[发明专利]一种触发式封孔压裂结构及压裂方法

说明书

本发明涉及一种触发式封孔压裂结构及压裂方法，属于煤矿井下水力压裂领域。包括封隔器、筛管、压裂管和单向阀门等，所述封隔器包括封隔器胶囊、中心管，第二出液孔等，所述筛管包括倒角引鞋，活塞、弹簧、第一出液孔等，连接顺序为从孔底外依次为引鞋，筛管，压裂管，封隔器胶囊，压裂管串联至孔口连接单向阀门。低压时压裂液不会从第一出液孔出水，先使封隔器胶囊膨胀封孔，压裂液持续增压达到设定阈值后，触发筛管内弹簧压缩，活塞往里推进，使得压裂液可以从第一出液孔进入钻孔被封隔器密闭的腔体内憋压对煤层开展压裂。压裂后通过单向阀门实现自动保压功能，并且泄压后可回收重复使用，本压裂管柱系统操作简单，能够实现单封隔器封孔、压裂、保压一体化。

技术领域

本发明属于煤矿井下水力压裂领域，涉及一种触发式封孔压裂结构及压裂方法。

背景技术

高瓦斯、低渗煤层的瓦斯治理一直是业界研究高地，如何提高煤层的透气性，高效抽采瓦斯成为我国各高校、研究所以及煤炭企业一直以来的重要课题。目前已形成一系列煤层增透强化瓦斯抽采技术，包括钻孔水力压裂、深孔预裂爆破、水力冲孔、水力割缝等。而水力压裂作为一种煤层增透措施，具有增透范围大，效果好等优点，因此在高瓦斯低透矿井中应用越来越广泛。

水力压裂成功的关键在于封孔的精度和可靠性。传统的井下水力压裂是多为水泥砂浆封孔，水泥砂浆注浆封孔主要存在以下问题：一是水泥砂浆注浆水灰比不好控制，如果水泥沉淀量大的话，难以保证封孔层位达到预设位置要求，封孔不到位导致压裂无效。二是难以掌握水泥砂浆的粘稠度，太稠的话，当浆液从压裂筛管返浆时，易造成压裂管堵塞使得注水不畅。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种触发式封孔压裂结构及压裂方法，该装置特点是液压坐封，液压解封，靠封隔器向外扩张来封隔压裂孔、形成压裂环形空间。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种触发式封孔压裂结构，包括串联布置的压裂管、封隔器、筛管；所述压裂管用于向封隔器及筛管内通入液体并施压；所述封隔器受压后沿其径向膨胀以实现坐封；所述筛管内设有活塞，所述活塞上设有朝向所述筛管内部的弹簧，所述筛管上设有第一出液孔；所述筛管受压后压缩弹簧，使液体经第一出液孔进入被封隔器密封的钻孔段进行压裂。

可选的，所述筛管远离所述封隔器的一端上设有倒角引鞋。

可选的，所述弹簧一端固定连接在所述筛管内部，另一端固定连接在所述活塞上。

可选的，所述弹簧的压紧程度决定所述筛管被施压后进入液体的压力阈值，该压力阈值大于所述封隔器的起封压力以确保封隔器顺利坐封。

可选的，所述封隔器包括封隔胶囊、设置在封隔胶囊内的中心管，所述中心管与所述封隔胶囊之间形成环形腔体；所述中心管上设有第二出液孔。

可选的，所述压裂管远离所述封隔器的一端上设有用于泄压和/或保压的单向阀门。

一种触发式封孔压裂方法，在钻孔内由内至外依次布置筛管、封隔器、压裂管；所述压裂管用于向所述封隔器及所述筛管内通入液体并施压；所述封隔器受压后沿其径向膨胀以实现坐封；坐封封堵钻孔后持续施压，达到所述筛管的压力阈值后，所述筛管沿其径向向钻孔内施压实现压裂。

可选的，所述筛管远离所述封隔器的一端上设有单向阀门，在压裂过程中该单向阀门对封隔器及筛管进行施压、保压；保压结束后，该单向阀门泄压。

可选的，所述封隔器包括封隔胶囊、设置在封隔胶囊内的中心管，所述中心管与所述封隔胶囊之间形成环形腔体；所述中心管上设有第二出液孔；泄压后所述封隔器恢复至施压前尺寸，循环使用。

可选的，所述封隔胶囊使用采用金属膨胀筒，卸载后该金属膨胀筒恢复至施压前尺寸，恢复率为100％。

本发明的有益效果在于：