一种煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具的制作方法

本发明属于煤矿井下高压注水、水力压裂技术和煤矿安全领域，涉及一种煤矿井下钻孔内双路水力压裂工具及使用方法。

背景技术：

1、煤矿井下水力压裂技术是煤矿瓦斯强化抽采、冲击地压防治等安全领域的关键技术，传统水力压裂和高压注水采用的钻孔内工具为单通路，利用投球或压力控制封隔器坐封，压裂注水施工和封隔器坐封相互影响，坐封和压裂或注水需要独立精细控制的施工工艺难于实现，如在实际工作中想实现压裂后地层压力自然恢复，压力控制的联动式封隔器难于实现，而采用拖动解封封隔器，压裂一次需更换一次封隔器。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种煤矿井下钻孔内双路水力压裂工具，解决了坐封和高压注水压裂的独立精细控制工艺实现等问题，实现钻孔内封隔器坐封和水力压裂双路分开独立控制，装置稳定性好、结构简单，为煤矿井下钻孔内水力压裂和高压注水提供了新的装备支持。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，包括依次相接的双路供水器、双路压裂管、双路封隔器、中间布置变向管的双路压裂管、双路封隔器和封堵导向头；所述双路压裂管根据实际需要进行增减或调整接装位置；

4、所述双路供水器包括同轴套设的供水外管和供水内管；

5、所述双路压裂管包括同轴套设的外管体和内管体，外管体后端与所述供水外管相接，外管体前端内壁设有前内丝扣；内管体后部与所述供水内管相接；内管体后端为内套密封轴承，内管体前部套装定位轴承和限制制定位轴承反转的卡圈；内套密封轴承和定位轴承共同扶正内管体与外管体同心，同时实现内管体、外管体独立转动；定位轴承外层为丝扣并与外管体前内丝扣配套，定位轴承内层为轴承并套装在内管体上；内套密封轴承前端贯通连接内管体，内套密封轴承后端为一留有长度冗余的内套密封轴承内套腔且腔壁为内套密封面；

6、所述双路封隔器为三层管套装结构，由内到外依次为内层管、中间管和最外层的胶筒；中间管的后接头与双路压裂管的外管体相接，中间管的前接头与双路压裂管的外管体或与封堵导向头后端的后接内丝扣相接；内层管后端的内套密封面与双路压裂管的内管体前端相接，内层管前端的前接头与双路压裂管的内管体后端或与封堵导向头后端的内套密封面相接；

7、所述中间布置变向管的双路压裂管是在双路压裂管中部设有变向管，单独导通内管体内腔与外部，保持外水路密封的同时使内水路贯通穿出，实现内水路进入钻孔环空的转换；

8、所述封堵导向头为前端圆滑的帽式结构，后端为双路密封连接口且设有后接内丝扣和内套密封面；

9、通过双路供水器提供内外两路独立高压水，外水路通过双路压裂管外管体和内管体间环空直至双路封隔器胶筒胶囊腔，内水路通过双路压裂管内管体直至两双路封隔器之间的变向管，并进入两双路封隔器之间的钻孔内。

10、本发明还包括如下技术特征：

11、具体的，所述供水外管和供水内管之间的环空为外环空供水腔，供水外管侧壁设有环空供水接口，外环空供水腔后端设有双密封紧固盖；供水内管内为内管供水腔，供水内管后端为内管供水接口，前端为内管前接头。

12、具体的，所述供水外管前端为前接外丝扣，前接外丝扣前端设有大密封圈；内管前接头外壁设有小密封圈；双密封紧固盖内部为丝扣和密封垫，与双路供水器丝扣连接，通过旋紧挤压实现供水高压密封；外供水通过内管供水接口依次进入内管供水水路和内管供水腔，形成内水路；通过环空供水接口依次进入环空供水水路和外环空供水腔，形成外水路。

13、具体的，所述内管体前端端头设置两圈小密封圈槽用以套装小密封圈；

14、所述定位轴承外层周向设有多个贯通筛孔，实现外管体与内管体间的腔体的前后贯通；内套密封轴承外圈有贯通筛孔。

15、具体的，所述外管体后部内壁依次设有后内丝扣、密封窝面和卡台，外管体前端外壁为外丝扣和用以套装大密封圈的大密封圈槽，外管体前端外丝口能与前一部件的后内丝扣连接，套装的大密封圈能与前一部件的密封窝面密封相接。

16、具体的，所述内管体从后向前套装入外管体，内套密封轴承进入卡台，定位轴承和卡圈分别从内管体前端套入，定位轴承外丝与外管体前内丝扣旋紧，卡圈卡入丝扣槽限制定位轴承反转；大密封圈槽套装大密封圈，两圈小密封圈槽套装小密封圈；内管体和外管体之间的环空构成外水路，内管体内腔构成内水路。

17、具体的，所述胶筒前后由胶筒档密封限位固定，胶筒与中间管之间为胶筒胶囊腔，中间管与内层管间为内外管间环空腔并构成外水路，中间管上设有过液孔贯通胶筒胶囊腔和内外管间环空腔；内层管构成内水路。

18、具体的，所述双路封隔器中间管的后接头设后接头丝扣能与后一部件的前接头外丝口连接，挤压大密封圈实现密封；内层管前接头与后一部件的内套密封面通过小密封圈密封；实现内外管间环空腔的外水路和内管腔的内水路双路独立联通。

19、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

20、本发明装置稳定性好、结构简单，通过双路压裂管分节首尾连接设置，适应煤矿井下任意长度钻孔，工具组件内水路采用轴承隔离，各节连接时，既保证了工具外水路旋紧密封圈的密封效果，也保证了内水路密插式环壁密封圈的密封效果。

21、本发明提供的煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，通过双路供水器、双路压裂管提供内外独立双水路高压供水，其双路封隔器利用外水路坐封封隔器，同时保持内水路独立畅通，使内水路至两封隔器之间，再通过变向注水管将内水路变换，注入封隔器隔离的钻孔中实施压裂。该工具的双路独立供水，实现了钻孔内封隔器坐封和水力压裂的分开控制操作，为煤矿井下钻孔内精细控制水力压裂和高压注水提供了装备支持。

22、本发明提升了煤矿井下钻孔分段水力压裂的适应性，为更多施工工艺的实施提供了可能。

23、本发明提供的煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，实现了坐封和压裂独立双路供水，对于需精确计量地层注入水量时避免了受封隔器坐封供水的影响，尤其重要的是，使封隔器坐封和水力压裂可以实现两路独立供水，可以使封隔器供水压力大于压裂注入压力实现更好的坐封，也可以在满足坐封时使封隔器供水压力小于压裂注入压力，更好的保护封隔器；同时也可以采取初期封隔器供水压力大于压裂注入压力，后期压裂注入压力大于封隔器供水压力，实现更精准的控制。

技术特征：

1.一种煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，其特征在于，包括依次相接的双路供水器(1)、双路压裂管(2)、双路封隔器(3)、中间布置变向管(20)的双路压裂管(2)、双路封隔器(3)和封堵导向头(4)；所述双路压裂管(2)根据实际需要进行增减或调整接装位置；

2.如权利要求1所述的煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，其特征在于，所述供水外管(11)和供水内管(12)之间的环空为外环空供水腔，供水外管(11)侧壁设有环空供水接口(111)，外环空供水腔后端设有双密封紧固盖(13)；供水内管(12)内为内管供水腔，供水内管(12)后端为内管供水接口(121)，前端为内管前接头(122)。

3.如权利要求1所述的煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，其特征在于，所述供水外管(11)前端为前接外丝扣(112)，前接外丝扣(112)前端设有大密封圈(5)；内管前接头(122)外壁设有小密封圈(6)；双密封紧固盖(13)内部为丝扣和密封垫，与双路供水器(1)丝扣连接，通过旋紧挤压实现供水高压密封；外供水通过内管供水接口(121)依次进入内管供水水路和内管供水腔，形成内水路；通过环空供水接口(111)依次进入环空供水水路和外环空供水腔，形成外水路。

4.如权利要求1所述的煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，其特征在于，所述内管体(22)前端端头设置两圈小密封圈槽(61)用以套装小密封圈(6)；

5.如权利要求1所述的煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，其特征在于，所述外管体(21)后部内壁依次设有外管体后内丝扣(211)、外管体密封窝面(212)和卡台(213)，外管体(21)前端外壁为外丝扣和用以套装大密封圈(5)的大密封圈槽(51)，外管体(21)前端外丝扣能与前一部件的后内丝扣连接，套装的大密封圈(5)能与前一部件的密封窝面密封相接。

6.如权利要求5所述的煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，其特征在于，所述内管体(22)从后向前套装入外管体(21)，内套密封轴承(23)进入卡台(213)，定位轴承(24)和卡圈(25)分别从内管体(22)前端套入，定位轴承(24)外丝与外管体(21)前内丝扣(214)旋紧，卡圈(25)卡入丝扣槽限制定位轴承(24)反转；大密封圈槽(51)套装大密封圈(5)，两圈小密封圈槽(61)套装小密封圈(6)；内管体(22)和外管体(21)之间的环空构成外水路，内管体(22)内腔构成内水路。

7.如权利要求1所述的煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，其特征在于，所述胶筒(33)前后由胶筒档(331)密封限位固定，胶筒(33)与中间管(32)之间为胶筒胶囊腔，中间管(32)与内层管(31)间为内外管间环空腔并构成外水路，中间管(32)上设有过液孔(321)贯通胶筒胶囊腔和内外管间环空腔；内层管(31)构成内水路。

8.如权利要求1所述的煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，其特征在于，所述双路封隔器(3)中间管(32)的后接头设后接头丝扣能与后一部件的前接头外丝扣连接，挤压大密封圈(5)实现密封；内层管(31)前接头与后一部件的内套密封面通过小密封圈(6)密封；实现内外管间环空腔的外水路和内管腔的内水路双路独立联通。

技术总结本发明公开了一种煤矿井下钻孔内双路水力坐封压裂工具，包括依次相接的双路供水器、双路压裂管、双路封隔器、中间布置变向管的双路压裂管、双路封隔器和封堵导向头；双路压裂管根据实际需要进行增减或调整接装位置；通过双路压裂管分节首尾连接设置，适应煤矿井下任意长度钻孔，工具组件内水路采用轴承隔离，各节连接时，既保证了工具外水路旋紧密封圈的密封效果，也保证了内水路密插式环壁密封圈的密封效果。本发明实现钻孔内封隔器坐封和水力压裂双路分开独立控制，装置稳定性好、结构简单，为煤矿井下钻孔内水力压裂和高压注水提供了新的装备支持；提升了煤矿井下钻孔分段水力压裂的适应性，为更多施工工艺的实施提供了可能。技术研发人员：赵继展,张俭,范耀,孙四清,郑凯歌,陈冬冬,贾秉义受保护的技术使用者：中煤科工西安研究院（集团）有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18