本发明具体涉及煤层卸压增透,具体是一种碎软低透气性煤层卸压增透装置及方法。
背景技术:
1、我国煤层地质条件复杂,其中碎软低透气性煤层分布广泛,此类煤层具有强度低、易碎、原生裂隙发育但渗透性极差等特点,这导致了以下两大核心难题:
2、1.瓦斯抽采难度极大,突出风险高:由于煤层透气性极低,常规钻孔完成后,瓦斯无法有效流动至钻孔中被抽采出来,这使得煤层中赋存的高压瓦斯难以释放,形成巨大的安全风险隐患,煤矿瓦斯突出事故时有发生,严重威胁矿工生命安全和矿井安全生产;
3、2.传统的连续注液压裂方式,其静压作用在碎软煤层中容易形成单一的主裂隙,或者仅使原有裂隙张开而非产生新的网络裂隙,增透范围有限,效果不理想,并且,高压液体容易在孔壁最薄弱处冲蚀,导致孔壁进一步失稳坍塌,无法将能量有效传递至煤层深部。
技术实现思路
1、为此,本发明提出一种碎软低透气性煤层卸压增透装置及方法以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的,本发明提供以下技术方案:一种碎软低透气性煤层卸压增透装置,其包括:
3、钻管,其底部的内径大于其顶部的外径;
4、膨胀节,其用于膨胀封孔,并固定在钻管的顶部;
5、压裂液注入机构,其固定连通在钻管的底端部处,所述压裂液注入机构能够通过先聚压、后卸压的方式,进行间歇增压注入压裂液;
6、喷头,其设置有多个,并圆周阵列安装在压裂液注入机构的底部;
7、以及排空增压机构,其连通在钻管底端部的侧壁上,并能够将钻管内的残留压裂液增压排出。
8、可选地,所述压裂液注入机构包括:
9、壳体,其内顶部固定有锥筒座,且所述锥筒座内设置有多个圆周阵列布置的喷孔;
10、封板,其设置于锥筒座的下方,并能够与壳体进行密封;
11、压杆,其一端部穿过锥筒座的底口,并与封板固定连接,所述压杆的另一端部固定连接有弹簧座;
12、以及弹簧,其缠绕在压杆的侧壁上,所述弹簧的一端部与弹簧座固定连接,所述弹簧的另一端与锥筒座的锥壁相抵。
13、可选地,所述锥筒座底口的口径大于压杆的外径。
14、可选地,所述壳体的内壁的截面设置为弧形,且所述壳体的下半部内可活动设置有封板。
15、可选地,所述壳体的内底部固定有限位筒,所述限位筒内匹配滑接有导向块,所述导向块与滑杆的一端固定连接,所述滑杆的另一端向上穿出并与封板固定连接。
16、可选地,所述排空增压机构包括:
17、排空座,其通过套环固定嵌入钻管的侧壁上,所述排空座上的进液孔与钻管内腔相连通;
18、滑塞,其匹配滑接在排空座内;
19、以及液压缸,其定端部固定在钻管内,所述液压缸的动端部伸入至排空座内,并与滑塞固定连接;
20、其中,所述排空座内设置有多个流液通道,且所述流液通道的一端部与位于滑塞后方的排空座内腔相连通,所述流液通道的另一端部与排空座上的出液孔相连通。
21、可选地,所述进液孔与出液孔内均安装有单向阀。
22、本发明还提出一种碎软低透气性煤层卸压增透方法,其包括以下步骤:
23、步骤1:从地面施工一口垂直井,到达煤层顶板后造斜,转为水平井,沿煤层走向钻进300~500米,作为主通道和后续压裂的压裂作业井;
24、步骤2:从煤矿井下巷道向目标煤层施工多个主钻孔,在每个主钻孔内,通过定向钻进方式向两侧钻出多个呈梳齿分布的分支钻孔;
25、步骤3:向分支钻孔低压注入复合浆液,该浆液渗入分支钻孔周围的裂隙网络,凝固后产生膨胀压力,将破碎煤体胶结成一个整体;
26、步骤4:依次向各主钻孔内置入卸压增透装置,进行增压注入压裂液作业。
27、本发明采用以上技术,与现有的技术相比具有以下有益效果:
28、1.本发明通过主动增透、强化抽采,大幅降低了煤层中的瓦斯压力和含量,从源头上有效预防了煤矿瓦斯突出事故,极大地改善了井下作业安全环境。
29、2.本发明装置和方法特别针对“碎软、低透”煤层设计,其先固结、后脉冲压裂的理念,使其能够有效应对这类传统上难以实施水力压裂的复杂地质条件。
1.一种碎软低透气性煤层卸压增透装置,其特征在于,其包括:
2.根据权利要求1所述的一种碎软低透气性煤层卸压增透装置,其特征在于:所述压裂液注入机构(3)包括:
3.根据权利要求2所述的一种碎软低透气性煤层卸压增透装置,其特征在于:所述锥筒座(304)底口的口径大于压杆(301)的外径。
4.根据权利要求2所述的一种碎软低透气性煤层卸压增透装置,其特征在于:所述壳体(308)的内壁的截面设置为弧形,且所述壳体(308)的下半部内可活动设置有封板(305)。
5.根据权利要求4所述的一种碎软低透气性煤层卸压增透装置,其特征在于:所述壳体(308)的内底部固定有限位筒(307),所述限位筒(307)内匹配滑接有导向块,所述导向块与滑杆(306)的一端固定连接,所述滑杆(306)的另一端向上穿出并与封板(305)固定连接。
6.根据权利要求1所述的一种碎软低透气性煤层卸压增透装置,其特征在于:所述排空增压机构(5)包括:
7.根据权利要求6所述的一种碎软低透气性煤层卸压增透装置,其特征在于:所述进液孔(507)与出液孔(505)内均安装有单向阀。
8.一种碎软低透气性煤层卸压增透方法,其特征在于,其包括以下步骤: