径为75mm,内径为由两端的60mm均勻渐变至中部为52mm,梭形pvc管1-2的两端分别经管箍10与pvc管一 1-1和pvc管二 1-3连接在一起；
b.在pvc管一1-1与水力压裂钻孔9壁面之间的空隙放置注浆管4，对钻孔内距pvc管二 1-3前端2m和pvc管一 1-1距孔口 Im处分别用聚氨酯3进行封堵；
c.通过注衆管4向pvc管一1-1、梭形pvc管l-2、pvc管二 1_3与水力压裂钻孔9壁面之间的空隙进行常规注浆；
d.浆液完全凝固后，将连有高压胶管5的高压胶囊2穿套在压裂管6上，通过压裂管6将高压胶囊2送至距梭形pvc管1-2内侧Im处，高压胶囊2的外径应小于梭形pvc管1_2中部最小直径；
e.利用加压泵7和高压胶管5将高压胶囊2加压至8MPa后关闭阀门8，此时高压胶囊2在压力水的作用下膨胀，与pvc管紧密接触，封住pvc管出口，将压裂管6与水力压裂设备连接，进行水力压裂，当高压胶囊2受到来自钻孔中的压力时，向梭形pvc管1-2的梭形段移动，牢牢封住Pvc管出口，确保水力压裂安全、高效；
f.水力压裂结束后，打开阀门8使高压胶囊2完全卸压后，取出高压胶囊2；
g.当水力压裂钻孔9水排尽后，将pvc管一1-1与井下瓦斯管网连接，进行瓦斯抽采。
【权利要求】
1.一种煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法，包括在煤层中施工一个水力压裂钻孔(9)，其特征在于，还包括以下步骤: a.在施工完成后的水力压裂钻孔(9)内先送入pvc管二(1-3)直至设定位置，然后在pvc管二(1-3)外端部连接一个管径与pvc管二(1-3)相同的梭形pvc管(1_2),再在梭形pvc管(1-2)外端连接管径与其相同的pvc管一(1-1),之后,将梭形pvc管(1_2)和pvc管一(1-1)送入水力压裂钻孔(9)内，直至pvc管一(1-1)外露端距离孔口 0.1m位置处； b.在pvc管一(1-1)与水力压裂钻孔(9)壁面之间的空隙放置注浆管(4)，对钻孔内距pvc管二(1-3)前端2m和pvc管一(1_1)距孔口 Im处分别用聚氨酯(3)进行封堵； c.通过注衆管(4)向pvc管一(1-1)、梭形pvc管(1-2)、pvc管二(1_3)与水力压裂钻孔(9)壁面之间的空隙进行常规注浆； d.浆液完全凝固后，将连有高压胶管(5)的高压胶囊(2 )穿套在压裂管(6 )上，通过压裂管(6 )将高压胶囊(2 )送至距梭形pvc管(1-2 )内侧Im处； e.利用加压泵(7)和高压胶管(5)将高压胶囊(2)加压至SMPa后关闭阀门(8)，将压裂管(6)连接水力压裂设备，进行水力压裂； f.水力压裂结束后，打开阀门(8)使高压胶囊(2 )完全卸压，并取出高压胶囊(2 ); g.当水力压裂钻孔(9)水排尽后，将pvc管一(1-1)与井下瓦斯管网连接，进行瓦斯抽米。
2.根据权利I要求的煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法，其特征在于:所述的梭形pvc管(1-2)的长度为0.5-lm,其外径为75mm,内径为由两端的60mm均勻渐变至中部为52mm。
3.根据权利I要求的煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法，其特征在于:所述的pvc管一(1-1)的长度为2-4m。
4.根据权利I要求的煤矿井下水力压裂钻孔组合式封孔方法，其特征在于:所述的pvc管一 (1-1)和pvc管二 (1-3)的外径为75mm,内径为60mm。
【文档编号】E21B33/12GK103541679SQ201310483101
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】翟成, 林柏泉, 李全贵, 倪冠华, 彭深, 余旭 申请人:中国矿业大学