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专利号: 2023115732336
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.矿井下长距离压裂‑注砂‑测井一体化设备,其特征在于,包括压裂设备、支撑剂注入装置以及测井设备;

所述压裂设备包括分别连接水‑支撑剂两相混合器(15)的脉冲泵(20)和高压泵(21),所述水‑支撑剂两相混合器(15)入口连通水箱(1)和砂罐(10),所述砂罐(10)内填充支撑剂(11);所述压裂设备能够向压裂‑注砂‑测井杆组(32)内注入水‑支撑剂两相混合液;所述支撑剂注入装置用于向水‑支撑剂两相混合器(15)内注入支撑剂(11)形成水‑支撑剂两相混合液;

所述压裂‑注砂‑测井杆组(32)包括从右到左依次连接的压裂‑抽采转换接头(39)、高压管柱(38)、第二近孔口封孔器(37)、第一抽采杆(35)、压裂杆(36)、第二抽采杆(352)、第一近孔底封孔器(34)以及堵头(33);

所述压裂‑抽采转换接头(39)、高压管柱(38)、第二近孔口封孔器(37)、第一抽采杆(35)、压裂杆(36)、第二抽采杆(352)、第一近孔底封孔器(34)相互连通且均是由内套管(45)和外套管(42)组成的双层抗高压杆,内套管(45)和外套管(42)之间通过若干连接板(43)连接固定;所述压裂‑注砂‑测井杆组(32)中内套管(45)的腔体形成气‑水多相流通道(46),内套管(45)与外套管(42)之间腔体形成水‑支撑剂运移通道(44),所述压裂‑抽采转换接头(39)上设有连通气‑水多相流通道(46)的注水高压球阀(41)和抽采阀(40);

所述压裂杆(36)上设有两排连通水‑支撑剂运移通道(44)的高压出水口(51),高压出水口(51)设在外套管(42)上,高压出水口(51)通过定压球阀(50)控制流体进出;所述第一抽采杆(35)、第二抽采杆(352)的内套管(45)通过连接管(49)连通外套管(42)上开设的通孔,所述通孔上设有适配的定压球阀(50);所述第一近孔底封孔器(34)、第二近孔口封孔器(37)外壁开设有连通水‑支撑剂运移通道(44)的入水口(48)并包裹有封孔胶囊(47);所述压裂‑抽采转换接头(39)的抽采阀(40)上连接抽采管路(55);所述抽采管路(55)上设有CO监测仪(52)、瓦斯流量监测仪(53)、瓦斯浓度监测仪(54)。

2.如权利要求1所述的矿井下长距离压裂‑注砂‑测井一体化设备,其特征在于,所述水‑支撑剂两相混合器(15)入口连通水箱(1)和砂罐(10)的出口,所述砂罐(10)内填充支撑剂(11)并在其出口设有加砂阀(13),所述脉冲泵(20)和高压泵(21)的出口分别接入主管路,所述主管路接入压裂‑注砂‑测井杆组入口并设有卸压阀(25)、流量传感器(26)、测控仪(28)、压力传感器(29);所述脉冲泵(20)的入口和出口分别设有脉冲泵入口阀(18)和脉冲泵出口阀(22),所述高压泵(21)的入口和出口分别设有高压泵入口阀(17)和高压泵出口阀(23);所述流量传感器(26)和压力传感器(29)用于实时监测所在主管路的流体流量和压力并通过测控仪(28)实时显示并记录;所述支撑剂注入装置用于向水‑支撑剂两相混合器(15)内注入支撑剂(11)。

3.如权利要求2所述的矿井下长距离压裂‑注砂‑测井一体化设备,其特征在于,所述支撑剂注入装置包括通过输气管(4)依次相连的气泵(3)、气压变频控制器(5)、气动旋转装置(8)、砂罐(10),砂罐(10)出口设有定量控制转轴(12)和加砂阀(13),加砂阀(13)出口连通水‑支撑剂两相混合器(15);

所述气压变频控制器(5)通过气压变频控制器测线(6)与砂量控制仪(7)连接,通过砂量控制仪(7)调节输气量进而改变气动旋转装置(8)的转速,从而改变定量控制转轴(12)的输砂量;所述砂量控制仪(7)的砂量测线(14)接入砂罐(10)内,实时监测砂罐(10)内的砂量,当砂罐(10)内的支撑剂(11)不足时反馈信号,从而及时利用砂罐(10)上的补砂口(9)及时向砂罐(10)内加砂。

4.如权利要求3所述的矿井下长距离压裂‑注砂‑测井一体化设备,其特征在于,所述砂罐(10)并联有若干个,通过控制每个砂罐(10)对应的加砂阀(13)开关向水‑支撑剂两相混合器(15)内注入不同类型的支撑剂(11)。

5.一种如权利要求3所述矿井下长距离压裂‑注砂‑测井一体化设备的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、压裂工序;利用钻机实施定向长钻孔并向钻孔中送入一个压裂‑注砂‑测井杆组(32),打开测控仪(28),打开注水高压球阀(41),关闭加砂阀(13),关闭抽采阀(40),通过脉冲泵(20)向压裂‑注砂‑测井杆组(32)内注入脉冲水,脉冲水进入封孔胶囊(47)使其膨胀封闭定向长钻孔,同时脉冲水在经过压裂杆(36)时打开定压球阀(50)贯通高压出水口(51),使脉冲水进入到压裂测井区间内进行压裂;

S2、注砂工序;压裂完成后停止脉冲泵(20)工作,再利用高压泵(21)向压裂‑注砂‑测井杆组(32)内注水,注水一段时间后,打开砂量控制仪(7),打开加砂阀(13),利用支撑剂注入装置向水‑支撑剂两相混合器(15)内注入设定比例的支撑剂(11),使水‑支撑剂两相混合液流入到压裂测井区间内,并进入压裂裂缝网络;当注入水‑支撑剂两相混合液到设定时间后停止注入,利用高压泵(21)注入高压水从而将管路内残留的水‑支撑剂两相混合液输送到裂缝内;

S3、测井封孔工序;关闭注水高压球阀(41),关闭加砂阀(13),利用高压泵(21)将高压水注入中压裂‑注砂‑测井杆组(32),通过高压泵出口阀(23)将压力调到低于高压出水口(51)上定压球阀(50)的压力,控制水排量;高压水进入到封孔胶囊(47)使其膨胀,封闭定向长钻孔,在经过压裂杆(36)时,水压力较低无法打开定压球阀(50),高压水仅达到封孔的目的;

S4、抽瓦斯工序;保持步骤S3的封闭定向长钻孔,打开抽采阀(40),接入抽采管路(55),通过抽采负压将压裂区域的瓦斯抽出,瓦斯气体进入到抽采管路(55),通过抽采管路(55)布设的光纤CO监测仪(52)、瓦斯流量监测仪(53)、瓦斯浓度监测仪(54)实时记录该压裂段的瓦斯浓度、瓦斯流量数据,通过一段时间的数据分析该段压裂的效果;

S5、卸压撤杆工序;瓦斯抽取完毕后关闭抽采阀(40),停止瓦斯抽采;关闭高压泵(21),通过卸压阀(25)对管路进行卸压,当压力较小或不再喷高压水时,再卸压3 5 min,保证管~路内的压力完全卸除;拆除压裂‑抽采转换接头(39)和指定数量的高压管柱(38),移动到下一压裂点位;

S6、重复步骤S1‑S5步,实现定向长钻孔分段压裂‑注砂‑测井工艺,获取各个压裂点的数据并分析压裂效果;

S7、一个钻孔各段压裂‑注砂‑测井完毕后,拆除全部压裂‑注砂‑测井杆组(32),接上抽采管路对该区域煤层进行瓦斯抽采,并实时记录该钻孔瓦斯数据;

S8、将整个设备移动到下一个钻孔,重复步骤S1 S7,实现该工作面或指定区域的卸压、~

测井、抽采作业。