[发明专利]孔内双端封堵注水装置

说明书

技术领域

本发明属于矿山水害防治技术领域，涉及在钻孔中采用双端胶囊封堵给地层注水的装置/系统。

背景技术

“钻孔双端封堵测漏”是一种通过专用设备在煤层顶板钻孔中进行加压注水、根据钻孔壁岩体破坏前后注水漏失量的变化来确定导水裂隙带高度的实用裂高测试技术。

图1示出了一种钻孔双端封堵测漏装置(参见“钻孔双端封堵测漏”法在采煤工作面裂高测试中的应用，鲍井龙等，《煤炭技术》2011年第4期(第30卷第4期))，其可被用来测量煤矿“两带”的高度，该装置由孔内封堵器、连接管路和孔外测量仪表三部分构成。孔内封堵器是一个带有双端封堵胶囊的注水探管，用于对所测试孔段两端进行密封；孔外测试仪表主要包括流量表、压力表和相应的阀门，用以控制封孔压力和注水压力及注水流量大小，孔外仪表和孔内封堵器间通过耐压连接管路连接。注水观测时，把双端封堵器装入钻孔，双端封堵器的胶囊平时呈现圆管状态，可在钻孔内自由移动。当通过管路给胶囊充以一定压力的水或气时，胶囊即刻迅速膨胀，将封堵器所在孔段两端严密封堵，然后通过注水管路从探管中部向封堵孔段注水。如果封堵的岩层有裂隙，则注入孔段的水将从裂隙漏失，通过孔外流量测试仪表，可以测出规定注水压力下每米孔段、每分钟时间内的漏失量。漏失量大小反映了封堵段裂隙的发育程度。

该装置的特点如下：

1)胶囊送入方式

利用钻机实现胶囊送入与起出。

2)胶囊膨胀方式

孔内有水情况下通过注水使胶囊膨胀，孔内无水时通过充气使胶囊膨胀。胶囊膨胀与泄压均采用专用的注水或注气管路。

3)胶囊与注水段注水方式及转换

胶囊起胀与钻孔测试段注水采用2套独立的管路系统分别控制，即胶囊膨胀与泄压采用专用的注水或注气管路。

由此可见，该装置的局限性主要有：

1)胶囊注水与地层注水采用独立的高压注水/气管路，探测深度受限，易发生事故。

由于采用独立的管路给胶囊供水/气，即孔内除了给注水段供水的供水系统(钻杆)外，还有一根供胶囊起胀使用的管路系统(一般为高压软管)。孔内管路较多，孔内同时存在钻具和胶囊，易发生高压软件缠绕钻杆、堵塞钻孔等事故，由于有高压软管的存在，孔深越大，发生由于软管堵塞的事故概率越大，限制了钻孔测试深度，使探测深度受限。

如欲采用1套管路同时实现胶囊注水和地层注水，则需要设计胶囊注水和地层注水的切换方式，并保证胶囊与地层注水的转换效果。

2)胶囊起胀与收缩均在孔口操作台操作孔口管路及仪表较多，操作复杂。

3)在孔内涌水水量较大，且存在水压情况时无法测试。

发明内容

本申请的发明人在考虑到现有技术的上述问题的基础上，设计了一种孔内双端封堵注水装置，其中，胶囊与地层注水采用同一套管路，一方面使胶囊下入与起出便利，防止以往由独立给胶囊供水的管路造成的事故，另一方面使探测孔深增加；孔口设备简洁、操作简便；利用该套设备可进行钻孔涌水水量较大且有水压力情况下的地层注水。用于切换胶囊注水与地层注水的转换阀的使用操作简便、转换效果可靠。

根据本发明的实施例，提供了一种钻孔双端封堵测漏装置，包括注水/泄压系统、注水切换系统，其中，所述注水/泄压系统包括注水高压管路、泄压管路，用于将水依次经由注水高压管路、钻具、转换阀注入到胶囊或地层测试段。所述注水切换系统包括用于封堵地层测试段两端的胶囊、转换阀、地层注水管，用于通过地层注水管进行地层测试段注水、或通过注水高压管路进行胶囊注水，其中，转换阀的进水口连接到钻具的出水口，用于在所述地层测试段注水与所述胶囊注水之间进行切换。

本发明主要具有以下有益效果：1)胶囊膨胀与测试段注水均采用同一套注水系统，取消了单独供胶囊起胀用的注水或注气系统，消除了由于管路缠绕、堵塞发生孔内事故的隐患；2)采用转换阀，通过钻具上下移动实现转换阀的机械转换，效果较可靠；3)胶囊由钻杆送入，克服大孔深探测难题；4)在孔内水量较大(如10～20m3/h)、水压较大(如2～4MPa)时依然适用；5)孔口连接简单、操作方便。

附图说明

图1示出了现有技术中的一种钻孔双端封堵测漏装置；

图2是根据本发明的实施例的钻孔双端封堵测漏装置的结构示意图；

图3是根据本发明的实施例的钻孔双端封堵测漏装置的转换阀的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。