煤岩层水压致裂压力监测装置、效果评价及故障分析方法制造方法及图纸

一种煤岩层水压致裂压力监测装置、效果评价及故障分析方法，装置前端杆体中段的外部设有环形限位凹槽A，并套装有前橡胶封孔胶囊套；前端杆体的后端设置有前封孔公接头；探头安装杆的后端固定插装于前端杆体左端的轴向通孔一中，其前端中心开设有可视化摄像头；中段杆体前端和后端分别开设有压裂段前端母接头和压裂段后端母接头；后端杆体中段的外部设有环形限位凹槽B，并套装有后橡胶封孔胶囊；后端杆体的前端设有后封孔前端公接头。方法：组装封孔器；观察影像确定压裂点；注水进行封孔，然后致裂；停止注水；根据采集的数据进行效果评价及故障分析。该装置及方法能便于判断出致裂位置是否合理，有助于分析故障原因，有助于量化起裂压力。起裂压力。起裂压力。

【技术实现步骤摘要】
煤岩层水压致裂压力监测装置、效果评价及故障分析方法


[0001]本专利技术属于水压致裂
，具体涉及一种煤岩层水压致裂压力监测装置、效果评价及故障分析方法。

技术介绍

[0002]水压致裂技术是一项在油气开发领域广泛应用的储层改造技术，并在煤矿卸压增透、深部原岩地应力测量等领域得到了推广应用。现阶段，水压致裂技术引入煤炭开采领域已经相对成熟，针对地面降沉、煤层增透、硬岩切顶有控卸压等方面已经有诸多成功案例和实践经验。其主要作用原理是利用水压致裂封孔器于钻孔内封隔一段作为压裂段，通过向压裂段内注入高压流体使孔壁岩石发生破裂并使裂缝向外扩展形成裂隙网的过程。
[0003]在现有技术中，煤矿井下所用的水压致裂封孔器主要有以下不足：(1)压裂岩层位置仅能靠前期地质勘测的钻孔柱状图进行确定，对于致裂位置的合理性无法前期评判；(2)装备出现的问题无法排查，例如：水压致裂过程中，直观现象无法确定设备是否出现问题或者出现问题的具体的位置，回撤后仍需要耗费大量的时间去排查出现问题的原因；(3)目前所用的致裂与封孔一体化的封孔器，其致裂水出口压力控制设计误差太大，无法对封孔段起裂压力进行量化，存在不确定性，不能给与明确的数据标准。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种煤岩层水压致裂压力监测装置、效果评价及故障分析方法，该装置能便于在前期预判出致裂位置是否合理，有助于在出现故障后快速分析出故障原因，还有助于对封孔段的起裂压力进行量化；该方法步骤简单，有利于对压裂效果进行合理的评价，同时，能在出现故障后进行全面的分析，便于快速的确定故障原因。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种煤岩层水压致裂压力监测装置，包括前封孔机构、中段压裂机构、后封孔器机构；
[0006]所述前封孔机构主要由前端杆体、探头安装杆、前橡胶封孔胶囊、可视化摄像头和摄像头保护罩组成；所述前端杆体的轴心具有轴向贯通的轴向通孔一；前端杆体中段的外部开设有环形限位凹槽A，且于环形限位凹槽A的中部开设有连通轴向通孔一和前端杆体外部空间的径向连通孔一，径向连通孔一中安装有控制其通断的胶囊电磁阀一；前端杆体的后端设置有环形凹台一，所述环形凹台一的外径小于前端杆体的外径，且外表面设置有外螺纹结构一，并形成前封孔公接头；轴向通孔一的后端连接有压力传感器三和流量计三；压力传感器三和流量计三分别用于实时监测轴向通孔一内的压力信号和流量信号；所述探头安装杆的外径小于前端杆体的外径，其后端固定插装于前端杆体左端的轴向通孔一中；探头安装杆的前端中心开设有摄像头安装槽，并于摄像头安装槽的外侧开设有轴向通道一，轴向通道一轴向的贯通探头安装杆的前后两端，其右端还与轴向通孔一连通，且其中部设置有用于打开或关闭轴向通道一的清洗电磁阀；所述前橡胶封孔胶囊套装于环形限位凹槽
A中，且其前后两端分别与环形限位凹槽A的前端和后端固定连接，并在前橡胶封孔胶囊和前端杆体之间形成封孔器密封空间一，封孔器密封空间一通过径向连通孔一与轴向通孔一连通；封孔器密封空间一连接有压力传感器A；所述摄像头安装槽的内部安装有可视化摄像头；所述摄像头保护罩封装在摄像头安装槽的开口端；
[0007]所述中段压裂机构主要由中段杆体和压裂电磁阀组成，所述中段杆体的轴心具有轴向贯通的轴向通孔二，其前端中心和后端中心分别开设有环形容纳腔一和环形容纳腔二，其中段径向的开设有多个压裂通道，每个压裂通道的里端均与轴向通孔二连通，其外端均与中段杆体的外部连通，其中部均连接有压力传感器四和流量计四，压力传感器四和流量计四分别用于实时监测压裂通道内的压力信号和流量信号；所述压裂电磁阀的数量与压裂通道的数量相对应，并装配于其中部，用于控制压裂通道的通断；环形容纳腔一的尺寸与环形凹台一的尺寸相适配，并于内表面设置有与外螺纹结构一相适配的内螺纹结构一，并形成压裂段前端母接头；环形容纳腔二中开设有内螺纹结构二，并形成压裂段后端母接头；中段压裂机构的前端通过压裂段前端母接头与前封孔公接头的螺纹配合与前封孔机构的后端固定连接；
[0008]所述后封孔器机构主要由后端杆体和后橡胶封孔胶囊组成；所述后端杆体的轴心具有轴向贯通的轴向通孔三；后端杆体中段的外部开设有环形限位凹槽B，且于环形限位凹槽B的中部开设有连通轴向通孔三和后端杆体外部空间的径向连通孔二，径向连通孔二中安装有控制其通断的胶囊电磁阀二；后端杆体的前端设置有环形凹台二，所述环形凹台二的外径小于后端杆体的外径，其尺寸与环形容纳腔二的尺寸相适配，且其外表面设置有外螺纹结构二，并形成后封孔前端公接头；后封孔器机构的前端通过后封孔前端公接头与压裂段后端母接头的螺纹配合与中段压裂机构固定连接；所述后橡胶封孔胶囊套装于环形限位凹槽B中，且其前后两端分别与环形限位凹槽B的前端和后端固定连接，并在后橡胶封孔胶囊和后端杆体之间形成封孔器密封空间二，封孔器密封空间二通过径向连通孔二与轴向通孔三连通；封孔器密封空间二连接有压力传感器B；轴向通孔三中于环形限位凹槽B之前的部分连接有压力传感器二和流量计二；压力传感器二和流量计二分别用于监测轴向通孔三前端的压力信号和流量信号；轴向通孔三中于环形限位凹槽B之后的部分连接有压力传感器一和流量计一；压力传感器一和流量计一分别用于监测轴向通孔三后端的压力信号和流量信号。
[0009]进一步，为了提高对镜头的清洗效果，以获得更清晰的图像数据，所述轴向通道一的数量为两个，每个轴向通道一中均装配清洗电磁阀，且相对的分布于摄像头安装槽的相对两侧。
[0010]进一步，为了方便连接和脱离高压水注水钢管，所述后端杆体的后端设置有环形凹台三，所述环形凹台三的外径小于后端杆体的外径，其外表面设置有外螺纹结构三，并形成后封孔后端公接头。
[0011]作为一种优选，所述摄像头安装槽呈圆柱形。
[0012]作为一种优选，所述前端杆体、中段杆体和后端杆体的外径相同。
[0013]在该技术方案中，通过在前端杆体的前端设置可视化摄像头，能在推送的过程中靠前端摄像头传输的实时影像，观察设计的致裂位置围岩是否完整，孔壁是否光滑，若从而可以合理的判定当前致裂点是否符合所需的标准；通过压力传感器四和流量计四的设置，
能便于实时监测压裂通道内的压力信号和流量信号，从而可以便于对封孔段的起裂压力进行量化。通过在封孔器密封空间一和二中分别设置压力传感器A和压力传感器B，能便于实时采集封孔器密封空间的压力值；通过在轴向通孔一的后端连接有压力传感器三和流量计三，并在轴向通孔三的前端设置压力传感器二和流量计二，在轴向通孔三的后端设置压力传感器一和流量计一，可以在出现故障后方便的进行故障原因的分析，从而快速确定出故障位置。
[0014]本专利技术还提供了一种煤岩层水压致裂压力效果评价及故障分析方法，包括一种煤岩层水压致裂压力监测装置，还包括如下步骤：
[0015]步骤一：先将中段压裂机构的压裂段前端母接头和压裂段后端母接头分别与前封孔机构的前封孔公接头和后封孔器机构的后封孔前端公接头通过螺纹进行可靠的连接，并形成封孔器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤岩层水压致裂压力监测装置，包括前封孔机构(1)、中段压裂机构(2)、后封孔器机构(3)；其特征在于；所述前封孔机构(1)主要由前端杆体(4)、探头安装杆(5)、前橡胶封孔胶囊(6)、可视化摄像头(7)和摄像头保护罩(8)组成；所述前端杆体(4)的轴心具有轴向贯通的轴向通孔一(9)；前端杆体(4)中段的外部开设有环形限位凹槽A(30)，且于环形限位凹槽A(30)的中部开设有连通轴向通孔一(9)和前端杆体(4)外部空间的径向连通孔一，径向连通孔一中安装有控制其通断的胶囊电磁阀一；前端杆体(4)的后端设置有环形凹台一(10)，所述环形凹台一(10)的外径小于前端杆体(4)的外径，且外表面设置有外螺纹结构一(11)，并形成前封孔公接头；轴向通孔一(9)的后端连接有压力传感器三和流量计三；压力传感器三和流量计三分别用于实时监测轴向通孔一(9)内的压力信号和流量信号；所述探头安装杆(5)的外径小于前端杆体(4)的外径，其后端固定插装于前端杆体(4)左端的轴向通孔一(9)中；探头安装杆(5)的前端中心开设有摄像头安装槽，并于摄像头安装槽的外侧开设有轴向通道一(29)，轴向通道一(29)轴向的贯通探头安装杆(5)的前后两端，其右端还与轴向通孔一(9)连通，且其中部设置有用于打开或关闭轴向通道一(29)的清洗电磁阀(12)；所述前橡胶封孔胶囊(6)套装于环形限位凹槽A(30)中，且其前后两端分别与环形限位凹槽A(30)的前端和后端固定连接，并在前橡胶封孔胶囊(6)和前端杆体(4)之间形成封孔器密封空间一，封孔器密封空间一通过径向连通孔一与轴向通孔一(9)连通；封孔器密封空间一连接有压力传感器A；所述摄像头安装槽的内部安装有可视化摄像头(7)；所述摄像头保护罩(8)封装在摄像头安装槽的开口端；所述中段压裂机构(2)主要由中段杆体(13)和压裂电磁阀(19)组成，所述中段杆体(13)的轴心具有轴向贯通的轴向通孔二(15)，其前端中心和后端中心分别开设有环形容纳腔一(16)和环形容纳腔二(17)，其中段径向的开设有多个压裂通道(18)，每个压裂通道(18)的里端均与轴向通孔二(15)连通，其外端均与中段杆体(13)的外部连通，其中部均连接有压力传感器四和流量计四，压力传感器四和流量计四分别用于实时监测压裂通道(18)内的压力信号和流量信号；所述压裂电磁阀(19)的数量与压裂通道(18)的数量相对应，并装配于其中部，用于控制压裂通道(18)的通断；环形容纳腔一(16)的尺寸与环形凹台一(10)的尺寸相适配，并于内表面设置有与外螺纹结构一(11)相适配的内螺纹结构一(20)，并形成压裂段前端母接头；环形容纳腔二(17)中开设有内螺纹结构二(21)，并形成压裂段后端母接头；中段压裂机构(2)的前端通过压裂段前端母接头与前封孔公接头的螺纹配合与前封孔机构(1)的后端固定连接；所述后封孔器机构(3)主要由后端杆体(22)和后橡胶封孔胶囊(23)组成；所述后端杆体(22)的轴心具有轴向贯通的轴向通孔三(24)；后端杆体(22)中段的外部开设有环形限位凹槽B(14)，且于环形限位凹槽B(14)的中部开设有连通轴向通孔三(24)和后端杆体(22)外部空间的径向连通孔二，径向连通孔二中安装有控制其通断的胶囊电磁阀二；后端杆体(22)的前端设置有环形凹台二(25)，所述环形凹台二(25)的外径小于后端杆体(22)的外径，其尺寸与环形容纳腔二(17)的尺寸相适配，且其外表面设置有外螺纹结构二(27)，并形成后封孔前端公接头；后封孔器机构(3)的前端通过后封孔前端公接头与压裂段后端母接头的螺纹配合与中段压裂机构(2)固定连接；所述后橡胶封孔胶囊(23)套装于环形限位凹槽B(14)中，且其前后两端分别与环形限位凹槽B(14)的前端和后端固定连接，并在后橡胶
封孔胶囊(23)和后端杆体(22)之间形成封孔器密封空间二，封孔器密封空间二通过径向连通孔二与轴向通孔三(24)连通；封孔器密封空间二连接有压力传感器B；轴向通孔三(24)中于环形限位凹槽B(14)之前的部分连接有压力传感器二和流量计二；压力传感器二和流量计二分别用于监测轴向通孔三(24)前端的压力信号和流量信号；轴向通孔三(24)中于环形限位凹槽B(14)之后的部分连接有压力传感器一和流量计一；压力传感器一和流量计一分别用于监测轴向通孔三(24)后端的压力信号和流量信号。2.根据权利要求1所述的一种煤岩层水压致裂压力监测装置，其特征在于，所述轴向通道一(29)的数量为两个，每个轴向通道一(29)中均装配清洗电磁阀(12)，且相对的分布于摄像头安装槽的相对两侧。3.根据权利要求1或2所述的一种煤岩层水压致裂压力监测装置，其特征在于，所述后端杆体(22)的后端设置有环形凹台三(26)，所述环形凹台三(26)的外径小于后端杆体(22)的外径，其外表面设置有外螺纹结构三(28)，并形成后封孔后端公接头。4.根据权利要求3所述的一种煤岩层水压致裂压力监测装置，其特征在于，所述摄像头安装槽呈圆柱形。5.根据权利要求4所述的一种煤岩层水压致裂压力监测装置，其特征在于，所述前端杆体(4)、中段杆体(13)和后端杆体(22)的外径相同。6.一种煤岩层水压致裂压力效果评价及故障分析方法，包括如权利要求1至4任一项所述的一种煤岩层水压致裂压力监测装置，其特征在于，还包括如下步骤：步骤一：先将中段...

【专利技术属性】
技术研发人员：娄杰，柏建彪，张迎春，张栋，刘俊旭，赵涛，卞卡，刘峰，
申请(专利权)人：扬州中矿建筑新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：