一种水力加砂压裂系统及压裂方法技术方案

本发明专利技术提供了一种水力加砂压裂系统，包括从巷道向待抽采煤层施工的钻孔，所述钻孔内设置有端部延伸至待抽采煤层的抽采管，所述抽采管处于待抽采煤层区域的部分表面具有通孔；所述抽采管处于巷道内的端部通过三通分别连接有排气管道和压裂管道，所述压裂管道的另一端连接有加砂装置，所述加砂装置包括腔体，所述腔体轴向的两端分别设有进口和出口，腔体上方设置有加砂口，下方设置有排砂口，所述加砂口和排砂口均设有阀门；进口与供水系统连通，出口与所述加砂管道连通；本发明专利技术还提供了水力加砂压裂方法。本发明专利技术提供的一种水力加砂压裂系统及压裂方法的优点在于：通过引入加砂装置，方便的实现加砂压裂，使用方便，抽采效率高。

A hydraulic sand fracturing system and method

【技术实现步骤摘要】
一种水力加砂压裂系统及压裂方法
本专利技术涉及煤矿瓦斯抽采
，尤其涉及一种水力加砂压裂系统及压裂方法。
技术介绍
为保证安全生产，煤层开采前需进行瓦斯抽采，目前主要采用向煤层施工钻孔并通过水力压裂煤层使煤层中的瓦斯气体从钻孔中的管道被抽走，然而对于透气性不好的煤层，水力压裂后煤层裂隙会快速密合，导致抽采效果差，消突时间长，专利申请CN110005393A中公开了通过在水中加石英砂的方法提高压裂效果；但其提供的加砂系统较为复杂，需要进行大量的运算以确定工作参数和具体的工作方式，不满足矿井快速施工的需求。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种结构简单，工作方便的水力加砂压裂系统以及水力加砂压裂方法。本专利技术是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种水力加砂压裂系统，包括从巷道向待抽采煤层施工的钻孔，所述钻孔内设置有端部延伸至待抽采煤层的抽采管，所述抽采管处于待抽采煤层区域的部分表面具有通孔；所述抽采管处于巷道内的端部通过三通分别连接有排气管道和压裂管道，所述压裂管道的另一端连接有加砂装置，所述加砂装置包括腔体，所述腔体轴向的两端分别设有进口和出口，腔体上方设置有加砂口，下方设置有排砂口，所述加砂口和排砂口均设有阀门；进口与供水系统连通，出口与所述加砂管道连通。在工作时，如果不需要加砂压裂，则不需要在加砂装置中放置石英砂，直接用外部供水系统将清水提供给抽采管作为压裂液即可，需要加砂时通过加砂口将石英砂加入加砂装置中，在确保加砂口和排砂口的阀门均处于封闭状态的情况下，给加砂装置供水，加砂后的压裂液提供给抽采管。压裂液沿抽采管前进并从通孔中喷出，在待抽采煤层内产生裂隙，压裂工作完成后关闭压裂管路，打开排气管路，通过负压抽采，将待抽采煤层内的瓦斯气体从通孔进入抽采管进行抽采消突，从而快速安全的实现消突抽采，确保生产安全，提高抽采效率；加砂压裂完成后可通过排砂口将残留石英砂排出。优选的，所述三通与排气管路和压裂管路连通的两个支路分别设置有阀门，至少与加砂管道连通的支路上采用自动闸阀，所述自动闸阀包括沿直线运动开闭的闸板和驱动闸板动作的直线驱动单元。优选的，所述钻孔内靠近巷道的一端设置有第一封孔段，第一封孔段到抽采管最下方的通孔处设置有第二封孔段；所述第一封孔段使用聚氨酯封孔，长度不小于2米；所述第二封孔段使用水泥砂浆封孔。本专利技术还提供了一种水力加砂压裂方法，包括以下步骤：步骤A：从低处的巷道向高处的待抽采煤层施工钻孔；步骤B：在钻孔内分别布置抽采管、注浆管和返浆管，所述抽采管端部具有可封堵的通孔，使通孔大致处于待抽采煤层的中心高度位置，所述注浆管端部距离钻孔口部3m-4m；所述返浆管端部处于抽采管最下方的通孔下方1m-2m；步骤C：将抽采管处于巷道内的端部通过三通接头分别连接排气管道和压裂管道，所述排气管道与瓦斯抽排系统连通，所述压裂管道的另一端连接有加砂装置；步骤D：在钻孔处于巷道内的一端设置第一封孔段；步骤E：第一封孔段施工完毕后，用注浆泵将水泥浆液通过注浆管注入孔内，直到返浆管返浆，用清水清洗返浆管；步骤F：水泥浆液凝固后，从返浆管进行二次注浆，待抽采管返浆后将抽采管的通孔封闭，继续通过返浆管进行带压注浆，注浆完成后打开抽采管通孔并使用清水清洗抽采管，待二次注浆凝固后得到第二封孔段；步骤G：通过抽采管向待抽采煤层压入清水形成裂隙；然后在加砂装置中放入石英砂进行加砂压裂。优选的，所述加砂装置包括腔体，所述腔体轴向的两端分别设有进口和出口，腔体上方设置有加砂口，下方设置有排砂口，所述加砂口和排砂口均设有阀门；进口与供水系统连通，出口与所述加砂管道连通。优选的，所述第一封孔段为长度不小于2m的聚氨酯封孔段；所述聚氨酯由A药和B药质量份数1:1的比例配制得到；所述A药为聚氨酯预聚体，B药为固化剂和助剂的混合物。优选的，所述第二封孔段的水泥砂浆按水和水泥的质量份数0.8:1的比例配置得到。优选的，第一次注浆12h后进行第二次注浆，返浆管带压注浆的压力不小于4MPa。优选的，所述三通与排气管道和压裂管道连通的两个支路分别设置有阀门，至少与压裂管道连通的支路为自动闸阀，所述自动闸阀包括沿直线运动开闭的闸板和驱动闸板动作的直线驱动单元。优选的，步骤G中至少先向抽采管内压入50t清水，然后以每10t水加砂9.6kg的比例进行加砂压裂。本专利技术提供的一种水力加砂压裂系统及压裂方法的优点在于：通过引入加砂装置，方便的实现加砂压裂，使用方便，抽采效率高；通过自动闸阀实现了加砂压裂的自动控制，提高安全性。附图说明图1为本专利技术的实施例提供的水力加砂系统的示意图；图2为本专利技术的实施例提供的水力加砂系统的自动闸阀的示意图；图3为本专利技术的实施例提供的水力加砂系统的钻孔内部结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本实施例提供了一种水力加砂压裂系统，包括从巷道1向待抽采煤层2施工的钻孔3，所述钻孔3内设置有端部延伸至待抽采煤层2的抽采管4，所述抽采管4处于待抽采煤层2中的部分表面具有通孔41，所述抽采管4处于巷道内的端部通过三通42分别连接有排气管路43和压裂管路44，所述排气管路43连接有瓦斯抽排系统，所述压裂管路44的另一端连接有加砂装置5，所述加砂装置5包括筒状的腔体51，所述腔体51轴向的两端分别设有与供水系统连通的进口52和与压裂管道44连通的出口53，腔体51上方设置有加砂口54，腔体51下方设置有排砂口55，所述加砂口54和排砂口55均设置有阀门(图未示)。在工作时，如果不需要加砂压裂，则不需要在加砂装置中放置石英砂，直接用外部供水系统将清水提供给抽采管4作为压裂液即可，需要加砂时通过加砂口将石英砂加入加砂装置5中，在确保加砂口54和排砂口55的阀门均处于封闭状态的情况下，给加砂装置供水，加砂后的压裂液提供给抽采管4。压裂液沿抽采管4前进并从通孔41中喷出，在待抽采煤层2内产生裂隙，压裂工作完成后关闭压裂管路44，打开排气管路43，通过负压抽采，将待抽采煤层2内的瓦斯气体从通孔41进入抽采管4进行抽采消突，从而快速安全的实现消突抽采，确保生产安全，提高抽采效率；加砂压裂完成后可通过排砂口55将残留石英砂排出。所述三通42与排气管路43和压裂管路44连通的两个支路分别设置有阀门，其中至少与压裂管路44连通的支路采用自动闸阀6，从而实现压裂管路44的远程控制，以防止开闭压裂管路44时发生泄液伤害操作人员；结合图2，所述自动闸阀6包括沿直线运动的闸板61和驱动闸板61动作的直线驱动单元62，所述直线驱动单元62可选用油缸、气缸、丝杆螺母副等驱动机构，本实施例中选择气缸，并以0.3-0.6MPa压力空气作为动力，以电线将其控制开关设置在远处，从而方便的实现了远程控制。在压裂和抽采前，还需要对钻孔进行封堵，参考图3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水力加砂压裂系统，其特征在于：包括从巷道向待抽采煤层施工的钻孔，所述钻孔内设置有端部延伸至待抽采煤层的抽采管，所述抽采管处于待抽采煤层区域的部分表面具有通孔；所述抽采管处于巷道内的端部通过三通分别连接有排气管道和压裂管道，所述压裂管道的另一端连接有加砂装置，所述加砂装置包括腔体，所述腔体轴向的两端分别设有进口和出口，腔体上方设置有加砂口，下方设置有排砂口，所述加砂口和排砂口均设有阀门；进口与供水系统连通，出口与所述加砂管道连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种水力加砂压裂系统，其特征在于：包括从巷道向待抽采煤层施工的钻孔，所述钻孔内设置有端部延伸至待抽采煤层的抽采管，所述抽采管处于待抽采煤层区域的部分表面具有通孔；所述抽采管处于巷道内的端部通过三通分别连接有排气管道和压裂管道，所述压裂管道的另一端连接有加砂装置，所述加砂装置包括腔体，所述腔体轴向的两端分别设有进口和出口，腔体上方设置有加砂口，下方设置有排砂口，所述加砂口和排砂口均设有阀门；进口与供水系统连通，出口与所述加砂管道连通。


2.根据权利要求1所述的一种水力加砂压裂系统，其特征在于：所述三通与排气管路和压裂管路连通的两个支路分别设置有阀门，至少与加砂管道连通的支路上采用自动闸阀，所述自动闸阀包括沿直线运动开闭的闸板和驱动闸板动作的直线驱动单元。


3.根据权利要求1所述的一种水力加砂压裂系统，其特征在于：所述钻孔内靠近巷道的一端设置有第一封孔段，第一封孔段到抽采管最下方的通孔处设置有第二封孔段；所述第一封孔段使用聚氨酯封孔，长度不小于2米；所述第二封孔段使用水泥砂浆封孔。


4.一种水力加砂压裂方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤A：从低处的巷道向高处的待抽采煤层施工钻孔；
步骤B：在钻孔内分别布置抽采管、注浆管和返浆管，所述抽采管端部具有可封堵的通孔，使通孔大致处于待抽采煤层的中心高度位置，所述注浆管端部距离钻孔口部3m-4m；所述返浆管端部处于抽采管最下方的通孔下方1m-2m；
步骤C：将抽采管处于巷道内的端部通过三通接头分别连接排气管道和压裂管道，所述排气管道与瓦斯抽排系统连通，所述压裂管道的另一端连接有加砂装置；
步骤D：在钻孔处于巷道内的一端设置第一封孔段；

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建，董瑞刚，董善保，陈宿，陈勇，张盛，胡伟，方亮，曹顺，赵勇，程邦楷，李军舰，唐义川，陈梅勇，时创新，魏永平，
申请(专利权)人：淮南矿业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34