CN114607340A - 一种触发式封孔压裂结构及压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种触发式封孔压裂结构及压裂方法，属于煤矿井下水力压裂领域。包括封隔器、筛管、压裂管和单向阀门等，所述封隔器包括封隔器胶囊、中心管，第二出液孔等，所述筛管包括倒角引鞋，活塞、弹簧、第一出液孔等，连接顺序为从孔底外依次为引鞋，筛管，压裂管，封隔器胶囊，压裂管串联至孔口连接单向阀门。低压时压裂液不会从第一出液孔出水，先使封隔器胶囊膨胀封孔，压裂液持续增压达到设定阈值后，触发筛管内弹簧压缩，活塞往里推进，使得压裂液可以从第一出液孔进入钻孔被封隔器密闭的腔体内憋压对煤层开展压裂。压裂后通过单向阀门实现自动保压功能，并且泄压后可回收重复使用，本压裂管柱***操作简单，能够实现单封隔器封孔、压裂、保压一体化。
Description
技术领域
本发明属于煤矿井下水力压裂领域，涉及一种触发式封孔压裂结构及压裂方法。
背景技术
高瓦斯、低渗煤层的瓦斯治理一直是业界研究高地，如何提高煤层的透气性，高效抽采瓦斯成为我国各高校、研究所以及煤炭企业一直以来的重要课题。目前已形成一系列煤层增透强化瓦斯抽采技术，包括钻孔水力压裂、深孔预裂***、水力冲孔、水力割缝等。而水力压裂作为一种煤层增透措施，具有增透范围大，效果好等优点，因此在高瓦斯低透矿井中应用越来越广泛。
水力压裂成功的关键在于封孔的精度和可靠性。传统的井下水力压裂是多为水泥砂浆封孔，水泥砂浆注浆封孔主要存在以下问题：一是水泥砂浆注浆水灰比不好控制，如果水泥沉淀量大的话，难以保证封孔层位达到预设位置要求，封孔不到位导致压裂无效。二是难以掌握水泥砂浆的粘稠度，太稠的话，当浆液从压裂筛管返浆时，易造成压裂管堵塞使得注水不畅。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种触发式封孔压裂结构及压裂方法，该装置特点是液压坐封，液压解封，靠封隔器向外扩张来封隔压裂孔、形成压裂环形空间。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种触发式封孔压裂结构，包括串联布置的压裂管、封隔器、筛管；所述压裂管用于向封隔器及筛管内通入液体并施压；所述封隔器受压后沿其径向膨胀以实现坐封；所述筛管内设有活塞，所述活塞上设有朝向所述筛管内部的弹簧，所述筛管上设有第一出液孔；所述筛管受压后压缩弹簧，使液体经第一出液孔进入被封隔器密封的钻孔段进行压裂。
可选的，所述筛管远离所述封隔器的一端上设有倒角引鞋。
可选的，所述弹簧一端固定连接在所述筛管内部，另一端固定连接在所述活塞上。
可选的，所述弹簧的压紧程度决定所述筛管被施压后进入液体的压力阈值，该压力阈值大于所述封隔器的起封压力以确保封隔器顺利坐封。
可选的，所述封隔器包括封隔胶囊、设置在封隔胶囊内的中心管，所述中心管与所述封隔胶囊之间形成环形腔体；所述中心管上设有第二出液孔。
可选的，所述压裂管远离所述封隔器的一端上设有用于泄压和/或保压的单向阀门。
一种触发式封孔压裂方法，在钻孔内由内至外依次布置筛管、封隔器、压裂管；所述压裂管用于向所述封隔器及所述筛管内通入液体并施压；所述封隔器受压后沿其径向膨胀以实现坐封；坐封封堵钻孔后持续施压，达到所述筛管的压力阈值后，所述筛管沿其径向向钻孔内施压实现压裂。
可选的，所述筛管远离所述封隔器的一端上设有单向阀门，在压裂过程中该单向阀门对封隔器及筛管进行施压、保压；保压结束后，该单向阀门泄压。
可选的，所述封隔器包括封隔胶囊、设置在封隔胶囊内的中心管，所述中心管与所述封隔胶囊之间形成环形腔体；所述中心管上设有第二出液孔；泄压后所述封隔器恢复至施压前尺寸，循环使用。
可选的，所述封隔胶囊使用采用金属膨胀筒，卸载后该金属膨胀筒恢复至施压前尺寸，恢复率为100％。
本发明的有益效果在于：
本发明其优点为坐封简单可靠，可重复利用，封孔层位精确，并可以自动保压，在近水平孔和倾角不大的压裂孔中作业更具有优势。
本发明使得封孔工艺简单可靠，可以保证压裂层位精确，实现自动保压目的。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明在钻孔内的下放位置示意图；
图2为本发明的结构示意图。
附图标记：倒角引鞋1、弹簧2、活塞3、第一出液孔4、钻孔5、筛管6、环形腔体7、中心管8、封隔器9、第二出液孔10、压裂管11、封隔器胶囊12、巷道13、单向阀门14。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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和简化描述，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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1～图2，为一种触发式封孔压裂结构及压裂方法，该结构包括封隔器9、筛管6、压裂管11和单向阀门14等机构，所述封隔器9包括封隔器胶囊12、中心管8，第二出液孔10、环形腔体7等，所述筛管6包括倒角引鞋1，活塞3、弹簧2、第一出液孔4等，连接顺序为从孔底外依次为倒角引鞋1，筛管6，压裂管11，封隔器胶囊12，压裂管11串联至孔口连接用于泄压的单向阀门14。本发明是通过泵注***使压裂液在工具串内作业，低压时压裂液不会从第一出液孔4出水，而是先使封隔器胶囊12膨胀封孔，压裂液持续增压达到设定阈值后，触发筛管6内弹簧2压缩，活塞3往里推进，使得压裂液可以从第一出液孔4进入钻孔5被封隔器9密闭的腔体内憋压对煤层开展压裂。本压裂管11柱***操作简单，成本低，能够实现单封隔器9封孔、压裂、保压一体化。
本发明下放工具串的顺序为筛管6、通过压裂管11与封隔器9串联、通过压裂管11引到孔口连接单向阀门14。其原理是泵注***将压裂液在通过压裂管11经中心管8通过封隔器9，到达筛管6，低压时压裂液不会从第一出液孔4出水，而是先使封隔器胶囊12膨胀坐封实现封孔，压裂液持续增压达到设定阈值后，触发筛管6内活塞3使其往里推进，使弹簧2压缩，使得压裂液可以从第一出液孔4进入被封隔器9密闭的钻孔5段憋压从而对煤层开展压裂。
筛管6最前端为倒角引鞋1，筛管6外壁有第一出液孔4，弹簧2与筛管6腔体一端内壁连接固定，另一端与活塞3连接。筛管6内部的弹簧2处于压紧状态，弹簧2的压紧程度决定了筛管6被打开的阈值，该阈值要大于封隔器9的起封压力，保证封隔器胶囊12顺利坐封，封隔器胶囊12为以软钢带作骨架的胶筒。封隔器9其结构包括封隔器胶囊12，中心管8。所述中心管8与封隔器胶囊12之间形成环形腔体7，中心管8壁上有第二出液孔10。
泵注***使压裂液进入管柱***，低压时压裂液从中心管8经中心管8壁上的第二出液孔10进入封隔器9的中心管8与封隔器胶囊12之间的环形腔体7，从而使封隔器胶囊12膨胀抵至钻孔5内壁实现坐封，封孔后压裂液持续增压达到设定阈值，使得压裂液可以从第一出液孔4进入钻孔5内对煤层开展压裂。
孔口有单向阀门14，当压裂并保压结束后，通过打开孔口的单向阀门14实现封隔器9管柱解封回收，并且该套装置可以重复使用，封隔器胶囊12采用金属膨胀胶筒密封，金属必须具有很好的抗腐蚀性和较长的使用寿命，金属件在卸载后,恢复到原来的尺寸，恢复率达100％。孔口有单向阀门14，保证高压水只进不出，且上面连接有泄压阀门，打开泄压阀门后，实现封隔器9腔体内高压水外流从而泄压回缩。
本发明的原理及使用步骤如下：
步骤1，设计钻孔5施工参数，钻孔5直径确定封隔器9工具串的尺寸、选择封孔位置确定封隔器9坐封的预定位置；
步骤2，将工具串下放到预定位置，封隔器9到孔底的钻孔5段即为压裂钻孔段，下放顺序为从孔底外依次为倒角引鞋1，筛管6，压裂管11，封隔器胶囊12，压裂管11串联至孔口连接用于泄压的单向阀门14；
步骤3，泵注***启动，开始往管汇***内注水，随着压裂液充满整个管柱***后，压力开始慢慢升高，当压力低于筛管6内弹簧2触发阈值时，也就是低压状态，封隔器9先实现膨胀坐封，完成封孔。
步骤4，随着高压水压力持续增加，达到筛管6内弹簧2触发阈值，活塞3被推动，压裂液经筛管6出液孔进入钻孔5环形腔体7内，开始压裂；
步骤5，达到设计注水量之后，停止压裂，单向阀门14保证高压水只进不出，实现保压。
步骤6，达到设计保压时间后，打开单向阀门14使工具串内的高压水外流，使封隔器9泄压回缩，压裂工具串依次退出钻孔5，完成本次压裂。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种触发式封孔压裂结构，其特征在于：包括串联布置的压裂管、封隔器、筛管；所述压裂管用于向封隔器及筛管内通入液体并施压；所述封隔器受压后沿其径向膨胀以实现坐封；所述筛管内设有活塞，所述活塞上设有朝向所述筛管内部的弹簧，所述筛管上设有第一出液孔；所述筛管受压后压缩弹簧，使液体经第一出液孔进入被封隔器密封的钻孔段进行压裂。
2.根据权利要求1所述的触发式封孔压裂结构，其特征在于：所述筛管远离所述封隔器的一端上设有倒角引鞋。
3.根据权利要求1所述的触发式封孔压裂结构，其特征在于：所述弹簧一端固定连接在所述筛管内部，另一端固定连接在所述活塞上。
4.根据权利要求1所述的触发式封孔压裂结构，其特征在于：所述弹簧的压紧程度决定所述筛管被施压后进入液体的压力阈值，该压力阈值大于所述封隔器的起封压力以确保封隔器顺利坐封。
5.根据权利要求1所述的触发式封孔压裂结构，其特征在于：所述封隔器包括封隔胶囊、设置在封隔胶囊内的中心管，所述中心管与所述封隔胶囊之间形成环形腔体；所述中心管上设有第二出液孔。
6.根据权利要求1所述的触发式封孔压裂结构，其特征在于：所述压裂管远离所述封隔器的一端上设有用于泄压和/或保压的单向阀门。
7.一种触发式封孔压裂方法，其特征在于：在钻孔内由内至外依次布置筛管、封隔器、压裂管；所述压裂管用于向所述封隔器及所述筛管内通入液体并施压；所述封隔器受压后沿其径向膨胀以实现坐封；坐封封堵钻孔后持续施压，达到所述筛管的压力阈值后，所述筛管沿其径向向钻孔内施压实现压裂。
8.根据权利要求7所述的触发式封孔压裂方法，其特征在于：所述筛管远离所述封隔器的一端上设有单向阀门，在压裂过程中该单向阀门对封隔器及筛管进行施压、保压；保压结束后，该单向阀门泄压。
9.根据权利要求8所述的触发式封孔压裂方法，其特征在于：所述封隔器包括封隔胶囊、设置在封隔胶囊内的中心管，所述中心管与所述封隔胶囊之间形成环形腔体；所述中心管上设有第二出液孔；泄压后所述封隔器恢复至施压前尺寸，循环使用。
10.根据权利要求9所述的触发式封孔压裂方法，其特征在于：所述封隔胶囊使用采用金属膨胀筒，卸载后该金属膨胀筒恢复至施压前尺寸，恢复率为100％。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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