煤矿井下煤层树状钻孔复合压裂均匀增透的方法
专利类型：发明专利
语 言：中文
申 请 号：CN201510579805.0
申 请 日：20150911
申 请 人：重庆大学
申请人地址：400030 重庆市沙坪坝区沙正街174号
公 开 日：20180202
公 开 号：CN105156085B
代 理 人：康海燕
代理机构：重庆华科专利事务所 50123
摘 要：本发明公开了一种煤矿井下煤层树状钻孔复合压裂均匀增透的方法，适用于松软低透气煤层的增透作业。该种煤矿井下煤层树状钻孔复合压裂均匀增透方法的特点在于将瓦斯抽采孔作为母孔，将均匀分布的自进式钻孔作为“树状”钻孔子孔，再对该“树状”孔网进行封孔压裂。本复合压裂方法与常规水力压裂相比能够对低透气煤层进行均匀压裂，增大单个穿层钻孔的压裂范围，实现均匀增透，克服了常规水力压裂穿层钻孔利用率低和单一主裂缝对顶底板造成破坏等缺点。该方法操作简单，增透范围大，增透效果好，为煤矿井下安全生产提供保障。
主 权 项：一种煤矿井下煤层树状钻孔复合压裂均匀增透方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、在岩巷向煤层预先钻进先导孔，形成树状钻孔的母孔，母孔需穿过煤层钻至煤层顶板或底板,若从煤层下方向上钻进需钻至顶板，若从煤层上方向下钻进需钻至底板，母孔应足够大且不会塌孔，大小可根据现场情况进行调整，直径一般为130~150mm，即矿井常用钻杆直径的二倍左右；步骤二、将钻杆(9)依次从钻机(4)上取下，再将钻杆(9)、导向器(10)与钻头(11)依次连接，并将圆形水泥块(10.9)、空心螺环(10.8)安装在导向器(10)轨道出口处；步骤三、使用钻头(11)进行扩孔，在扩孔的同时将导向器(10)带入至母孔中的预定位置；步骤四、将推进机构(6)放置到钻机(4)和卡盘(8)之间，将高压泵(2)通过高压橡胶管(14)连接到绞盘(3)上，再用高压软管(12)从绞盘(3)接出，将高压软管(12)连接自进式钻头(13)并穿过钻机(4)、推进机构(6)，将它们送入钻杆(9)和导向器(10)，并通过推进机构(6)的管托机构调节高压软管(12)和自进式钻头（13）高度和角度，确保它们顺利进入钻杆(9)；步骤五、启动高压泵(2)，泵压为25~35Mpa，自进式钻头(13)带动高压软管(12)进行自进式钻进，在到达导向器(10)轨道出口处时，自进式钻头将孔口的圆形水泥块（10.9）破碎，进入煤层，进行树状钻孔的子孔钻进，钻进长度为10~20m，形成第一个树状钻孔子孔；步骤六、降低泵压至2Mpa防止喷嘴被堵，反旋绞盘(3)收回自进式钻头(13)至导向器（10）内，参照卡盘(8)上的转向刻度盘（7）旋转卡盘，旋转角度为30°~60°，且应为360°/N，N为正整数；步骤七、重复步骤五和步骤六，直至形成以母孔为主干，以子孔为支干的等角度放射状分布的一层子孔网，所述子孔均匀分布于同一水平面；步骤八、若煤层度大于4m，则需要多层子孔网，子孔网间距为2m，最上层和最下层子孔网距顶底板应为1~2m，施工过程采用后退式施工方式，并与上一层子孔网的子孔角度错开，使相邻子孔网层之间的上下子孔位置相互错开；步骤九、在完成所有子孔网后，关闭高压泵(2)，退出高压软管(12)、自进式钻头(13)、钻杆(9)和钻头(11)；步骤十、将套管(24)和返浆管(27)通过母孔送至煤层底板或顶板处，压裂管(25)沿母孔送至煤层中部位置处，管托机构(6.12)设在孔口封堵段前10~20cm位置处，在孔口使用AB胶和棉纱封堵，固结后在孔口打入木塞(28)；从管托机构(6.12)向钻孔内注入封孔浆体，当返浆管(27)有浆体流出时停止注浆，固结24小时使强度达到要求；步骤十一、将高压泵(2)连接压力流量控制系统(16)和封孔装置(15)，启动高压泵(2)对煤层进行压裂，使各个子孔通过压裂裂缝(29)连通，压裂压力为25~35MPa?；所述方法采用成孔系统和压裂系统完成；所述成孔系统包括钻机(4)、钻杆(9)、钻头(11)、导向器(10)、支架(5)、水箱(1)、高压泵(2)、绞盘(3)、推进机构(6)、转向刻度盘（7）、卡盘(8)、高压软管(12)、自进式钻头(13)；所述钻机(4)安装在支架(5)上，所述钻杆(9)连接在钻机(4)上，钻杆(9)前端连接导向器(10)，导向器(10)前端连接钻头(11)，所述水箱(1)连接高压泵(2)，所述高压泵(2)连接高压软管(12)，所述高压软管(12)缠绕在绞盘(3)上，并穿过推进机构(6)，高压软管(12)前端连接自进式钻头(13)；高压软管(12)和自进式钻头(13)在钻树状孔的子孔时穿过钻杆(9)并通过导向器(10)导向，依靠射流产生自进力钻出子孔；在钻杆与钻机前端连接的卡盘(8)上安装有转向刻度盘(7)，导向器(10)的转动角度通过转向刻度盘（7）控制；压裂系统包括所述水箱(1)、所述高压泵(2)、压力表、高压橡胶管(14)、压力流量控制系统(16)、封孔装置(15)；所述高压泵(2)连接高压橡胶管(14)，所述高压橡胶管(14)连接压力流量控制系统(16)，所述压力流量控制系统(16)连接封孔装置(15)，所述压裂系统中所使用压裂液为低粘度压裂液；所述推进机构(6)包括机架(6.1)、同步带轮(6.3)、压紧带轮(6.7)、异型同步齿形带(6.2)、带减速机的气动马达(6.19)、减速机输出轴(6.18)、从动轮轴(6.13)、压紧轮轴(6.6)、压紧杆(6.8)、弹簧(6.9)、蝶形螺母(6.11)、管托机构(6.12)、防尘罩(6.21)以及相应的链接部件；一对同步带轮(6.3)安装在机架(6.1)上，一个为主动轮，与气动马达(6.19)的减速机输出轴(6.18)连接，另一个为从动轮，两带轮之间通过异形同步齿形带(6.2)连接，异形同步齿形带(6.2)的外表面有与高压软管(12)外径匹配的U形槽；一对压紧带轮(6.7)通过压紧轮轴(6.6)安装在机架(6.1)上，与同步带轮(6.3)上下正对配合，两压紧带轮(6.7)之间通过另一条异形同步齿形带(6.2)连接，通过异形同步齿形带(6.2)与高压软管(12)的充分接触所产生的摩擦力来提供推进力，实现对高压软管(12)的压紧；压紧轮轴(6.6)的一端、弹簧(6.9)以及弹簧盖(6.10)均套在压紧杆(6.8)上，蝶形螺母(6.11)拧入在压紧杆(6.8)上端紧抵弹簧盖(6.10)，弹簧(6.9)下端压在压紧轮轴(6.6)上，通过调节蝶形螺母(6.11)可以使压紧杆(6.8)上的弹簧(6.9)压缩，实现压紧带轮(6.7)上下调节；管托机构(6.12)安装在整个推进机构(6)的最前端，其具有调节长杆(6.26)，调节长杆(6.26)下端通过轴销安装在机架(6.1)上，能绕轴销进行不同角度的转动，并在机架(6.1)上以轴销为中心在相同半径上设置多个调节孔，调节长杆(6.26)上设有一个调节定位孔(6.27)，调节定位孔(6.27)分别与各个调节孔对应并连接固定后，实现调节长杆(6.26)的角度调节，形成第一级调节；调节长杆(6.26)的上端用调节螺栓固定一个“T”字形导轨(6.22)，导轨(6.22)通过调节螺栓能绕调节长杆(6.26)上端转动，形成二级调节；导轨(6.22)两端各开一个孔以便导向轮轴(6.23)通过，带有凹槽的导向轮(6.25)安装导向轮轴(6.23)上，两导向轮(6.25)之间为高压软管(12)通过的空间；导向轮轴(6.23)两端通过垫片(6.16)和开口销(6.15)固定，并在两端各套了一个拉伸弹簧(6.24)以保持整体导向轮轴(6.23)和导向轮(6.25)的平衡；整个推进机构(6)的外侧安装铝合金薄板防尘罩(6.21)。
关 键 词：煤矿;钻孔复合压;低透气煤层;常规水力压;安全生产;穿层;分布;操作;底板;破坏;公开;保障;裂缝;瓦斯;均匀;造成;提供;实现;增大;克服;
法律状态：
IPC专利分类号：E21B43/26(2006.01)I,E21B7/00(2006.01)I,E21B33/13(2006.01)I