一种坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置

一种坚硬厚顶煤水力压裂用压
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射一体化封隔器装置
技术领域
1.本发明涉及煤层开采设备领域，具体涉及一种坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置。


背景技术：

2.在煤矿生产过程中，由于开采深度逐渐增加，地应力显著增大，开采煤层上部的顶煤相比于浅层煤层而言更加密实、坚硬，从而造成了依靠矿压难以垮落，掉入放煤口中的难题。目前主要采用水力压裂的工艺技术将顶煤压碎，再在矿压的作用下垮落掉入放煤口，以提高煤炭回收率，以及增大煤矿产量。
3.针对坚硬厚顶煤而言，仅仅在内部产生几条裂隙，仍然无法满足坚硬厚顶煤垮落掉入放煤口的需求，主要表现在顶煤坚硬，即使进行了分层也无法断裂。目前解决这个难题的方法主要依靠的二次射流压裂，将分层后的坚硬厚顶煤采用水射流的方式进行切割。但采用二次压裂不仅需要大量的物力、人力，还需要浪费大量的时间。因此，要对现有水力压裂装置进行优化改进，以使其一次压裂同时也能够实现二次压裂的效果。


技术实现要素：

4.基于此，本发明提供了一种坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置，通过压裂介质压裂和压裂介质射流同步作用，能有效地将坚硬厚顶煤压裂，以满足压裂后的坚硬厚顶煤掉入放煤口的要求。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置，其包括上封隔器、下封隔器和节流器，其中：
6.所述上封隔器包括中空圆柱形的上封隔器连接管以及套设在所述上封隔器连接管的外周管壁上的上封隔器密封胶囊，所述上封隔器连接管的管壁上贯穿设有被所述上封隔器密封胶囊包套住的上封隔器注水孔，所述上封隔器注水孔用于将所述上封隔器连接管内的压裂介质注入所述上封隔器密封胶囊内以使所述上封隔器密封胶囊膨胀；
7.所述下封隔器包括中空圆柱形的下封隔器连接管以及套设在所述下封隔器连接管的外周管壁上的下封隔器密封胶囊，所述下封隔器连接管的管壁上贯穿设有被所述下封隔器密封胶囊包套住的下封隔器注水孔，所述下封隔器注水孔用于将所述下封隔器连接管内的压裂介质注入所述下封隔器密封胶囊内以使所述下封隔器密封胶囊膨胀；
8.所述节流器的一端与所述上封隔器连接管对接连通，所述节流器的另一端与所述下封隔器连接管对接连通，所述上封隔器连接管上远离所述节流器的一端管口连接有单向阀，所述下封隔器连接管上远离所述节流器的一端管口连接有下封隔器下封头，所述下封隔器下封头的侧壁上开设有贯穿至所述下封隔器连接管内的射流孔，所述下封隔器下封头用于与外部的压裂介质注入管路连接。
9.作为本发明的进一步优选技术方案，所述单向阀包括圆台外壳和封堵圆球，所述圆台外壳开设有与所述上封隔器连接管连通的开孔，所述封堵圆球设置在所述圆台外壳
内，当所述上封隔器连接管内的压裂介质产生压力，所述封堵圆球在该压力的推动下封堵住所述圆台外壳上的开孔。
10.作为本发明的进一步优选技术方案，所述上封隔器连接管上远离所述节流器的一端管口套连有上封隔器上封头，所述上封隔器连接管通过所述上封隔器上封头与所述单向阀固定连接。
11.作为本发明的进一步优选技术方案，所述上封隔器连接管上用于连接所述节流器的管口套连有上封隔器下封头，所述上封隔器连接管通过所述上封隔器下封头与所述节流器固定连接。
12.作为本发明的进一步优选技术方案，所述上封隔器连接管的管体上活动套设有上封隔器滑套，所述上封隔器密封胶囊的一端与所述上封隔器滑套固定连接，另一端与所述上封隔器下封头固定连接。
13.作为本发明的进一步优选技术方案，所述下封隔器连接管上用于连接所述节流器的管口套连有下封隔器上封头，所述下封隔器连接管通过所述下封隔器上封头与所述节流器固定连接。
14.作为本发明的进一步优选技术方案，所述下封隔器连接管的管体上活动套设有下封隔器滑套，所述下封隔器密封胶囊的一端与所述下封隔器滑套固定连接，另一端与所述下封隔器上封头固定连接。
15.作为本发明的进一步优选技术方案，所述下封隔器下封头呈上宽下窄圆台状，所述下封隔器下封头的中心孔洞用于压裂介质注入管路与下封隔器连接管相连通，所述射流孔开设在所述下封隔器下封头的圆台侧壁上，所述射流孔的轴向与所述下封隔器连接管的轴向的夹角为15-60度。
16.作为本发明的进一步优选技术方案，所述射流孔的数量为多个，多个所述射流孔绕所述下封隔器下封头的外周间距设置。
17.作为本发明的进一步优选技术方案，所述压裂介质为水。
18.本发明的坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置，通过采用上述技术方案，可以达到如下有益效果：
19.1)通过使用本发明的坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置，能够有效、准确地将坚硬厚顶煤压裂，并能保证压裂后的坚硬厚顶煤尺寸符合放煤口的最大尺寸，从而大大降低了矿井坚硬厚顶煤水力压裂的物力和人力，即解决了坚硬厚顶煤难垮落的难题；
20.2)通过压裂介质压裂和压裂介质射流同步作用，能有效地将坚硬厚顶煤压裂，从而满足了压裂后的坚硬厚顶煤掉入放煤口的要求；
21.3)本发明结构合理而紧凑、使用方便，减少了井下作业工序，而且提高了放煤作业效率，即减少了工人的工作量。
附图说明
22.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
23.图1为本发明的坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置提供的一实例的结构示意图；
24.图2为下封隔器下封头的正面示意图；
25.图3为下封隔器下封头的仰视示意图。
26.图中：1、单向阀，2、封堵圆球，3、上封隔器连接管，4、上封隔器上封头，5、上封隔器下封头，6、上封隔器滑套，7、上封隔器密封胶囊，8、上封隔器注水孔，9、节流器，10、下封隔器连接管，11、下封隔器上封头，12、下封隔器下封头，13、下封隔器滑套，14、下封隔器密封胶囊，15、下封隔器注水孔，16、射流孔。
27.本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
28.下面将结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述。较佳实施例中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等用语，仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
29.如图1所示，本发明提供了一种坚硬厚顶煤水力压裂用压—射一体化封隔器装置，包括单向阀1、上封隔器、下封隔器和节流器9，上封隔器、节流器9和下封隔器三者依次连接且连通，连通形成的注压腔体用于注入压裂介质，单向阀1用于在压裂介质的压力作用下自动对该注压腔体进行密封，所用压裂介质为水。
30.所述上封隔器包括中空圆柱形的上封隔器连接管3以及套设在所述上封隔器连接管3的外周管壁上的上封隔器密封胶囊7，所述上封隔器连接管3的管壁上贯穿设有被所述上封隔器密封胶囊7包套住的上封隔器注水孔8，所述上封隔器注水孔8用于将所述上封隔器连接管3内的压裂介质注入所述上封隔器密封胶囊7内以使所述上封隔器密封胶囊7膨胀；
31.所述下封隔器包括中空圆柱形的下封隔器连接管10以及套设在所述下封隔器连接管10的外周管壁上的下封隔器密封胶囊14，所述下封隔器连接管10的管壁上贯穿设有被所述下封隔器密封胶囊14包套住的下封隔器注水孔15，所述下封隔器注水孔15用于将所述下封隔器连接管10内的压裂介质注入所述下封隔器密封胶囊14内以使所述下封隔器密封胶囊14膨胀；
32.所述节流器9的一端与所述上封隔器连接管3对接连通，所述节流器9的另一端与所述下封隔器连接管10对接连通，所述上封隔器连接管3上远离所述节流器9的一端管口连接有单向阀1，所述下封隔器连接管10上远离所述节流器9的一端管口连接有下封隔器下封头12，所述下封隔器下封头12的侧壁上开设有贯穿至所述下封隔器连接管10内的射流孔16，所述射流孔16的数量为多个，多个所述射流孔16绕所述下封隔器下封头12的外周间距设置，所述下封隔器下封头12用于与外部的压裂介质注入管路连接。
33.工作原理：本发明的压—射一体化封隔器装置在使用过程中，需连接上压裂介质注入管路后推送至煤层中钻孔的压裂位置处，压裂介质注入管路连接有加压泵。由上封隔器连接管3、节流器9和下封隔器连接管10形成的一体连通的注压腔体，当外部的压裂介质注入管路将具有压力的压裂介质通过下封隔器下封头12注入到该注压腔体后，首先使单向阀1在压裂介质的压力作用下将上封隔器连接管3密封，以使注压腔体形成密封的腔道，随着压裂介质继续注入，注压腔体内的压力进一步增加，压裂介质会经上封隔器注水孔8和下
封隔器注水孔15分别注入到上封隔器密封胶囊7和下封隔器密封胶囊14并使之膨胀，此时，上封隔器密封胶囊7和下封隔器密封胶囊14连同两者之间的钻孔孔壁形成别压空间，节流器9位于别压空间以用于将压裂液从注压腔体排出来压裂周围煤体，从而实现对坚硬厚顶煤进行大范围分层压裂，由于持续高压注水，压裂介质在高压的条件下通过下封隔器下封头12侧面的射流孔16将分层压裂的坚硬厚顶煤射出小范围裂隙，进一步使坚硬厚顶煤能够在矿压的作用下垮落并掉入放煤口，提高作业效率。在此需要说明的是，节流器9的管体上设有均匀设有开孔，注压腔体内的高压压裂介质从其开孔喷出实现煤层压裂，同时节流器9可对其喷射的压裂介质的流速、流量进行控制，本发明所用节流器9为现有设备，其详细的结构及原理在此不做赘述。
34.具体实施中，所述单向阀1包括圆台外壳和封堵圆球2，所述圆台外壳开设有与所述上封隔器连接管3连通的开孔，所述封堵圆球2设置在所述圆台外壳内，当所述上封隔器连接管3内的压裂介质产生压力，所述封堵圆球2在该压力的推动下封堵住所述圆台外壳上的开孔。
35.具体实施中，所述上封隔器连接管3上远离所述节流器9的一端管口套连有上封隔器上封头4，所述上封隔器连接管3通过所述上封隔器上封头4与所述单向阀1固定连接。所述上封隔器连接管3上用于连接所述节流器9的管口套连有上封隔器下封头5，所述上封隔器连接管3通过所述上封隔器下封头5与所述节流器9固定连接。
36.所述上封隔器连接管3的管体上活动套设有上封隔器滑套6，所述上封隔器密封胶囊7的一端与所述上封隔器滑套6固定连接，另一端与所述上封隔器下封头5固定连接，上封隔器下封头5和下封隔器下封头12可起到限制上封隔器密封胶囊7位置的作用。
37.具体实施中，所述下封隔器连接管10上用于连接所述节流器9的管口套连有下封隔器上封头11，所述下封隔器连接管10通过所述下封隔器上封头11与所述节流器9固定连接。
38.所述下封隔器连接管10的管体上活动套设有下封隔器滑套13，所述下封隔器密封胶囊14的一端与所述下封隔器滑套13固定连接，另一端与所述下封隔器上封头11固定连接。
39.优选地，所述下封隔器下封头12呈上宽下窄圆台状，所述下封隔器下封头12的中心孔洞用于压裂介质注入管路与下封隔器连接管10相连通，所述射流孔16开设在所述下封隔器下封头12的圆台侧壁上，所述射流孔16的轴向与所述下封隔器连接管10的轴向的夹角为15-60度，下封隔器下封头12上的射流孔16的数量为四个且等间距设置，参阅图2和3所示。
40.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域熟练技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对本实施方式做出多种变更或修改，而不背离本发明的原理和实质，本发明的保护范围仅由所附权利要求书限定。