一种防推出水力压裂封孔装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种矿用防推出水力压裂封孔装置，包括压裂管上依次设置的封孔胶囊、单向阀、堵头；压裂管从中部直径大，两端直径小的鼓肚形封孔胶囊中心穿过，压裂管在封孔胶囊内的部分设置有出水孔。该封孔装置可有效防止水力压裂过程中由于注入压力过大而将封孔胶囊推出钻孔，造成压裂失败的弊端，与常规水力封孔胶囊相比，该封孔装置与钻孔接触面积大、密封效果好、可重复利用、结构简单、安全可靠。
【专利说明】
一种防推出水力压裂封孔装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及井下压裂钻孔封孔的技术领域，具体涉及一种利用封孔胶囊“鼓肚”段膨胀后嵌入钻孔扩孔段从而增大胶囊与钻孔的附着力、提高密封效果、防止胶囊被推出钻孔的技术领域。
【背景技术】
[0002]采前预抽煤层瓦斯作为解决煤矿瓦斯问题的主要是手段，一直受到采煤技术人员的重视。据统计，我国95%以上的高瓦斯矿井和突出矿井开采的煤层属于低透气性煤层，造成瓦斯抽采工作往往出现“有气抽不出”的尴尬。自上世纪60年代沈阳研究院在全国首次将水力压裂技术应用在低透气性的松软煤层增透强化抽采瓦斯领域以来，水力压裂的技术理论研究及装备研发都取得了巨大进展。
[0003]目前水力压裂钻孔的封孔技术主要包括:水泥砂浆或化学浆液封孔和封孔器封孔三种方式。水泥砂浆封孔方法存在的问题是水泥固结后会出现裂隙，形成漏气通道从而影响密封效果;诸如聚氨酯类的化学浆液封孔法的封孔强度有限，膨胀速率不易控制，浆液膨胀固结后容易因收缩而与钻孔壁脱离，出现漏气的现象。此两种封孔方法工艺繁琐、且不能重复利用，主要适用于永久性封孔场所。封孔器封孔按其封孔原理可划分为摩擦式和水力膨胀式两类。现场实践应用表明，摩擦式封孔器过于笨重，且膨胀系数较小，封孔效果不理想。因此，煤矿井下水力压裂封孔器一般采用可重复利用的水力膨胀式封孔方式。一般的封孔器坐封后中间部分为圆柱体，受长度限制，胶囊与钻孔的接触面积有限，膨胀后的胶囊与钻孔壁的摩擦力小于压裂液对胶囊沿钻孔轴向的推力时，在压裂栗供液时压裂管柱的蠕动可能会将封孔胶囊推出钻孔，胶囊内的高压水对周围施工人员的安全构成了较大的威胁，因此，研发一种可以防止因管柱蠕动将封孔胶囊推出钻孔的封孔器显得十分必要。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的不足，本实用新型提供一种防推出水力压裂封孔装置，通过将现有的圆柱形胶囊改为鼓肚形，从而增大胶囊与钻孔的附着力，防止压裂过程中胶囊被推出钻孔。
[0005]本发明的技术方案为:一种防推出水力压裂封孔装置，包括压裂管上依次设置有封孔胶囊、单向阀、堵头;压裂管从封孔胶囊中心穿过且在封孔胶囊内的部分设置有出水孔，压裂管端部设置有堵头，胶囊与堵头中间设置有单向阀。
[0006]所述的封孔胶囊为鼓肚形，按长度均分为3段，中间部分直径大、两端直径小，胶囊两端通过高压管箍固定在压裂管上。
[0007]所述的封孔胶囊直径增大的中间部分的直径小于钻孔直径。
[0008]所述的封孔胶囊直径增大的中间部分长度小于钻孔扩孔段长。
[0009]本实用新型的有益效果为:与传统的水力封孔器相比，该封孔胶囊采用鼓肚形的设计，当封孔胶囊膨胀后，胶囊鼓起的“肚子”恰好嵌入钻孔扩孔后的空腔内，压裂开始时，胶囊受到压裂段高压水对胶囊沿钻孔轴向向外的推力作用，与之相平衡的，胶囊除了受到与钻孔壁的摩擦力外，还受到了钻孔空腔对胶囊向钻孔里的推力，大大增强了胶囊的稳定性，有效防止了胶囊被推出钻孔的危险。该装置结构简单，可操作性强，便于技术推广。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型压裂前的装置结构示意图。
[0011 ]图2为本实用新型压裂后的装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图1、2所示对一种防推出水力压裂封孔装置做进一步说明，本实例中顺煤层钻孔长80m，孔径94mm。为实现该水力压裂钻孔的安全有效封孔，本实用新型采用如下装置和封孔方法。
[0013]如图1所示，一种防推出水力压裂封孔装置，包括压裂管(I)上依次设置有封孔胶囊(3)、单向阀(5)、堵头(6)等;压裂管(I)从封孔胶囊(3)中心穿过且在封孔胶囊(3)内的部分设置有出水孔(4)，压裂管(I)端部设置有堵头(6)，胶囊(3)与堵头(6)中间设置有单向阀
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[0014]特别的，封孔胶囊(3)为鼓肚形，按长度均分为3段，中间部分直径大、两端直径小，胶囊(3)两端通过高压管箍(2)固定在压裂管(I)上。
[0015]特别的，封孔胶囊(3)直径增大的中间部分的直径小于钻孔直径。
[0016]封孔时，该封孔装置与其他装备配合使用，该封孔方法包括如下步骤:
[0017](I)施工前设计:根据钻孔围岩为煤层的岩性及顺煤层钻孔的性质，确定钻孔封孔段长度为1.5m，封孔深度5m，根据封孔段长度设计封孔胶囊(3)总长1.5m，平均分为3段，单段长0.5m，中间部分直径80mm、两端直径60mm，钻孔扩孔段孔径为120mm、长0.Sm;
[0018](2)扩孔:用专用扩孔机在距钻孔口3.7m处扩出一段长0.Sm、直径120mm的钻孔空腔；
[0019](3)下入封孔装置:将防推出水力压裂封孔装置下入钻孔内，记下封孔胶囊(3)“肚子”段外侧距钻孔口距离，当此距离达到3.Sm时停止装置的下入；
[0020](4)将压裂栗与压裂管(I)连接，试压检查各段均连通后，开启压裂栗，压裂液通过压裂管上的出水孔进入封孔胶囊(3)内使胶囊(3)膨胀，胶囊(3)中间部分膨胀嵌入钻孔扩孔处的空腔并与之密切接触，胶囊(3)两端与钻孔未扩孔处密切接触，实现钻孔的封孔；随着注入压力不断升高，当达到单向阀(5)开启压力后，压裂液从单向阀(5)内流入钻孔内压裂目的层；
[0021](5)压裂完成后关闭压裂栗，封孔胶囊(3)解封后将压裂管柱拔出钻孔。
[0022]特别的，封孔胶囊(3)直径增大的中间部分长度小于钻孔扩孔段长。
【主权项】
1.一种防推出水力压裂封孔装置，其特征在于:压裂管上依次设置有封孔胶囊、单向阀、堵头;压裂管从封孔胶囊中心穿过且在封孔胶囊内的部分设置有出水孔，压裂管端部设置有堵头，胶囊与堵头中间设置有单向阀。2.根据权利要求1所述的一种防推出水力压裂封孔装置，其特征在于:所述的封孔胶囊为鼓肚形，按长度均分为3段，中间部分直径大、两端直径小，胶囊两端通过高压管箍固定在压裂管上。3.根据权利要求2所述的一种防推出水力压裂封孔装置，其特征在于:所述的封孔胶囊直径增大的中间部分的直径小于钻孔直径。4.根据权利要求3所述的一种防推出水力压裂封孔装置，其特征在于:所述的封孔胶囊直径增大的中间部分长度小于钻孔扩孔段长。
【文档编号】E21B33/12GK205477511SQ201620048223
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月19日
【发明人】张鹏伟, 张海洋, 雷少鹏
【申请人】河南理工大学