CN112343570A - 一种煤矿多孔水力压裂***及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水力压裂技术领域,一种煤矿多孔水力压裂***,其中每一钻孔中均设置一组压裂组件,压裂组件包括两个在钻孔内对称设置的高压封孔胶囊以及一个注水器,高压注水泵的输入端通过管路与水箱连接,高压注水泵的输出端以及水箱的回水端通过压裂管与注水器连接并形成压裂回路,所述水箱的回水端设有第一控制阀,高压注水泵的输出端设有第二控制阀,压裂管上设有水压传感器,且在压裂管中,向注水器方向输水的管路上设置气动阀,由注水器向水箱方向输水的管路上设置电磁阀。本压裂***能够同时压裂多组钻孔或者在所有压裂钻孔压裂设备安装到位的情况下通过自动化控制同步压裂。本发明还提出一种煤矿多孔水力压裂***的控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及水力压裂技术领域,尤其涉及一种煤矿多孔水力压裂***及控制方法。
背景技术
水力压裂技术就是利用高压泵注设备将流体(通常以水为介质),以远超过地层吸收能力的量注入孔径中,憋起高压,在地层中形成裂缝并向前延伸。1965年抚顺煤炭研究所(抚顺分院前身)在全国首次将水力压裂技术应用在煤层强化抽放瓦斯领域,通过地面钻孔或井下钻孔对煤层实施压裂,并进行了现场试验。当时采用的水力压裂高压水***体积庞大、价格昂贵,地面水力压裂设备重达上百吨,井下压裂设备也达几十吨,在井下受限的空间内使用极为不便。而且钻孔内同时作用的压裂孔段太长,对高压水***流量的要求很高,致使压裂设备庞大、工艺复杂,所以该技术没有得到大面积推广和应用。经过多年的经验摸索,分段水力压裂技术、定向水力压裂技术和装备的成功运用,已使得水力压力技术在煤矿煤层气增透领域得到了广泛的应用。
然而分段水力压裂技术和定向水力压裂技术及装备研究是单孔、三孔或者五孔分组逐次压裂,逐一压裂的过程中需耗费大量的时间,大大影响了采掘工作面的回采掘进速度,在接替紧张的矿井中降低了抽采时间,给正常生产期间的瓦斯治理带来了隐患。而且逐次压裂不能实现同组钻孔中流量和压力的差别输出,这样在压裂的过程中当有一个压裂孔压裂后会引起整组压裂管路内压力的降低,从而影响其余钻孔的压裂效果。
发明内容
为解决上述问题,本发明提出的煤矿多孔水力压裂***,其能够同时压裂多组钻孔或者在所有压裂钻孔压裂设备安装到位的情况下通过自动化控制同步压裂。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
在第一个技术方案中,一种煤矿多孔水力压裂***,用于对煤层内多个钻孔实施压裂工艺,包括PLC、高压注水泵、水箱、以及多组压裂管和压裂组件,其中每一钻孔中均设置一组压裂组件,所述压裂组件包括两个在钻孔内对称设置的高压封孔胶囊以及一个注水器,其中注水器安装在两个高压封孔胶囊中间位置,所述高压注水泵的输入端通过管路与水箱连接,所述高压注水泵的输出端以及水箱的回水端通过压裂管与注水器连接并形成压裂回路,所述水箱的回水端设有第一控制阀,高压注水泵的输出端设有第二控制阀,
压裂管上设有水压传感器,且在压裂管中,向注水器方向输水的管路上设置气动阀,由注水器向水箱方向输水的管路上设置电磁阀;所述PLC与水压传感器电性连接,以获取压裂管中水压数据;所述PLC与高压注水泵、气动阀和电磁阀电性连接,以控制其开闭状态。
在第二个技术方案中,一种煤矿多孔水力压裂***的控制方法,使用第一个技术方案中的煤矿多孔水力压裂***,
对多个钻孔同步水力压裂,包括如下步骤:
A1:在煤层总打多个钻孔,对钻孔内端进行封孔,煤层先进行内端封孔,将钻孔内端封孔,将注水器送入钻孔内,钻孔外端封孔,将注水器接入压裂管;
A2:关闭第一控制阀,关闭所有压裂管上的电磁阀,同时打开第二控制阀,打开所有压裂管的气动阀,开始注水,当其中一路压裂管上的水压传感器检测到的该压裂管内压力值跌落到阀值时关闭该路的气动阀;
A3:在所有压裂管上的气动阀全部关闭后,打开所有管路上的电磁阀,再打开第一控制阀以及所有管路上的气动阀,并回水到水箱后,关闭高压注水泵,完成同步水力压裂操作。
在第三个技术方案中,一种煤矿多孔水力压裂***的控制方法,使用第一个技术方案中的煤矿多孔水力压裂***,
对多个钻孔逐一水力压裂,包括如下步骤:
B1:在煤层总打多个钻孔,对钻孔内端进行封孔,煤层先进行内端封孔,将钻孔内端封孔,将注水器送入钻孔内,钻孔外端封孔,将注水器接入压裂管;
B2:关闭第一电磁阀,关闭所有压裂管上的电磁阀和气动阀,打开第二控制阀;打开其中一个压裂管上的气动阀,使该压裂管对应管路中的注水器对钻孔注水压裂,当该路压裂管上的水压传感器检测到的该压裂管内压力值跌落到阀值时,再打开另一压裂管上的气动阀,直至全部压裂管上的水压传感器检测到的该压裂管内压力值跌落到阀值;
B3:打开所有压裂管上的电磁阀,再打开第一控制阀、以及所有压裂管上的气动阀,并回水到水箱后,关闭高压注水泵,完成对多个钻孔逐一水力压裂。
本发明中的有益效果为:其中结构为高压泵输出高压水进入自动分压装置,自动分压装置将高压水分成三路输出,分别进入到三组压裂孔,实现多孔同步压裂,自动分压装置采集三路支路上的水压力信息,以压裂裂纹扩展完成时压力大幅度跌落信号为判断标准,通过控制***自动控制三路压裂管路的通断。
通过此结构解决了水力压裂过程中,逐次压裂方式工作效率低、施工操作繁琐、难以实现最大程度整体压裂效果的问题,利用PLC具有远程自动化控制,可确保高压水力压裂过程中的操作安全,通过水压传感器及时反馈压裂煤层受力情况,自动控制压裂进度,实现多孔同步水力压裂增透的最佳效果,逻辑清晰,水压进程可控。
附图说明
图1为本发明提出的一种煤矿多孔水力压裂***的结构示意图。
图2为本发明提出的一种煤矿多孔水力压裂***中PLC控制示意图。
附图标记包括:
1-PLC、2-高压注水泵、3-水箱、41-第一控制阀、42-第二控制阀、5-高压封孔胶囊、6-注水器、71-第一回路气动阀、72-第二回路气动阀、73-第三回路气动阀、74-第一回路电磁阀、75-第二回路电磁阀、76-第三回路电磁阀、81-第一水压传感器、82-第二水压传感器、83-第三水压传感器、9-压裂管、10-煤层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
结合图1和图2所示,本技术方案以煤层钻取三个钻孔为例,详细说明本技术方案的具体内容和实施方法。
实施例1
如图1所示,本实施例提出的煤矿多孔水力压裂***,包括PLC1、高压注水泵2、水箱3、压裂管9和压裂组件,高压注水泵2、水箱3通过管道之间连接形成回路结构,高压注水泵2、水箱3的回路结构端部分别连接有第一控制阀41和第二控制阀42,回路结构通过压裂管9和三个规格相同的压裂组件相连接,PLC1和高压注水泵2之间通过电性连接,压裂组件包括两个对称的高压封孔胶囊5和注水器6,且注水器6对称设置在两个高压封孔胶囊5之间,PLC1的信号端与气动阀阀组、电磁阀阀组和水压传感器组相连接。
如图2所示,气动阀阀组包括第一回路气动阀71、第二回路气动阀72和第三回路气动阀73,电磁阀阀组包括第一回路电磁阀74、第二回路电磁阀75和第三回路电磁阀76,水压传感器组包括第一水压传感器81、第二水压传感器82和第三水压传感器83。
实施例2
本实施例提出的煤矿多孔水力压裂***的控制方法,使用实施例1中的煤矿多孔水力压裂***,对多个钻孔同步水力压裂。
煤层10中先打一组钻孔,对煤层10先进行内端封孔,将钻孔内端封孔,将注水器6送入孔内,将注水器6外部再封孔,然后将注水器6接入压裂管9,启动水力压裂***。
水力压裂***的启动顺序为先关闭第一控制阀41,关闭第一回路电磁阀74、第二回路电磁阀75和第三回路电磁阀76,同时打开第二控制阀42,打开第一回路气动阀71、第二回路气动阀72和第三回路气动阀73,开始注水,当其中一路压力值跌落到阀值时关闭本路的气动阀,例如第二水压传感器82显示压力跌落则关闭第二回路气动阀72。
最终第一水压传感器81跌落关闭第一回路气动阀71,然后第三水压传感器83跌落关闭第三回路气动阀73,最后压力都跌落,打开第一回路电磁阀74、第二回路电磁阀75和第三回路电磁阀76,接着打开第一控制阀41,打开第一回路气动阀71、第二回路气动阀72和第三回路气动阀73回水到水箱3,关闭高压注水泵2,完成同步水力压裂操作。
实施例3
本实施例提出的煤矿多孔水力压裂***的控制方法,使用实施例1中的煤矿多孔水力压裂***,对多个钻孔逐一水力压裂。
煤层10中先打一组钻孔,对煤层10先进行内端封孔,将钻孔内端封孔,将注水器6送入孔内,将注水器6外部再封孔,然后将注水器6接入压裂管9,启动水力压裂***。
关闭第一电磁阀41,关闭第一回路电磁阀74、第二回路电磁阀75和第三回路电磁阀76,同时关闭第二回路气动阀72和第三回路气动阀73,打开第二控制阀42,打开第一回路气动阀71进行水力压裂;
当第一水压传感器81跌落关闭第一回路气动阀71,再打开第二回路气动阀72进行水力压裂,当第二水压传感器82显示压力跌落则关闭第二回路气动阀72,接着打开第三回路气动阀73,进行水力压裂,当第三水压传感器83跌落关闭第三回路气动阀73,最后多路压力都跌落,打开第一回路电磁阀74、第二回路电磁阀75和第三回路电磁阀76,然后打开第一控制阀41,打开第一回路气动阀71、第二回路气动阀72和第三回路气动阀73回水到水箱3,关闭高压注水泵2,完成单路逐一水力压裂操作。
以上内容仅为本发明的较佳实施例,对于本领域的普通技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化,只要这些变化未脱离本发明的构思,均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种煤矿多孔水力压裂***,用于对煤层内多个钻孔实施压裂工艺,其特征在于:包括PLC、高压注水泵、水箱、以及多组压裂管和压裂组件,其中每一钻孔中均设置一组压裂组件,所述压裂组件包括两个在钻孔内对称设置的高压封孔胶囊以及一个注水器,其中注水器安装在两个高压封孔胶囊中间位置,所述高压注水泵的输入端通过管路与水箱连接,所述高压注水泵的输出端以及水箱的回水端通过压裂管与注水器连接并形成压裂回路,所述水箱的回水端设有第一控制阀,高压注水泵的输出端设有第二控制阀,
压裂管上设有水压传感器,且在压裂管中,向注水器方向输水的管路上设置气动阀,由注水器向水箱方向输水的管路上设置电磁阀;所述PLC与水压传感器电性连接,以获取压裂管中水压数据;所述PLC与高压注水泵、气动阀和电磁阀电性连接,以控制其开闭状态。
2.一种煤矿多孔水力压裂***的控制方法,使用如权利要求1所述的煤矿多孔水力压裂***,其特征在于,
对多个钻孔同步水力压裂,包括如下步骤:
A1:在煤层总打多个钻孔,对钻孔内端进行封孔,煤层先进行内端封孔,将钻孔内端封孔,将注水器送入钻孔内,钻孔外端封孔,将注水器接入压裂管;
A2:关闭第一控制阀,关闭所有压裂管上的电磁阀,同时打开第二控制阀,打开所有压裂管的气动阀,开始注水,当其中一路压裂管上的水压传感器检测到的该压裂管内压力值跌落到阀值时关闭该路的气动阀;
A3:在所有压裂管上的气动阀全部关闭后,打开所有管路上的电磁阀,再打开第一控制阀以及所有管路上的气动阀,并回水到水箱后,关闭高压注水泵,完成同步水力压裂操作。
3.一种煤矿多孔水力压裂***的控制方法,使用如权利要求1所述的煤矿多孔水力压裂***,其特征在于,
对多个钻孔逐一水力压裂,包括如下步骤:
B1:在煤层总打多个钻孔,对钻孔内端进行封孔,煤层先进行内端封孔,将钻孔内端封孔,将注水器送入钻孔内,钻孔外端封孔,将注水器接入压裂管;
B2:关闭第一电磁阀,关闭所有压裂管上的电磁阀和气动阀,打开第二控制阀;打开其中一个压裂管上的气动阀,使该压裂管对应管路中的注水器对钻孔注水压裂,当该路压裂管上的水压传感器检测到的该压裂管内压力值跌落到阀值时,再打开另一压裂管上的气动阀,直至全部压裂管上的水压传感器检测到的该压裂管内压力值跌落到阀值;
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: 113122 No.11 Binhe Road, Shenfu demonstration area, Fushun City, Liaoning Province Applicant after: Shenyang Research Institute Co.,Ltd. Address before: 113122 No. 11 Binhe Road, Fushun Economic Development Zone, Fushun City, Liaoning Province Applicant before: CCTEG (China Coal Technology and Engineering Group Corp.) |
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