CN114151057B - 一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置及其使用方法，连接壳，连接壳左侧壁固定安装固定管，固定管内壁转动安装螺杆，螺杆侧壁螺接滑动管，滑动管外壁滑动连接固定管内壁，滑动管外壁左端和固定管外壁左端分别固定安装密封部，滑动管外壁和固定管外壁分别贴合膨胀管，膨胀管内对应设置有密封配合部，密封配合部用于与密封部相配合，以将膨胀管固定在滑动管和固定管上，滑动管侧壁开设条形孔，通过滑动管在固定管内壁可移动的调节，不仅能够对不同尺寸的膨胀管进行适应安装，而且能够进行横向的对接安装于密封，避免了采用纵向的压制固定密封，使得连接处更加紧密，降低褶皱和细孔的出现，且安装方便。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿生产技术领域，具体而言，涉及一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置及其使用方法。
背景技术
目前，业内最接近的现有技术是：在煤矿生产及防治水工作中，合理留设防隔水煤柱对煤矿安全生产和合理开发煤炭资源都是十分重要的，然而现有的实验装置多采用膨胀管进行实验，在试验中需要进行膨胀管两端的固紧和密封，且通常采用类似于金属卡箍的结构，从膨胀管外部进行压制固定和密封，这样虽然能够起到固定和密封的作用，但是增加了膨胀管两端的直径，不利于装置对外部钻孔的插接，而且在膨胀管接触孔壁时已经受力膨胀，导致实际的数值偏大，两端的压制密封容易导致膨胀管出现褶皱和细孔的问题，使得密封不稳定，需要多层多处密封，不仅增加了实验的繁琐程度，而且效果低下，难以应对不同型号的膨胀管，为此提出一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置及其使用方法。
发明内容
根据本发明的实施例旨在解决或改善上述技术问题中的至少之一。
根据本发明的实施例的第一目的在于提供一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置。
本发明的第二方面还提出了一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置使用方法。
发明第一方面的实施例提供了一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置包括：连接壳，所述连接壳左侧壁固定安装固定管，所述固定管内壁转动安装螺杆，所述螺杆侧壁螺接滑动管，所述滑动管外壁滑动连接所述固定管内壁，所述滑动管外壁左端和所述固定管外壁左端分别固定安装密封部，所述滑动管外壁和所述固定管外壁分别贴合膨胀管，所述膨胀管内对应设置有密封配合部，所述密封配合部用于与所述密封部相配合，以将所述膨胀管固定在所述滑动管和所述固定管上，所述滑动管侧壁开设条形孔；其中，所述密封部用于密封所述滑动管和所述固定管，所述滑动管和所述固定管同轴设置。
根据本发明提供的一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置，通过滑动管在固定管内壁可移动的调节，不仅能够对不同尺寸的膨胀管进行适应安装，而且能够进行横向的对接安装于密封，避免了采用纵向的压制固定密封，使得连接处更加紧密，降低褶皱和细孔的出现，且安装方便，通过进行滑动管的移动，能够对膨胀管进行绷直和松脱的设置，能够避免在插接外部钻孔时膨胀管松脱而发生侧移，以及避免在拆下膨胀管时由于固紧过于牢固而造成的拆卸费力，采用两端的密封部和密封配合部的对接密封，进行横向的对接密封，避免了从外部采用金属卡箍或者其他周向的压制固定结构造成装置的直径增大，影响装置插接外部钻孔和膨胀管的实际膨胀接触煤岩壁，且两端进行密封避免了滑动管和固定管的内部液体泄漏，保证了装置的密封性。
另外，根据本发明的实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：
上述任一技术方案中，所述密封配合部包括：密封环，所述密封环外壁固定连接所述膨胀管内壁，所述密封部上开设有用于容纳所述密封环的环形密封槽，所述密封环的至少部分伸入所述环形密封槽内使所述密封环被固定，所述环形密封槽与所述滑动管和所述固定管同轴设置。
在该技术方案中，通过密封环和环形密封槽的伸入密封，一方面能够对密封部和密封配合部进行对接固定，另一方面能够起到插接的密封配合作用，在保证结构稳定固定的同时进行连接处的密封，保护内部液体不向外部泄漏，两端的固定密封设置，也有利于膨胀管的两端的带动，以便进行绷直和松脱操作。
上述任一技术方案中，所述密封配合部还包括：封挡环，所述封挡环外壁固定连接所述膨胀管内壁，所述密封部上开设有用于贴合所述封挡环的斜角，所述斜角开设在所述密封部的外沿。
在该技术方案中，通过封挡环侧壁和斜角的贴合密封作用，起到了额外的密封，进一步保证了膨胀管两端的密封性，且采用斜角与封挡环的贴合密封，可在对接固定中降低操作难度和生产中的精度要求，降低生产和施工成本。
上述任一技术方案中，所述封挡环上一体成型有多个插接定位件，所述插接定位件凸设于所述封挡环的侧壁，所述密封部侧壁开设插槽，所述插槽内壁插接所述插接定位件。
在该技术方案中，通过多个插接定位件对插槽的插接定位，使得密封部能够准确的与密封配合部进行对接固定，以便在刚性材料和弹性材料对接时，保证各部位都能够达到预设的位置，降低内部偏差和干涉。
上述任一技术方案中，所述密封配合部还包括：延伸边，所述延伸边与所述封挡环相连接，所述延伸边延伸形成开口向外的U型凹槽。
在该技术方案中，通过延伸边，使得膨胀管在内部高压液体的作用下，向外膨胀变形时，能够接触滑动管外壁，起到了在变形中的额外密封作用，在密封部和密封配合部对接固定时，通过延伸边的U型凹槽，使得延伸边单侧截面为U型，在密封部移动中通过密封配合部时，能够起到导向移动的作用，降低接触时的结构干涉，提高对接成功率。
上述任一技术方案中，所述条形孔内壁开设有扩容槽，且所述扩容槽开设于所述条形孔靠近所述膨胀管的内壁一端。
在该技术方案中，通过扩容槽，可使得条形孔在远离滑动管向外的过程中，扩容槽的容量逐渐增大，以便降低液体的流动速度，可降低对膨胀管的冲击力度，避免膨胀管在长期使用过程中的裂纹产生。
上述任一技术方案中，所述螺杆侧壁右端转动安装导转环，所述导转环外壁固定连接固定杆一端，所述固定杆另一端固定连接所述固定管内壁，且所述导转环与所述固定管同轴设置。
在该技术方案中，通过螺杆的转动传动，螺杆既可以对滑动管进行传动移动，以便对不同的膨胀管进行适配，以及拆装操作，螺杆也可以进行静置不动，对滑动管进行轴向的移动限制，保证了滑动管不会产生随意转动。
上述任一技术方案中，所述滑动管内壁贴合传动环，所述传动环内壁固定连接传动杆一端，所述传动杆另一端固定安装传动螺母，所述传动螺母内壁螺接所述螺杆，所述滑动管内壁固定有用于夹持传动环的夹环，且所述夹环分别设置在所述传动环的左右侧壁。
在该技术方案中，通过传动螺母与螺杆进行配合螺接传动，借助传动杆和传动环的传动，进行移动，滑动管通过内部设置的两个夹环对传动环进行夹持固定，使得螺杆的转动最终不会带动滑动管产生转动，滑动管只会产生轴向的移动而不会产生周向的转动，保证了膨胀管不会被扭转，只会受到轴向的拉力，传动杆的设置，以便液体从传动杆之间流通。
上述任一技术方案中，所述螺杆右侧壁固定安装手轮，且所述手轮设置在所述连接壳内部。
在该技术方案中，通过手轮的设置可方便使用者带动螺杆进行转动，不会阻挡连通壳内部的液体流动，在不会对液体流动产生阻力的同时，也不会被流动的液体带动，导致螺杆的转动。
本发明的第二方面提供了一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置使用方法，包括如下步骤：S1，转动所述螺杆，以使所述滑动管完全伸出固定管内部，通过所述连接壳与外部液压泵相连通；S2，将膨胀管套在所述滑动管外壁上，通过所述密封配合部与所述密封部将所述膨胀管一端固定在所述滑动管上；S3，反转所述螺杆移动所述滑动管，使得膨胀管另一端的密封配合部与固定管上的密封部对接固定，然后再次反转以使所述膨胀管绷直；S4，将所述固定管和所述滑动管插接外部钻孔，启动液压泵进行测试；S5，在测试结束后通过液压泵收回液体，并拆下液压泵，转动螺杆，以便将所述固定管和所述滑动管脱离外部钻孔，以及松脱膨胀管进行拆除；其中，所述煤岩钻孔高压水力压裂实验装置使用方法采用上述的煤岩钻孔高压水力压裂实验装置，进行实验测试。
根据本发明的技术方案提供的一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置使用方法，由于其中包含了可以实现如上述任一技术方案的方法步骤，因而本发明第二方面提供的一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置使用方法的全部技术效果，在此不再赘述。
根据本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实施例的实践了解到。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的固定管和连接壳局部剖切后及其连接结构示意图；
图3为本发明的滑动管和密封部局部剖切结构示意图；
图4为图3中A处放大图；
图5为本发明的膨胀管和密封配合部局部剖切结构示意图；
图6为图5中B处放大图；
图7为本发明的传动螺母及其连接结构示意图。
其中，图1至图7中附图标记与部件名称之间的对应关系为：
1连接壳、101法兰、2固定管、3螺杆、301导转环、302固定杆、4滑动管、401条形孔、4011扩容槽、402传动环、403传动杆、404传动螺母、405夹环、5密封部、501环形密封槽、502斜角、503插槽、6膨胀管、7密封配合部、701密封环、7011圆角、702封挡环、703插接定位件、704延伸边、7041 U型凹槽、8手轮、9压力表。
具体实施方式
为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
请参阅图1-7，本发明第一方面的实施例提供了一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置包括：连接壳1，连接壳1左侧壁固定安装固定管2，固定管2内壁转动安装螺杆3，螺杆3侧壁螺接滑动管4，滑动管4外壁滑动连接固定管2内壁，滑动管4外壁左端和固定管2外壁左端分别固定安装密封部5，滑动管4外壁和固定管2外壁分别贴合膨胀管6，膨胀管6内对应设置有密封配合部7，密封配合部7用于与密封部5相配合，以将膨胀管6固定在滑动管4和固定管2上，滑动管4侧壁开设条形孔401；其中，密封部5用于密封滑动管4和固定管2，滑动管4和固定管2同轴设置。
根据本发明提供的一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置，通过滑动管4在固定管2内壁可移动的调节，不仅能够对不同尺寸的膨胀管6进行适应安装，而且能够进行横向的对接安装于密封，避免了采用纵向的压制固定密封，使得连接处更加紧密，降低褶皱和细孔的出现，且安装方便，通过进行滑动管4的移动，能够对膨胀管6进行绷直和松脱的设置，能够避免在插接外部钻孔时膨胀管6松脱而发生侧移，以及避免在拆下膨胀管6时由于固紧过于牢固而造成的拆卸费力，采用两端的密封部5和密封配合部7的对接密封，进行横向的对接密封，避免了从外部采用金属卡箍或者其他周向的压制固定结构造成装置的直径增大，影响装置插接外部钻孔和膨胀管6的实际膨胀接触煤岩壁，且两端进行密封避免了滑动管4和固定管2的内部液体泄漏，保证了装置的密封性。
具体地，膨胀管6采用现有的橡胶管，以便进行弹性变形膨胀，使用时可将膨胀管6两端向外拉动，以便进行对接和固定。
进一步地，连接壳1上安装有压力表9，且压力表9监测端贯穿连接壳1侧壁并延伸至腔内，以便外部使用者能够更加直接的了解到膨胀管6内部的实际压力值。
进一步地，连接壳1外部固定安装法兰101，以便对外部液压泵进行对接固定。
上述任一实施例中，如图1-7所示，密封配合部7包括：密封环701，密封环701外壁固定连接膨胀管6内壁，密封部5上开设有用于容纳密封环701的环形密封槽501，密封环701的至少部分伸入环形密封槽501内使密封环701被固定，环形密封槽501与滑动管4和固定管2同轴设置。
在该实施例中，通过密封环701和环形密封槽501的伸入密封，一方面能够对密封部5和密封配合部7进行对接固定，另一方面能够起到插接的密封配合作用，在保证结构稳定固定的同时进行连接处的密封，保护内部液体不向外部泄漏，两端的固定密封设置，也有利于膨胀管6的两端的带动，以便进行绷直和松脱操作。
进一步地，密封环701外壁开设圆角7011，以便在对接密封槽时进行圆弧面的导向滑动，使得密封环701对接密封槽的过程能够更加顺利。
上述任一实施例中，如图1-7所示，密封配合部7还包括：封挡环702，封挡环702外壁固定连接膨胀管6内壁，密封部5上开设有用于贴合封挡环702的斜角502，斜角502开设在密封部5的外沿。
在该实施例中，通过封挡环702侧壁和斜角502的贴合密封作用，起到了额外的密封，进一步保证了膨胀管6两端的密封性，且采用斜角502与封挡环702的贴合密封，可在对接固定中降低操作难度和生产中的精度要求，降低生产和施工成本。
上述任一实施例中，如图1-7所示，封挡环702上一体成型有多个插接定位件703，插接定位件703凸设于封挡环702的侧壁，密封部5侧壁开设插槽503，插槽503内壁插接插接定位件703。
在该实施例中，通过多个插接定位件703对插槽503的插接定位，使得密封部5能够准确的与密封配合部7进行对接固定，以便在刚性材料和弹性材料对接时，保证各部位都能够达到预设的位置，降低内部偏差和干涉。
上述任一实施例中，如图1-7所示，密封配合部7还包括：延伸边704，延伸边704与封挡环702相连接，延伸边704延伸形成开口向外的U型凹槽7041。
在该实施例中，通过延伸边704，使得膨胀管6在内部高压液体的作用下，向外膨胀变形时，能够接触滑动管4外壁，起到了在变形中的额外密封作用，在密封部5和密封配合部7对接固定时，通过延伸边704的U型凹槽7041，使得延伸边704单侧截面为U型，在密封部5移动中通过密封配合部7时，能够起到导向移动的作用，降低接触时的结构干涉，提高对接成功率。
上述任一实施例中，如图1-7所示，条形孔401内壁开设有扩容槽4011，且扩容槽4011开设于条形孔401靠近膨胀管6的内壁一端。
在该实施例中，通过扩容槽4011，可使得条形孔401在远离滑动管4向外的过程中，扩容槽4011的容量逐渐增大，以便降低液体的流动速度，可降低对膨胀管6的冲击力度，避免膨胀管6在长期使用过程中的裂纹产生。
上述任一实施例中，如图1-7所示，螺杆3侧壁右端转动安装导转环301，导转环301外壁固定连接固定杆302一端，固定杆302另一端固定连接固定管2内壁，且导转环301与固定管2同轴设置。
在该实施例中，通过螺杆3的转动传动，螺杆3既可以对滑动管4进行传动移动，以便对不同的膨胀管6进行适配，以及拆装操作，螺杆3也可以进行静置不动，对滑动管4进行轴向的移动限制，保证了滑动管4不会产生随意转动。
上述任一实施例中，如图1-7所示，滑动管4内壁贴合传动环402，传动环402内壁固定连接传动杆403一端，传动杆403另一端固定安装传动螺母404，传动螺母404内壁螺接螺杆3，滑动管4内壁固定有用于夹持传动环402的夹环405，且夹环405分别设置在传动环402的左右侧壁。
在该实施例中，通过传动螺母404与螺杆3进行配合螺接传动，借助传动杆403和传动环402的传动，进行移动，滑动管4通过内部设置的两个夹环405对传动环402进行夹持固定，使得螺杆3的转动最终不会带动滑动管4产生转动，滑动管4只会产生轴向的移动而不会产生周向的转动，保证了膨胀管6不会被扭转，只会受到轴向的拉力，传动杆403的设置，以便液体从传动杆403之间流通。
上述任一实施例中，如图1-7所示，螺杆3右侧壁固定安装手轮8，且手轮8设置在连接壳1内部。
在该实施例中，通过手轮8的设置可方便使用者带动螺杆3进行转动，不会阻挡连通壳内部的液体流动，在不会对液体流动产生阻力的同时，也不会被流动的液体带动，导致螺杆3的转动。
本发明的第二方面提供了一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置使用方法，包括如下步骤：S1，转动螺杆3，以使滑动管4完全伸出固定管2内部，通过连接壳1与外部液压泵相连通；S2，将膨胀管6套在滑动管4外壁上，通过密封配合部7与密封部5将膨胀管6一端固定在滑动管4上；S3，反转螺杆3移动滑动管4，使得膨胀管6另一端的密封配合部7与固定管2上的密封部5对接固定，然后再次反转以使膨胀管6绷直；S4，将固定管2和滑动管4插接外部钻孔，启动液压泵进行测试；S5，在测试结束后通过液压泵收回液体，并拆下液压泵，转动螺杆3，以便将固定管2和滑动管4脱离外部钻孔，以及松脱膨胀管6进行拆除；其中，煤岩钻孔高压水力压裂实验装置使用方法采用上述的煤岩钻孔高压水力压裂实验装置，进行实验测试。
根据本发明的实施例提供的一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置使用方法，由于其中包含了可以实现如上述任一实施例的方法步骤，因而本发明第二方面提供的一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置使用方法的全部技术效果，在此不再赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置，其特征在于，包括：连接壳（1），所述连接壳（1）左侧壁固定安装固定管（2），所述固定管（2）内壁转动安装螺杆（3），所述螺杆（3）侧壁螺接滑动管（4），所述滑动管（4）外壁滑动连接所述固定管（2）内壁，所述滑动管（4）外壁左端和所述固定管（2）外壁左端分别固定安装密封部（5），所述滑动管（4）外壁和所述固定管（2）外壁分别贴合膨胀管（6），所述膨胀管（6）内对应设置有密封配合部（7），所述密封配合部（7）用于与所述密封部（5）相配合，以将所述膨胀管（6）固定在所述滑动管（4）和所述固定管（2）上，所述滑动管（4）侧壁开设条形孔（401）；
其中，所述密封部（5）用于密封所述滑动管（4）和所述固定管，所述滑动管（4）和所述固定管（2）同轴设置；所述密封配合部（7）包括：密封环（701），所述密封环（701）外壁固定连接所述膨胀管（6）内壁，所述密封部（5）上开设有用于容纳所述密封环（701）的环形密封槽（501），所述密封环（701）的至少部分伸入所述环形密封槽（501）内使所述密封环（701）被固定，所述环形密封槽（501）与所述滑动管（4）和所述固定管（2）同轴设置；所述密封配合部（7）还包括：封挡环（702），所述封挡环（702）外壁固定连接所述膨胀管（6）内壁，所述密封部（5）上开设有用于贴合所述封挡环（702）的斜角（502），所述斜角（502）开设在所述密封部（5）的外沿；所述封挡环（702）上一体成型有多个插接定位件（703），所述插接定位件（703）凸设于所述封挡环（702）的侧壁，所述密封部（5）侧壁开设插槽（503），所述插槽（503）内壁插接所述插接定位件（703）；所述密封配合部（7）还包括：延伸边（704），所述延伸边（704）与所述封挡环（702）相连接，所述延伸边（704）延伸形成开口向外的U型凹槽（7041）。
2.根据权利要求1所述的一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置，其特征在于，所述条形孔（401）内壁开设有扩容槽（4011），且所述扩容槽（4011）开设于所述条形孔（401）靠近所述膨胀管（6）的内壁一端。
3.根据权利要求1所述的一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置，其特征在于，所述螺杆（3）侧壁右端转动安装导转环（301），所述导转环（301）外壁固定连接固定杆（302）一端，所述固定杆（302）另一端固定连接所述固定管（2）内壁，且所述导转环（301）与所述固定管（2）同轴设置。
4.根据权利要求1所述的一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置，其特征在于，所述滑动管（4）内壁贴合传动环（402），所述传动环（402）内壁固定连接传动杆（403）一端，所述传动杆（403）另一端固定安装传动螺母（404），所述传动螺母（404）内壁螺接所述螺杆（3），所述滑动管（4）内壁固定有用于夹持传动环（402）的夹环（405），且所述夹环（405）分别设置在所述传动环（402）的左右侧壁。
5.根据权利要求1所述的一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置，其特征在于，所述螺杆（3）右侧壁固定安装手轮（8），且所述手轮（8）设置在所述连接壳（1）内部。
6.一种煤岩钻孔高压水力压裂实验装置使用方法，基于权利要求1-5任一所述的煤岩钻孔高压水力压裂实验装置，其特征在于，包括如下步骤：
S1，转动所述螺杆（3），以使所述滑动管（4）完全伸出固定管（2）内部，通过所述连接壳（1）与外部液压泵相连通；
S2，将膨胀管（6）套在所述滑动管（4）外壁上，通过所述密封配合部（7）与所述密封部（5）将所述膨胀管（6）一端固定在所述滑动管（4）上；
S3，反转所述螺杆（3）移动所述滑动管（4），使得膨胀管（6）另一端的密封配合部（7）与固定管（2）上的密封部（5）对接固定，然后再次反转以使所述膨胀管（6）绷直；
S4，将所述固定管（2）和所述滑动管（4）插接外部钻孔，启动液压泵进行测试；
S5，在测试结束后通过液压泵收回液体，并拆下液压泵，转动螺杆（3），以便将所述固定管（2）和所述滑动管（4）脱离外部钻孔，以及松脱膨胀管（6）进行拆除。
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