一种煤岩层高压封孔卸压保护方法技术

本发明专利技术公开了一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，包括步骤：一、钻孔并将封孔器伸入钻孔内；二、钻孔注水并注水封孔；三、封孔器保压封孔压裂煤岩层；四、停止压裂；五、封孔器保压逐级降压卸压；六、回收封孔器。本发明专利技术通过将单向安全阀改造成双向安全阀，并配合管路控制阀门，满足常规的高压水注入钻孔封孔并压裂煤岩层同时，可以进行封孔器保压卸压，利用压力表获取钻孔内水压，停止压裂时通过封孔器双向安全阀配合单向阀对停止注水的封孔器进行保压，通过调节外部管路截止阀和调压阀实现逐级卸压，且压裂孔中高压水可通过双向安全阀流出，实现封孔器原位保压卸压，保证高压橡胶膨胀胶管不易从钻孔中弹出，避免与压裂孔的高速摩擦，寿命长。

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩层高压封孔卸压保护方法
本专利技术属于煤岩层压裂封孔卸压
，具体涉及一种煤岩层高压封孔卸压保护方法。
技术介绍
我国瓦斯喷出、煤与瓦斯突出、瓦斯爆炸、冲击地压等事故时有发生。煤岩层注水、煤岩层水力压裂等技术是防治瓦斯灾害、冲击地压灾害的有效手段。安全有效封孔是实现高效注水和高效水力压裂的首要条件。常规封孔方式是将高压水注入高压橡胶膨胀胶管，通过高压橡胶膨胀胶管膨胀压紧钻孔壁实现封孔，高压橡胶膨胀胶管内水达到一定压力后，高压水从前侧的单向安全阀中输出，实现煤层高压注水，一旦煤层压裂效果达到后，则停止注水。当停止注水或意外停泵时，现有封孔器封孔的钻孔内压力远大于高压橡胶膨胀胶管内压力，高压橡胶膨胀胶管因封孔压力不足而从钻孔中喷出，存在很大的安全隐患，一旦操作人员位于钻孔位置，停止注水后则后果不堪设想，并且巨大的冲击力和冲击速度导致高压橡胶膨胀胶管外的密封胶皮被钻孔摩擦而损坏，再次使用封孔效果差，使用寿命短，并且现有封孔方式无法对钻孔高压水实现有效可控卸压。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，通过将单向安全阀改造成双向安全阀，并配合管路控制阀门，满足常规的高压水注入钻孔封孔并压裂煤岩层同时，可以进行封孔器保压卸压，利用压力表获取钻孔内水压，停止压裂时通过封孔器双向安全阀配合单向阀对停止注水的封孔器进行保压，通过调节外部管路截止阀和调压阀实现逐级卸压，且压裂孔中高压水可通过双向安全阀流出，实现封孔器原位保压卸压，保证高压橡胶膨胀胶管不易从钻孔中弹出，避免与压裂孔的高速摩擦，延长了封孔器使用寿命，并消除了安全隐患，便于推广使用。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、钻孔并将封孔器伸入钻孔内：在待预裂的煤岩层内指定位置进行钻孔，并将封孔器伸入钻孔内，高压注水管连接在所述封孔器后侧快速接头上，并引出至煤岩层外，在高压注水管位于煤岩层外的管段安装单向阀和压力表，高压注水管位于煤岩层外及单向阀前侧的管段上设置高压回水管，在高压回水管上安装截止阀和调压阀，调压阀安装在高压回水管的末端，保持截止阀处于关闭状态；所述封孔器包括高压橡胶膨胀胶管和设置在高压橡胶膨胀胶管前端的双向安全阀，双向安全阀包括与高压橡胶膨胀胶管配合的中空结构的安全阀头、设置在安全阀头内的第一弹簧和伸入至第一弹簧内且为中空结构的双向安全阀芯，所述双向安全阀芯包括安全阀芯、设置在安全阀芯一端且与第一弹簧配合的中空结构的安全阀芯挡盖和设置在安全阀芯另一端且与高压橡胶膨胀胶管内管抵接配合的中空结构的密封锥，所述双向安全阀芯内开设有安全阀芯腔，所述安全阀芯挡盖内设置有与安全阀芯腔连通的贯通孔，密封锥内开设有密封锥贯通孔，安全阀芯腔内设置有第二弹簧和挡球，挡球的直径大于贯通孔的内径，挡球的直径大于密封锥贯通孔的内径，安全阀芯包括依次连接的第一安全阀芯段、第二安全阀芯段和第三安全阀芯段，第一安全阀芯段和第三安全阀芯段的外形尺寸一致，第一安全阀芯段和第三安全阀芯段均通过一圆柱体对称的切去两侧弓形柱加工制作而成，第二安全阀芯段的外形为一长方体，所述长方体的长宽高均小于所述圆柱体的直径；步骤二、钻孔注水并注水封孔：通过高压注水管向钻孔中的高压橡胶膨胀胶管持续注入高压水，双向安全阀芯内的挡球被高压水挤压，挡球同时在第二弹簧弹力作用下复位，封堵贯通孔，高压水挤压高压橡胶膨胀胶管侧壁，使高压橡胶膨胀胶管膨胀挤压钻孔，随着高压水压力升高，高压水自动挤压密封锥，密封锥、安全阀芯和安全阀芯挡盖共同运动挤压第一弹簧与高压橡胶膨胀胶管密闭口分离，高压水经第一安全阀芯段外部的缺口平面、第二安全阀芯段的外表面和第三安全阀芯段外部的缺口平面流入安全阀头腔，进而流出双向安全阀，此时高压橡胶膨胀胶管膨胀同时实现封孔，利用压力表实时监测高压注水管内注水压力，直至压力表显示的高压注水管内注水压力稳定在预设压力值；步骤三、封孔器保压封孔压裂煤岩层：从高压泵泵出的压裂液经高压注水管、高压橡胶膨胀胶管和全阀头不断注入煤岩层进行压裂，当意外停泵时，单向阀阻止高压橡胶膨胀胶管及高压注水管内的高压水回流，同时钻孔内的高压水经安全阀头和贯通孔推动挡球并压缩第二弹簧，使挡球离开贯通孔密封位置，向高压橡胶膨胀胶管回供高压液，保持高压橡胶膨胀胶管内高压水和钻孔中压力一致，实现封孔器保压封孔压裂煤岩层；步骤四、停止压裂：当达到设计压裂要求时，停止向高压注水管中泵入高压水，单向阀阻止高压橡胶膨胀胶管及高压注水管内的高压水回流，同时钻孔内的高压水经安全阀头和贯通孔推动挡球压缩并第二弹簧，使挡球离开贯通孔密封位置，向高压橡胶膨胀胶管回供高压液，保持高压橡胶膨胀胶管内高压水和钻孔中压力一致；步骤五、封孔器保压逐级降压卸压，过程如下：步骤501、根据公式计算调压阀的卸载压力Pt，其中，P为压力表显示实时压力值，k为安全系数，M为径长比且D为钻孔直径，L为高压橡胶膨胀胶管膨胀后的长度，μ为高压橡胶膨胀胶管与钻孔壁的摩擦系数；步骤502、调节调压阀的卸载压力达到Pt，打开截止阀，钻孔内高压水经安全阀头孔、第一安全阀芯段外部的缺口平面、第二安全阀芯段的外表面和第三安全阀芯段外部的缺口平面后挤压密封锥，密封锥在水压和第一弹簧共同作用下与高压橡胶膨胀胶管密闭口抵接，同时钻孔内高压水自动流入贯通孔反向挤压挡球，进而压缩第二弹簧使挡球离开贯通孔封口，此时钻孔内高压水经安全阀芯腔流出，经密封锥贯通孔进入高压回水管，经截止阀从调压阀流出而卸压，直至压力表显示实时压力值降至与当前调压阀的卸载压力一致则自动停止卸压；步骤503、多次循环步骤501和步骤502，直至钻孔及高压橡胶膨胀胶管压力降为零，完成煤层压裂卸压；步骤六、回收封孔器：将封孔器从钻孔内取出，将封孔器、高压注水管、单向阀、压力表、截止阀和调压阀拆卸复位，独立保存，实现封孔器的回收。上述的一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，其特征在于：所述安全阀头外设置有与高压橡胶膨胀胶管螺纹配合的外螺纹；安全阀头内开设有安全阀头腔和与所述安全阀头腔连通的安全阀头孔，安全阀头孔的内径小于安全阀头腔的内径，第一弹簧设置在安全阀头腔内，所述安全阀芯挡盖为空心圆柱式挡盖，所述空心圆柱式挡盖的外径小于所述圆柱体的直径。上述的一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，其特征在于：所述安全阀芯和密封锥加工制作为一体，所述安全阀芯和安全阀芯挡盖螺纹连接，密封锥贯通孔的内径小于第一弹簧的外径。上述的一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，其特征在于：所述挡球设置在第二弹簧远离连接块的一端。上述的一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，其特征在于：所述第一安全阀芯段、第二安全阀芯段和第三安全阀芯段加工制作为一体，第一安全阀芯段上过其重心和两侧切线段的中点的垂直切面与第三安全阀芯段上过其重心和两侧切线段的中点的垂直切面相垂直，所述圆柱体的外径等于第一弹簧的外径。上述的一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，其特征在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：/n步骤一、钻孔并将封孔器伸入钻孔内：在待预裂的煤岩层内指定位置进行钻孔，并将封孔器伸入钻孔内，高压注水管(3)连接在所述封孔器后侧快速接头上，并引出至煤岩层外，在高压注水管(3)位于煤岩层外的管段安装单向阀(4)和压力表，高压注水管(3)位于煤岩层外及单向阀(4)前侧的管段上设置高压回水管(5)，在高压回水管(5)上安装截止阀(40)和调压阀(6)，调压阀(6)安装在高压回水管(5)的末端，保持截止阀(40)处于关闭状态；/n所述封孔器包括高压橡胶膨胀胶管(1)和设置在高压橡胶膨胀胶管(1)前端的双向安全阀(2)，双向安全阀(2)包括与高压橡胶膨胀胶管(1)配合的中空结构的安全阀头(7)、设置在安全阀头(7)内的第一弹簧(8)和伸入至第一弹簧(8)内且为中空结构的双向安全阀芯，所述双向安全阀芯包括安全阀芯(9)、设置在安全阀芯(9)一端且与第一弹簧(8)配合的中空结构的安全阀芯挡盖(30)和设置在安全阀芯(9)另一端且与高压橡胶膨胀胶管(1)内管抵接配合的中空结构的密封锥(10)，所述双向安全阀芯内开设有安全阀芯腔(12)，所述安全阀芯挡盖(30)内设置有与安全阀芯腔(12)连通的贯通孔(11)，密封锥(10)内开设有密封锥贯通孔(20)，安全阀芯腔(12)内设置有第二弹簧(13)和挡球(14)，挡球(14)的直径大于贯通孔(11)的内径，挡球(14)的直径大于密封锥贯通孔(20)的内径，安全阀芯(9)包括依次连接的第一安全阀芯段(9-1)、第二安全阀芯段(9-2)和第三安全阀芯段(9-3)，第一安全阀芯段(9-1)和第三安全阀芯段(9-3)的外形尺寸一致，第一安全阀芯段(9-1)和第三安全阀芯段(9-3)均通过一圆柱体对称的切去两侧弓形柱(9-4)加工制作而成，第二安全阀芯段(9-2)的外形为一长方体，所述长方体的长宽高均小于所述圆柱体的直径；/n步骤二、钻孔注水并注水封孔：通过高压注水管(3)向钻孔中的高压橡胶膨胀胶管(1)持续注入高压水，双向安全阀芯内的挡球(14)被高压水挤压，挡球(14)同时在第二弹簧(13)弹力作用下复位，封堵贯通孔(11)，高压水挤压高压橡胶膨胀胶管(1)侧壁，使高压橡胶膨胀胶管(1)膨胀挤压钻孔，随着高压水压力升高，高压水自动挤压密封锥(10)，密封锥(10)、安全阀芯(9)和安全阀芯挡盖(30)共同运动挤压第一弹簧(8)与高压橡胶膨胀胶管(1)密闭口分离，高压水经第一安全阀芯段(9-1)外部的缺口平面、第二安全阀芯段(9-2)的外表面和第三安全阀芯段(9-3)外部的缺口平面流入安全阀头腔(7-1)，进而流出双向安全阀(2)，此时高压橡胶膨胀胶管(1)膨胀同时实现封孔，利用压力表实时监测高压注水管(3)内注水压力，直至压力表显示的高压注水管(3)内注水压力稳定在预设压力值；/n步骤三、封孔器保压封孔压裂煤岩层：从高压泵泵出的压裂液经高压注水管(3)、高压橡胶膨胀胶管(1)和全阀头(7)不断注入煤岩层进行压裂，当意外停泵时，单向阀(4)阻止高压橡胶膨胀胶管(1)及高压注水管(3)内的高压水回流，同时钻孔内的高压水经安全阀头(7)和贯通孔(11)推动挡球(14)并压缩第二弹簧(13)，使挡球(14)离开贯通孔(11)密封位置，向高压橡胶膨胀胶管(1)回供高压液，保持高压橡胶膨胀胶管(1)内高压水和钻孔中压力一致，实现封孔器保压封孔压裂煤岩层；/n步骤四、停止压裂：当达到设计压裂要求时，停止向高压注水管(3)中泵入高压水，单向阀(4)阻止高压橡胶膨胀胶管(1)及高压注水管(3)内的高压水回流，同时钻孔内的高压水经安全阀头(7)和贯通孔(11)推动挡球(14)压缩并第二弹簧(13)，使挡球(14)离开贯通孔(11)密封位置，向高压橡胶膨胀胶管(1)回供高压液，保持高压橡胶膨胀胶管(1)内高压水和钻孔中压力一致；/n步骤五、封孔器保压逐级降压卸压，过程如下：/n步骤501、根据公式...

【技术特征摘要】
1.一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、钻孔并将封孔器伸入钻孔内：在待预裂的煤岩层内指定位置进行钻孔，并将封孔器伸入钻孔内，高压注水管(3)连接在所述封孔器后侧快速接头上，并引出至煤岩层外，在高压注水管(3)位于煤岩层外的管段安装单向阀(4)和压力表，高压注水管(3)位于煤岩层外及单向阀(4)前侧的管段上设置高压回水管(5)，在高压回水管(5)上安装截止阀(40)和调压阀(6)，调压阀(6)安装在高压回水管(5)的末端，保持截止阀(40)处于关闭状态；
所述封孔器包括高压橡胶膨胀胶管(1)和设置在高压橡胶膨胀胶管(1)前端的双向安全阀(2)，双向安全阀(2)包括与高压橡胶膨胀胶管(1)配合的中空结构的安全阀头(7)、设置在安全阀头(7)内的第一弹簧(8)和伸入至第一弹簧(8)内且为中空结构的双向安全阀芯，所述双向安全阀芯包括安全阀芯(9)、设置在安全阀芯(9)一端且与第一弹簧(8)配合的中空结构的安全阀芯挡盖(30)和设置在安全阀芯(9)另一端且与高压橡胶膨胀胶管(1)内管抵接配合的中空结构的密封锥(10)，所述双向安全阀芯内开设有安全阀芯腔(12)，所述安全阀芯挡盖(30)内设置有与安全阀芯腔(12)连通的贯通孔(11)，密封锥(10)内开设有密封锥贯通孔(20)，安全阀芯腔(12)内设置有第二弹簧(13)和挡球(14)，挡球(14)的直径大于贯通孔(11)的内径，挡球(14)的直径大于密封锥贯通孔(20)的内径，安全阀芯(9)包括依次连接的第一安全阀芯段(9-1)、第二安全阀芯段(9-2)和第三安全阀芯段(9-3)，第一安全阀芯段(9-1)和第三安全阀芯段(9-3)的外形尺寸一致，第一安全阀芯段(9-1)和第三安全阀芯段(9-3)均通过一圆柱体对称的切去两侧弓形柱(9-4)加工制作而成，第二安全阀芯段(9-2)的外形为一长方体，所述长方体的长宽高均小于所述圆柱体的直径；
步骤二、钻孔注水并注水封孔：通过高压注水管(3)向钻孔中的高压橡胶膨胀胶管(1)持续注入高压水，双向安全阀芯内的挡球(14)被高压水挤压，挡球(14)同时在第二弹簧(13)弹力作用下复位，封堵贯通孔(11)，高压水挤压高压橡胶膨胀胶管(1)侧壁，使高压橡胶膨胀胶管(1)膨胀挤压钻孔，随着高压水压力升高，高压水自动挤压密封锥(10)，密封锥(10)、安全阀芯(9)和安全阀芯挡盖(30)共同运动挤压第一弹簧(8)与高压橡胶膨胀胶管(1)密闭口分离，高压水经第一安全阀芯段(9-1)外部的缺口平面、第二安全阀芯段(9-2)的外表面和第三安全阀芯段(9-3)外部的缺口平面流入安全阀头腔(7-1)，进而流出双向安全阀(2)，此时高压橡胶膨胀胶管(1)膨胀同时实现封孔，利用压力表实时监测高压注水管(3)内注水压力，直至压力表显示的高压注水管(3)内注水压力稳定在预设压力值；
步骤三、封孔器保压封孔压裂煤岩层：从高压泵泵出的压裂液经高压注水管(3)、高压橡胶膨胀胶管(1)和全阀头(7)不断注入煤岩层进行压裂，当意外停泵时，单向阀(4)阻止高压橡胶膨胀胶管(1)及高压注水管(3)内的高压水回流，同时钻孔内的高压水经安全阀头(7)和贯通孔(11)推动挡球(14)并压缩第二弹簧(13)，使挡球(14)离开贯通孔(11)密封位置，向高压橡胶膨胀胶管(1)回供高压液，保持高压橡胶膨胀胶管(1)内高压水和钻孔中压力一致，实现封孔器保压封孔压裂煤岩层；
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【专利技术属性】
技术研发人员：邓广哲，谢永利，杨征，周华龙，陈真，赵世振，李根威，马越，刘华，贾栋栋，王建航，
申请(专利权)人：西安科技大学，陕西小保当矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61