煤矿井下分支钻孔用压抽一体装置
技术领域
本实用新型属于煤层气开发领域，具体涉及一种煤矿井下分支钻孔用压抽一体装置。
背景技术
由于重庆地区煤炭赋存地质条件的复杂性，主要煤系地层沉积后，经历了强烈的构造运动，煤体构造遭到强烈破坏，其所属煤层多为松软煤层，具有煤层硬度低、瓦斯压力及含量高、透气性差等特点，煤层气(瓦斯)抽采难度大。经多年探索，水力压裂增透是低透气性煤层瓦斯抽采的关键技术措施之一，已形成“水治瓦斯”核心技术和“先压后抽”工作模式，取得了一定的成效。但是该方法存在以下局限性：(1)常规压裂钻孔主要采用底板巷穿层钻孔或本煤层顺层钻孔进行压裂，巷道及钻孔施工工程量大、成本高；(2)每个压裂钻孔通常只在孔底处进行一次压裂，因此，压裂钻孔数量多、封孔及压裂成本高、单孔裂影响范围小、瓦斯抽采量少、钻孔利用率低、抽采效率低、达标时间长，以致抽、采、掘部署紧张等；亟需研发一种能大面积区域化水力压裂增透与高效抽采瓦斯的方法。
近年来，随着非常规油气行业的发展，水平井钻井技术及多级分段压裂技术得到快速发展，如中国专利文献CN 108643877A公告的《煤矿井下煤层长钻孔分段压裂增透与抽采瓦斯方法》。随之也将水平井钻井技术广泛应用于煤矿井下长钻孔钻进，但是在分段压裂技术方面，由于煤矿井下狭小空间的限制，无法容纳庞大的地面压裂设备，而井下压裂泵功率有限，施工排量远小于地面压裂泵，无法满足长钻孔整体压裂增透的需要，因此，迫切需要研究可用于煤矿井下长钻孔及分枝钻孔分段压裂增透的技术。实现区域煤层均匀增透，提高瓦斯抽采效果，降低瓦斯动力灾害危险性。
针对分段压裂装置，在油气田开发中，已使用过裸眼封隔器、可溶压裂球、有可溶解压裂球座的压裂滑套等工具，但是部分工具用于煤矿井下施工存在一定的问题，因此，需要在此基础上进行改进优化。
另外，目前，国内已开展过煤矿井下长钻孔分段压裂技术的研究，主要是对顺煤层定向长钻孔下套管，在套管中实现分段封隔及多段压裂，但是南方地区煤层普遍较松软，在本煤层实施长钻孔难度较大，只能实施顶板或底板分枝长钻孔(即在目标煤层顶板或底板实施长钻孔主孔，再由主孔开分枝进入煤层)，在分枝长钻孔中下入套管难度大，且在分枝钻孔中实施水泥浆固孔会将已形成的分枝孔封闭，压裂时不能有效的对煤层段进行压裂改造，因此，需要研究可用于裸眼分枝长钻孔分段压裂与高效抽采瓦斯的技术方法。同时，由于矿用压裂泵功率小，多数施工排量在1方/小时以下，根据油气行业地面水力压裂经验，施工排量一般在数方/分钟以上，煤矿井下施工排量远小于地面压裂，不能对煤层进行较好的体积改造。因此，需要探索增大煤矿井下水力压裂施工排量的方式，最大限度的提高施工排量及压裂效果。
针对分段压裂装置中的可溶解压裂球，油气田开发中常用铝镁合金材料制作，该压裂球密度较大，用在地面下向钻井中无任何问题，但是煤矿井下瓦斯治理孔大多为上向仰孔，且煤矿用的压裂泵功率远小于地面钻井的压裂泵，施工排量不足1立方米/分钟，难以将采用铝镁合金材料制作的可用压裂球送入压裂孔中预定的位置，也需要进行相应改进。
然而，现有压裂滑套和压差滑套在压裂完成后，滑套能够稳定地保持在原有位置的可靠性差，随着卸压过程，滑套会逐渐回位而形成对滑套压裂孔的部分封堵或完全封堵，不能满足抽采要求，为此，需要改进。
发明内容
本实用新型的目的就是针对现有技术分段压裂卸压后，滑套存在回位隐患导致瓦斯抽采困难的不足，提供一种煤矿井下分支钻孔用压抽一体装置，该装置将压差滑套和压裂滑套通过弹簧片和单向齿配合形成单向滑动配合结构，以在压裂过程中滑套活塞移动到设定位置后，由单向结构保持位置不变，有效防止卸压后的回退现象，确保压抽一体装置具有可靠抽采瓦斯的功能，进而降低抽采成本。
为实现前述目的，本实用新型采用如下技术方案。
一种煤矿井下分支钻孔用压抽一体装置，包括压裂管，压裂管上串接有多个压裂滑套，压裂管靠近钻孔孔底的管段上串接有压差滑套；所述压裂管通过旁路有可拆卸地连接有气水分离器；所述压裂滑套和压差滑套均由活塞和管套组成，活塞与管套之间形成有仅供活塞单向移动的单向滑动配合结构，该单向滑动配合结构，由弹簧片和单向齿配合形成；管套壁上设有穿透管壁的通孔，活塞能够在外力推动下移动以打开通孔，压裂滑套的活塞构成具有内孔通道的球座。
采用前述方案的本装置，通过在压裂管上串接多个压裂滑套，和在压裂管靠近钻孔孔底的管段上串接压差滑套，使其形成适用于投球压裂的分段压裂方式的结构，压裂球采用可溶解球时，在全部压裂段完成压裂后，利用盐溶液进行压裂液替换，从而将压裂球溶解掉，以使压裂管内部通畅；同时，由于压裂管管口设有气水分离器，因此，可通过气水分离器连接瓦斯抽采系统，从而实现压裂管作为瓦斯抽采管使用的目的，以减少瓦斯抽采准备工作，可有效提高抽采效率，降低抽采成本。其中，压裂滑套参照CN201410638145公告的《具有可溶解压裂球座的压裂滑套及压裂方法》中压裂滑套结构，压差滑套与压裂滑套的区别是压差滑套的活塞不形成球座结构，也不设置内部通道，活塞在压裂液高压推动下滑动，打开滑套管壁的通孔。但与现有技术的区别点，也是本申请中压差滑套与压裂滑套的共同特点，即活塞与管套之间形成有仅供活塞单向移动的单向滑动配合结构，以在卸压后保持打开状态，便于抽采煤层瓦斯气体。
优选的，所述压裂管上位于压差滑套的远端通过孔底管段设有引鞋。以便一体装置顺利被置入钻孔内，提高抽采效率。
进一步优选的，由钻孔孔底至孔口，所述压裂滑套上的球座内孔通道依次增大，并能够通过朝向孔底方向的紧邻压裂段压裂用可溶解压裂球；所述压裂滑套和压差滑套位于钻孔孔口的方向均设有一裸眼封孔器，裸眼封孔器固定连接在所述压裂管上；所述旁路位于压裂管露出钻孔的端部，该旁路构成卸压旁路，该卸压旁路上设有卸压阀，卸压旁路的出口端与所述气水分离器连接。确保能够实现分支长钻孔的分段压裂，且利用卸压旁路设置气水分离器，达到简化结构，降低制造和使用成本的目的。
优选的，所述裸眼封孔器为囊袋式封孔器，该封孔器的内部通过第一单向阀与压裂管内部连通。以使封孔器的封孔压力随压裂压力的升高而增大，起到可靠封堵目的。
优选的，所述压裂管露出钻孔的端部还设有具有投球口的投球旁路，该投球旁路上设有能够封闭投球口的阀门。以实现方便投球目的，且投球后能够实现可靠密封。
本实用新型的有益效果是，装置兼具压裂和抽采功能，可有效提高抽采效率，降低抽采成本。
附图说明
图1是本实用新型中压抽一体装置的结构示意图。
图2是本实用新型中滑套的部分结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。
参见图1、图2，一种煤矿井下分支钻孔用压抽一体装置，包括压裂管1，压裂管1上串接有多个压裂滑套2，压裂管1靠近钻孔孔底的管段上串接有压差滑套3，压差滑套3的远端通过孔底管段设有引鞋5；由钻孔孔底至孔口，压裂滑套2上的球座内孔通道依次增大，并能够通过朝向孔底方向的紧邻压裂段压裂用可溶解压裂球，以在由孔底向孔口方向进行分段压裂过程中，各个压裂段的可溶解压裂球能够顺利投送到位；所述压裂滑套2和压差滑套3位于钻孔孔口的方向均设有一裸眼封孔器4，裸眼封孔器4固定连接在所述压裂管1上；所述压裂管1露出钻孔的端部设有卸压旁路10，卸压旁路10上设有卸压阀6，卸压旁路10的出口端具有连接气水分离器7的接口；卸压旁路10通过所述接口可拆卸地连接有气水分离器7，气水分离器7上设有出气口7a和出液口7b；所述压裂滑套2和压差滑套3均由活塞和管套组成，活塞与管套之间形成有仅供活塞单向移动的单向滑动配合结构，该单向滑动配合结构，由弹簧片17和单向齿配合形成；弹簧片17固定在管套18上，单向齿设在活塞19上，管套壁上设有穿透管壁的通孔20，活塞能够在外力推动下移动以打开通孔，压裂滑套2的活塞构成具有所述内孔通道的球座，球座用于落座可溶解压裂球16。其中，在制作压差滑套和压裂滑套时，其管套壁上的通孔直径应满足抽采通径要求，相对于仅用于压裂的滑套孔径更大。
其中，裸眼封孔器4为囊袋式封孔器，该封孔器的内部通过第一单向阀8 与压裂管1内部连通。压裂管1露出钻孔的端部还设有具有投球口的投球旁路9 和压力表15，该投球旁路上设有能够封闭投球口的阀门12；压裂管1的管口部设有第二单向阀13，第二单向阀13用于压裂保压；压裂管1的管口部设有管线接口14，压裂管1通过管线接口14由高压管线与压裂泵或压裂泵组连接。
本实施中，压裂滑套2设有三个，压差滑套3设有靠近长钻孔孔底的1个，由孔口至孔底，三个压裂滑套2上活塞的内孔通道逐渐增大，落座在靠近压差滑套3那个压裂滑套2上的可溶解压裂球能够穿过朝向孔口方向上的另外两个压裂滑套2的内孔通道；落座在中间位置的压裂滑套2上的可溶解压裂球能够穿过靠近孔口的压裂滑套2的内孔通道。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
