一种井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统及方法，抽采方法包括以下内容：在确定的布设层位内施工至少一个定向长钻孔；在第一个定向长钻孔中下套管后固孔；向地面贯通井中下入压裂液输送管道并延至定向长钻孔孔口；完成井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统的组装；进行第一压裂段的水力喷砂射孔作业；完成水力喷砂射孔作业后，向连续管补水，同时借助井上压裂液输送管道和井下汇流管道向第一压裂段内输送压裂液，完成对第一压裂段的水力压裂及连续管补水联合作业；完成第一个定向长钻孔内剩余压裂段的压裂作业；完成全部定向长钻孔的分段压裂施工后，进行保压和放喷作业；放喷作业结束后，完成瓦斯抽采作业。完成瓦斯抽采作业。完成瓦斯抽采作业。

【技术实现步骤摘要】
一种井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统及方法


[0001]本专利技术属于煤矿瓦斯抽采
，涉及瓦斯抽采系统，具体涉及一种井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统及方法。

技术介绍

[0002]地面连续管车可用于水力压裂、水力割缝、钻孔疏通和煤炭地下气化等。但其目前在煤矿井下尚未得到推广，原因主要是煤矿井下工况条件恶劣、作业空间有限，而现有的井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统尺寸较大，难以满足有限空间作业的要求；其次，井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统需要进行本安化防爆设计，并取得煤安认证。而地面连续管车则体积大、动力大、连续管长度长、不能简单缩小应用于煤矿井下；再次，现有的地面连续管注入头体积庞大，无法满足煤矿井下作业空间要求，并且为立式结构设计，仅适用于垂直孔连续管的注入。
[0003]针对矿用连续管作业需求，研发人员已经开发了一些井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统，但是，现有的煤矿用连续管作业机存在以下问题：(1)绕装有连续管的滚筒和注入头等设备不具备自动行走能力，且这些设备的重量大、在煤矿井下搬运困难；(2)绕装有连续管的滚筒和注入头等设备主要依靠板车运输，无法运输至未铺设铁轨的位置，限制了设备的使用范围；(3)连续管作业设备需要在煤矿井下进行复杂的组装、安装作业，而煤矿井下作业环境复杂，会增加煤矿井下工人的作业强度；(4)按照通用设计标准，滚筒轴心直径应至少为连续管外径的40倍才能保证连续管的使用寿命，受限于连续管滚筒尺寸，往往连续管作业设备的尺寸会超高，无法通过罐笼、风门等运输，也无法保证连续管滚筒的容量，而若降低轴心直径，会使连续管发生塑性变形，降低连续管的使用寿命；(5)现有作业方法采用地面泵送压裂液至长钻孔孔口分流，在环空加砂压裂阶段，分流的携砂液携带支撑剂进入连续管，会持续磨损连续管及喷砂射孔枪，缩短系统的使用寿命。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷和不足，本专利技术提供一种井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统及方法，以解决现有技术中井地联合矿用连续管抽采系统使用不便且使用寿命低的技术问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采取如下的技术方案：
[0006]一种井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统，包括滚筒装置，还包括孔口动密封装置和井下压裂泵；
[0007]所述滚筒装置包括第一运输机构和设置在第一运输机构上的连续管滚筒机构，所述连续管滚筒机构包括滚筒撬和设置在滚筒橇内的滚筒筒体，所述滚筒筒体上绕装有连续管；
[0008]所述孔口动密封装置包括第二运输机构和相连设置在第二运输机构上的注入头和防喷盒；所述注入头下方设置有至少两个用于调整注入头的高度及倾斜角度的液压升降
机构；所述防喷盒与设置在井下定向长钻孔孔口的孔口装置连通，所述注入头、防喷盒和孔口装置内设置有前后贯通的移动空间，所述连续管能够在注入头的带动下在所述移动空间内作前后往复运动；
[0009]所述连续管还分别与井上高压泵和井下压裂泵相连。
[0010]本专利技术还具有以下技术特征：
[0011]具体的，所述孔口装置包括连接设置的环形防喷器和孔口四通，所述环形防喷器能够与防喷盒密封连接；
[0012]所述孔口四通上还分别连接有瓦斯负压抽采管道和井下汇流管道，所述井下汇流管道分别与井上压裂液输送管道和井下供水管道连通；所述井下汇流管道上设置有第一阀门；所述井上压裂液输送管道上置有调节压裂液流量的第二阀门，所述井下供水管道还设置有第三阀门和用于调节连续管供水流量的第四阀门，所述井下供水管道上还连接有反循环冲砂管道，所述反循环冲砂管道上设置有反循环冲砂管道阀门。
[0013]更进一步的，所述第一运输机构包括第一液压履带底盘和设置在所述第一液压履带底盘上方的第一支撑板；所述第二运输机构包括第二液压履带底盘和设置在所述第二液压履带底盘上方的第二支撑板。
[0014]更进一步的，所述滚筒筒体可旋转地设置在滚筒支架上，所述滚筒支架上还设置有用于排放连续管的排管器，所述滚筒筒体上设置所述的高压旋转接头。
[0015]更进一步的，所述注入头朝向滚筒支架的侧壁上还设置有鹅颈导向器。
[0016]本专利技术还保护一种井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采方法，该方法通过上述的井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统实现，包括以下步骤：
[0017]步骤1、收集目标矿区的勘探数据和矿井数据，并根据收集到的勘探数据和矿井数据确定设置在煤矿井下的定向长钻孔的布设层位，在确定的布设层位内施工至少一个定向长钻孔；
[0018]步骤2、在第一个定向长钻孔中下套管后固孔；
[0019]步骤3、在地面施工地面贯通井与煤矿井下巷道贯通，对地面贯通井进行下套管固井后，向地面贯通井中下入压裂液输送管道并延至定向长钻孔孔口；
[0020]步骤4、根据井下压裂泵作业功率选择井下压裂泵，调节注入头的高度和倾角，使防喷盒与环形防喷器密封对接，然后完成井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统的组装；
[0021]步骤5、开启井上高压泵，开启第二阀门和第三阀门，并关闭第一阀门、第四阀门和反循环冲砂管道阀门，进行第一压裂段的水力喷砂射孔作业；
[0022]步骤6、完成水力喷砂射孔作业后，关闭第三阀门，打开第四阀门向连续管补水，同时打开第一阀门，借助井上压裂液输送管道和井下汇流管道向第一压裂段内输送压裂液，完成对第一压裂段的水力压裂及连续管补水联合作业；
[0023]步骤7、完成第一压裂段的水力压裂作业后，回收连续管至下一压裂段，重复步骤5至6，完成第一个定向长钻孔内剩余压裂段的压裂作业；
[0024]步骤8、重复步骤4至步骤7，对剩余定向长钻孔按顺序或交替进行分段压裂施工，完成全部定向长钻孔的分段压裂施工后，进行保压和放喷作业；
[0025]步骤9、放喷作业结束后，完成瓦斯抽采作业。
[0026]更进一步的，步骤1所述的根据收集到的勘探数据和矿井数据确定设置在煤矿井下的定向长钻孔的布设层位包括：
[0027]对于煤层硬度系数f＞1.0的中硬煤层，定向长钻孔的布设层位为煤层；
[0028]对于煤层硬度系数f≤1.0的碎软煤层，定向长钻孔的布设层位为距离煤层顶面0.5～2.0米的顶板岩层。
[0029]更进一步的，在所述的水力压裂作业中，当完成一个压裂段的施工后上提连续管发生砂卡时，关闭第三阀门和第四阀门，并开启第一阀门、第二阀门和反循环冲砂管道阀门，使得进入定向长钻孔中的压裂液依次经连续管和反循环冲砂管道排出。
[0030]更进一步的，所述井下压裂泵作业功率通过下式确定：
[0031]P＝(Δp+p
延伸
)
×
Q
[0032]式中：
[0033]P为井下压裂泵作业功率，单位为W；
[0034]Δp为压裂液流经连续管的摩阻，单位为Pa；
[0035]p
延伸
为地层裂缝延伸压力，单位为Pa；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统，包括滚筒装置(1)，其特征在于，还包括孔口动密封装置(2)和井下压裂泵(3)；所述滚筒装置(1)包括第一运输机构(11)和设置在第一运输机构(11)上的连续管滚筒机构(12)，所述连续管滚筒机构(12)包括滚筒撬(121)和设置在滚筒橇(121)内的滚筒筒体(122)，所述滚筒筒体(122)上绕装有连续管(4)；所述孔口动密封装置(2)包括第二运输机构(21)和设置在第二运输机构(21)上的孔口动密封组件，所述孔口动密封组件包括连接设置的注入头(22)和防喷盒(23)；所述注入头(22)下方设置有至少两个用于调整注入头(22)的高度及倾斜角度的液压升降机构(221)；所述防喷盒(23)与设置在井下定向长钻孔孔口的孔口装置(5)连通，所述注入头(22)、防喷盒(23)和孔口装置(5)内设置有前后贯通的移动空间，所述连续管(4)能够在注入头(22)的带动下在所述移动空间内作前后往复运动；所述连续管(4)还分别与井上高压泵和井下压裂泵(3)相连。2.如权利要求1所述的井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统，其特征在于，所述孔口装置(5)包括连接设置的环形防喷器(51)和孔口四通(52)，所述环形防喷器(51)能够与防喷盒(23)密封连接；所述孔口四通(52)上还分别连接有瓦斯负压抽采管道(6)和井下汇流管道(7)，所述井下汇流管道(7)分别与井上压裂液输送管道(8)和井下供水管道(9)连通；所述井下汇流管道(7)上设置有第一阀门(71)；所述井上压裂液输送管道(8)上置有调节压裂液流量的第二阀门(81)，所述井下供水管道(9)还设置有第三阀门(91)和用于调节连续管供水流量的第四阀门(92)，所述井下供水管道(9)上还连接有反循环冲砂管道(10)，所述反循环冲砂管道(10)上设置有反循环冲砂管道阀门(101)。3.如权利要求1所述的井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统，其特征在于，所述第一运输机构(11)包括第一液压履带底盘(111)和设置在所述第一液压履带底盘(111)上方的第一支撑板(112)；所述第二运输机构(21)包括第二液压履带底盘(211)和设置在所述第二液压履带底盘(211)上方的第二支撑板(212)。4.如权利要求1所述的井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统，其特征在于，所述滚筒筒体(122)可旋转地设置在滚筒支架(123)上，所述滚筒支架(123)上还设置有用于排放连续管(4)的排管器(124)，所述滚筒筒体(122)上设置所述的高压旋转接头。5.如权利要求1所述的井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统，其特征在于，所述注入头(22)朝向滚筒支架(123)的一端还设置有鹅颈导向器(222)。6.一种井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采方法，其特征在于，该方法通过权利要求1至5中任一权利要求所述的井地联合矿用连续管定向压裂瓦斯抽采系统实现，包括以下步骤：步骤1、收集目标矿区的勘探数据和矿井数据，并根据收...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜在炳，张群，李浩哲，舒建生，程斌，杜天林，范耀，牟全斌，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：