煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置及方法.pdf

本发明公开了一种煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置及方法，包括最前端位于压裂钻孔孔底位置的压裂管、用于向压裂钻孔内注浆的注浆管和最前端位于煤层底板位置处并用于返浆和二次注浆的返浆管，压裂管上设置有用于保证压裂管位于钻孔中间位置的扶正件；不但可掌握注入砂浆的量和距离煤层位置，保证封孔层位于煤层段，避免压裂管末端被水泥堵塞，造成压裂钻孔报废，同时可解决压裂管下放后紧贴孔壁，导致封孔强度不能保证的问题，而且，还可保证压裂钻孔封孔后进行水力压裂过程中不漏水。

1.  一种煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：包括最前端位于压裂钻孔孔底位置的压裂管、用于向压裂钻孔内注浆的注浆管和最前端位于煤层底板位置处并用于返浆和二次注浆的返浆管，所述压裂管上设置有用于保证压裂管位于钻孔中间位置的扶正件，所述扶正件为至少两个并沿压裂管圆周均匀分布设置，每一扶正件包括外支撑板和连接外支撑板和压裂管的支撑块。

2.  根据权利要求1所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述外支撑板为弧形。

3.  根据权利要求2所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述支撑块为沿轴向设置的分段结构。

4.  根据权利要求3所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述压裂管包括压裂管本体和设置在压裂管本体最前端的筛管，所述筛管长度为煤层底板位置到压裂钻孔孔底距离。

5.  根据权利要求4所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述压裂管本体由至少两段压裂分管构成，至少其中一个压裂分管上设置有所述扶正件。

6.  根据权利要求5所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，其特征在于：所述返浆管最前端为花管结构。

7.  一种利用权利要求1所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置的方法，其特征在于：包括以下步骤：
a、形成压裂钻孔；
b、下放压裂管和返浆管，压裂管带扶正件并保证位于压裂钻孔中间位置，将返浆管前端位于煤层底板位置处，压裂管最前端位于压裂钻孔孔底处；
c、下放注浆管，并封堵压裂钻孔孔口；
d、通过注浆管向压裂钻孔内进行一次注浆，待返浆管有水泥浆返出后关闭 注浆管孔口阀门，再通过返浆管向孔内注入清水，清洗返浆管和压裂铁管，清水通过压裂铁管流出，此时保证返浆管孔口阀门打开；
e、一次注浆完成后静置，再通过返浆管向压裂钻孔孔内注入水泥将，进行二次注浆，并待压裂管内返出水泥将后关闭返浆管孔口阀门，二次注浆完成。

8.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于：一次注浆完成18-28小时后，进行二次注浆。

9.  根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述返浆管最前端为0.4-0.6m的花管结构；压裂管最前端为筛管，筛管长度为煤层底板位置到压裂钻孔孔底距离。

煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置及方法
技术领域
本发明涉及煤矿井下水力压裂技术领域，特别涉及一种煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置及方法。
背景技术
煤层瓦斯是一种洁净能源，但对煤矿生产而言则是一种灾害源，如何实现采煤之前瓦斯的预抽，达到资源开发利用和煤矿减灾的双重目的，一直是人们关注的焦点。水力压裂正是为了满足这一生产需求而诞生的一种集区域和局部瓦斯治理为一体的一种新工艺。
现有技术中，水力压裂技术中的钻孔封孔技术主要有水泥浆一次注浆封孔和水力压裂专用封孔胶囊封孔。其中，水泥浆一次性注浆封孔主要存在以下问题：一是难以掌握注入的水泥砂浆量，容易造成压裂管末端被水泥堵塞，造成压裂钻孔报废，二是压裂管下放后，压裂管紧贴孔壁，注浆时水泥浆不能完全环绕孔壁，封孔强度难以保证，三是水泥浆通过压裂管返浆后，关闭注浆管阀门后，孔内水泥浆会有一定沉淀，水泥浆液面下降难以保证封孔层位位于煤层段；水力压裂专用封孔器封孔主要存在以下问题：一是由于钻孔施工过程中，钻孔孔壁不够平滑，封孔器长度有限与钻孔的接触面积较小，采用封孔器封孔时孔壁与封孔胶囊之间接触不严密，水力压裂过程中漏水较为严重，二是钻孔周围一定范围内岩体存在裂隙，压裂过程中漏水严重，三是国内专用水力压裂封孔器封孔压力低，进口水力压裂专用封孔器成本太高。
因此，需要对现有的煤矿井下水力压裂钻孔封孔方式进行改进，不但可掌握注入砂浆的量和距离煤层位置，保证封孔层位于煤层段，避免压裂管末端被水泥堵塞，造成压裂钻孔报废，同时可解决压裂管下放后紧贴孔壁，导致封孔强度不能保证的问题，而且，还可保证压裂钻孔封孔后进行水力压裂过程中不漏水。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置及其方法，不但可掌握注入砂浆的量和距离煤层位置，保证封孔层位于煤层段，避免压裂管末端被水泥堵塞，造成压裂钻孔报废，同时可解决压裂管下放后紧贴孔壁，导致封孔强度不能保证的问题，而且，还可保证压裂钻孔封孔后进行水力压裂过程中不漏水。
本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，包括最前端位于压裂钻孔孔底位置的压裂管、用于向压裂钻孔内注浆的注浆管和最前端位于煤层底板位置处并用于返浆和二次注浆的返浆管，所述压裂管上设置有用于保证压裂管位于钻孔中间位置的扶正件，所述扶正件为至少两个并沿压裂管圆周均匀分布设置，每一扶正件包括外支撑板和连接外支撑板和压裂管的支撑块。
进一步，外支撑板为弧形。
进一步，支撑块为沿轴向设置的分段结构。
进一步，压裂管包括压裂管本体和设置在压裂管本体最前端的筛管，所述筛管长度为煤层底板位置到压裂钻孔孔底距离。
进一步，压裂管本体由至少两段压裂分管构成，至少其中一个压裂分管上设置有所述扶正件。
进一步，返浆管最前端为花管结构。
本发明还公开了一种利用所述的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置的方法，包括以下步骤：
a、形成压裂钻孔；
b、下放压裂管和返浆管，压裂管带扶正件并保证位于压裂钻孔中间位置，将返浆管前端位于煤层底板位置处，压裂管最前端位于压裂钻孔孔底处；
c、下放注浆管，并封堵压裂钻孔孔口；
d、通过注浆管向压裂钻孔内进行一次注浆，待返浆管有水泥浆返出后关闭注浆管孔口阀门，再通过返浆管向孔内注入清水，清洗返浆管和压裂铁管，清水 通过压裂铁管流出，此时保证返浆管孔口阀门打开；
e、一次注浆完成后静置，再通过返浆管向压裂钻孔孔内注入水泥将，进行二次注浆，并待压裂管内返出水泥将后关闭返浆管孔口阀门，二次注浆完成。
进一步，一次注浆完成18-28小时后，进行二次注浆。
进一步，返浆管最前端为0.4-0.6m的花管结构；压裂管最前端为筛管，筛管长度为煤层底板位置到压裂钻孔孔底距离。
本发明的有益效果：本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置及其方法，由于压裂管最前端位于压裂钻孔孔底，而返浆管最前端位于煤层底板位置处，当通过注浆管注浆至返浆管最前端时可自返浆管返浆，并在一次注浆后，再通过二次注浆保证水泥浆液面位于煤层段，使得注浆位置具有确定性，并避免压裂管末端被水泥堵塞，造成压裂钻孔报废；而且通过扶正件，扶正件的外支撑板与压裂钻孔孔壁保持间隙，避免压裂管紧贴孔壁，使得注浆时水泥浆可完全环绕孔壁，从而提高封孔强度，保证压裂钻孔封孔后进行水力压裂过程中不漏水。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置结构使用状态示意图；
图2为本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置中的压裂管径向截面结构示意图；
图3为本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置中的压裂管轴向截面结构示意图；
图4为本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔方法步骤流程图。
具体实施方式
图1为本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置结构使用状态示意图，图2为本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置中的压裂管径向截面结构示意图，图3为本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置中的压裂管轴向截面结构示意图，图4为本发明的煤矿井下水力压裂钻孔封孔方法步骤流程图，如图所示：本实施 例的煤矿井下水力压裂钻孔封孔装置，包括最前端位于压裂钻孔1孔底位置的压裂管2、用于向压裂钻孔1内注浆的注浆管4和最前端位于煤层底板3-1位置处并用于返浆和二次注浆的返浆管5，所述压裂管2上设置有用于保证压裂管2位于钻孔1中间位置的扶正件6，所述扶正件6为至少两个并沿压裂管2圆周均匀分布设置，每一扶正件6包括外支撑板6-1和连接外支撑板6-1和压裂管2的支撑块6-2；压裂管2中心至外支撑板6-1间的距离小于压裂钻孔1孔半径尺寸，外支撑板6-1外侧与压裂钻孔1孔壁之间保持间隙设置，扶正件6设置两个、三个或四个，当为两个时，成径向对称设置，当为三个时，两两间间隔120°设置，当为四个时，成两两径向对称设置；如图1所示，以上向孔为例，其中的压裂管2在使用时自压裂钻孔1孔中间放置，压裂管2与返浆管5放置后，通过注浆管4进行一次注浆(具体步骤见下述方法)，待水力压裂钻孔1内水泥将凝固达到水力压裂强度要求后，方可连接压裂设备及管路进行煤矿井下水力压裂增透强化瓦斯抽采，另外，在注浆前，需使用聚氨酯7封堵压裂孔孔口，保证水泥浆10注浆过程中孔口不会漏浆，聚氨酯达到一定强度后，通过注浆管4向水力压裂钻孔1孔内进行注浆。
本实施例中，外支撑板6-1为弧形；与压裂钻孔1孔内壁形状相适应。
本实施例中，支撑块6-2为沿轴向设置的分段结构；具有减重作用。
本实施例中，压裂管2包括压裂管2本体和设置在压裂管2本体最前端的筛管8，所述筛管长度为煤层底板3-1位置到压裂钻孔1孔底距离；其中，煤层底板3-1位置为煤层3最下层位置，钻孔未打通煤层段。
本实施例中，压裂管2本体由至少两段压裂分管构成，至少其中一个压裂分管上设置有所述扶正件；压裂分管下放过程中每隔5-7根分管中间安装一根带有扶正件6的分管。
本实施例中，返浆管5最前端为花管结构9；花管长度为0.4-0.6m，最优的为0.5m。
本发明还公开了一种利用所述的煤矿井下水力压裂钻孔1封孔装置的方法， 包括以下步骤：
a、形成压裂钻孔1；即进行煤矿井下水力压裂时，根据相关依据设计水力压裂钻孔1；
b、下放压裂管2和返浆管5，压裂管2带扶正件6并保证位于压裂钻孔1中间位置，将返浆管5前端位于煤层底板3-1位置处，压裂管2最前端位于压裂钻孔1孔底处；钻孔1施工完成后，首先下放压裂管2和返浆管5，压裂管2和返浆管5固定在一起下放；
c、下放注浆管4，并封堵压裂钻孔1孔口；使用聚氨酯封堵压裂孔孔口，保证水泥浆注浆过程中孔口不会漏浆；
d、通过注浆管4向压裂钻孔1内进行一次注浆，待返浆管5有水泥浆返出后关闭注浆管4孔口阀门，再通过返浆管5向孔内注入清水，清洗返浆管5和压裂铁管，清水通过压裂铁管流出，此时保证返浆管5孔口阀门打开；
e、一次注浆完成后静置，再通过返浆管5向压裂钻孔1孔内注入水泥将，进行二次注浆，并待压裂管2内返出水泥将后关闭返浆管5孔口阀门，二次注浆完成。
本实施例中，一次注浆完成18-28小时后，进行二次注浆；钻孔1内水泥浆沉降、凝固后钻孔1内水泥浆液面下降，一次注浆完成24小时后进行二次注浆。
本实施例中，返浆管5最前端为0.4-0.6m的花管结构；压裂管2最前端为筛管，筛管长度为煤层底板3-1位置到压裂钻孔1孔底距离。
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，而不脱离本发明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。