一種煤礦井下鉆孔分段定點水力壓裂固孔裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤礦井下鉆孔水力壓裂領(lǐng)域，特別涉及一種煤礦井下鉆孔分段定點水力壓裂固孔裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，礦井瓦斯治理主要依靠瓦斯抽采技術(shù)，而瓦斯抽采的直接手段是施工瓦斯抽采鉆孔，通過負(fù)壓抽出瓦斯?，F(xiàn)有的鉆孔抽采瓦斯方法主要有1、退鉆裸眼瓦斯抽采方法，
2、全程護孔的全孔段下放篩管瓦斯抽采，3、防止局部噴孔、塌孔、縮頸的拖動式下套管局部護孔瓦斯抽采方法。
[0003]—般而言，當(dāng)煤層成孔性好、透氣性高時退鉆裸眼瓦斯抽采方法效果較好，但當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、煤質(zhì)較軟、埋深大、煤層成孔性和透氣性差時極易出現(xiàn)孔壁變形或坍塌進而堵塞瓦斯抽采通道的現(xiàn)象，其成孔率和抽采效果往往不夠理想。下放篩管抽采瓦斯時易發(fā)生煤塊堵塞篩孔的現(xiàn)象，影響抽采效果，而且后兩種方法水力壓裂煤層時需要重新下入壓裂管后射孔、壓裂，工藝復(fù)雜、壓力濾失大，煤層縫網(wǎng)改造效果不佳。因此，為保證后期瓦斯抽采通道暢通，改善抽采效果，亟需一種將高質(zhì)量固孔和點式壓裂結(jié)合起來的技術(shù)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦井下鉆孔分段定點水力壓裂固孔裝置及方法，提高了固孔質(zhì)量和壓裂效果。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0006]一種煤礦井下鉆孔分段定點水力壓裂固孔裝置，包括一套管，套管外套接套管扶正器，逆止閥固定于套管內(nèi)近終端，在逆止閥中間開有通孔，在套管終端設(shè)置有引鞋；靠近逆止閥處的套管壁上開有出水孔，出水孔中嵌入單向閥，套管外壁在出水孔周圍增厚。
[0007]進一步的，所述的單向閥為圓臺狀的實心體，大底面在外，小底面在內(nèi)，單向閥高度等于出水孔處套管壁厚度且不小于套管與孔壁之間的環(huán)形間隙厚度，在預(yù)緊力作用下，單向閥恰好嵌入出水孔內(nèi)。
[0008]進一步的，所述的單向閥和出水孔在套管壁同一圓周上共有三對，且相互之間互成120°，在套管軸向上呈螺旋分布。
[0009]—種煤礦井下鉆孔分段定點水力壓裂固孔方法，包括如下步驟:1、下煤礦井下分段定點壓裂裝置:在裸孔內(nèi)下入分段定點水力壓裂裝置至預(yù)定壓裂目的層;2注漿固孔:使用封堵塞封堵孔口環(huán)空后，用注漿栗向分段定點壓裂裝置內(nèi)注入水泥漿經(jīng)引鞋、分段定點壓裂裝置與孔壁環(huán)空返至孔口 ； 3壓頂替液:向套管內(nèi)壓入膠皮墊和頂替液，待膠皮墊壓至逆止閥處碰壓后進行保壓待凝;4壓裂:向套管內(nèi)注入壓裂液，壓裂液沖開單向閥構(gòu)造的水泥弱面后壓裂目的層。
[0010]進一步的，對于單一煤層內(nèi)的鉆孔分段定點水力壓裂與固孔，出水孔的數(shù)目和間距由具體分段壓裂段的長度確定;對于多煤層穿層鉆孔的分段定點水力壓裂與固孔，出水孔的數(shù)目和間距由具體的煤層層數(shù)和煤層間距確定，最末一個出水孔的位置在逆止閥上游
1.5m 處。
[0011]進一步的，所述的下煤礦井下分段定點壓裂裝置在裸孔內(nèi)下入煤礦井下分段定點壓裂，使單向閥對準(zhǔn)擬壓裂目的層;套管上對單向閥所施加的預(yù)緊力可由由PzPV/R2確定，式中:P—單向閥預(yù)緊力，Pl.—壓裂時初始注液壓力，r一單向閥小底面半徑，R—單向閥大底面半徑;在套管壁上用膠帶纏繞單向閥防止注漿過程中的單向閥脫落。
[0012]進一步的，所述的注漿是用聚氨酯在孔口封堵一段長約5m的封堵塞后通過預(yù)埋在套管內(nèi)的注漿管用注漿栗向套管內(nèi)注入水泥漿，水泥漿流經(jīng)逆止閥上的通孔和引鞋后返向孔口直至充滿整個套管與孔壁之間的環(huán)形間隙，所注水泥漿量充滿環(huán)形間隙。
[0013]進一步的，所述的注頂替液是指向套管內(nèi)壓入膠皮墊和頂替液，待膠皮墊遇到逆止閥發(fā)生碰壓后立即停止注液并保壓至水泥漿凝固，此時頂替液通過膠皮墊將套管內(nèi)的水泥漿全部壓入環(huán)形間隙內(nèi)。
[0014]進一步的，所述的壓裂是向套管內(nèi)注入壓裂液，隨著壓力的提高，壓裂液將單向閥從套管出水孔中沖開并進入環(huán)形間隙內(nèi)，從而壓裂單向閥構(gòu)造的固化水泥弱面和目的層。
[0015]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0016]本發(fā)明所注水泥漿滲透于孔壁煤巖體的裂隙和空隙之中，使其內(nèi)表面粘合膠結(jié)，改變煤巖體的不均質(zhì)性，提高其自身強度和承載能力。水泥漿把套管與鉆孔的孔壁緊緊地固結(jié)在一起，成為一組全長錨固的柔性長錨桿，有效增加了鉆孔周邊的煤巖層強度，減少了孔內(nèi)坍塌事故，極大地提高了成孔率。
[0017]利用單向閥周圍套管壁的增厚使該部分固化的水泥厚度變薄，自行構(gòu)造出弱面。壓裂時單向閥從孔壁上沖開，壓裂液從出水孔中進入環(huán)形間隙內(nèi)，為壓裂弱面和煤層提供方便。單向閥在同一圓周上互成120°的設(shè)置，可以使壓力更加均勻的作用在套管上，而且擴大了壓裂的范圍。通過調(diào)整套管壁上的出水孔和單向閥數(shù)目及間距，既可適應(yīng)單一煤層內(nèi)鉆孔分段定點水力壓裂固孔，又可適用于多煤層穿層鉆孔的分段定點水力壓裂固孔，更好的適應(yīng)了多元化要求。
[0018]與傳統(tǒng)的水力壓裂相比，本發(fā)明的點式壓裂將整個鉆孔分為數(shù)個壓裂點，每次將壓力集中在幾個點上進行壓裂，以較小的流量卻有效的增大了抽放半徑，使煤層的縫網(wǎng)改造有了很大改善，使設(shè)備的體積大大減小，降低了對壓裂系統(tǒng)的要求，卻獲得了很好的壓裂效果，可以更好地適應(yīng)井下巷道條件。
【附圖說明】
[0019]圖1是煤礦井下分段定點壓裂裝置示意圖。
[0020]圖2是注漿施工前鉆孔示意圖。
[0021]圖3是壓裂施工后鉆孔不意圖。
[0022]圖4是注漿施工前鉆孔的A—A剖面圖。
[0023]圖5是壓裂施工后鉆孔的A—A剖面圖。
[0024]其中，1 一套管，2—套管扶正器，3—單向閥，4一一出水孔
[0025]5—逆止閥，6 —引鞋，7—封堵塞，8—環(huán)形間隙9 一水泥漿，
[0026]10—膠皮墊，11一壓裂液。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明技術(shù)方案做進一步詳細(xì)描述:
[0028]實施例1:
[0029]如圖1-3所示，本發(fā)明提供一種煤礦井下鉆孔分段定點水力壓裂固孔的裝置，其煤礦井下分段定點壓裂裝置包括由套管1依次聯(lián)接的套管扶正器2和逆止閥5，在逆止閥5中間開有通孔，在套管1終端聯(lián)