[发明专利]围岩钻孔高压流体锁压系统

说明书

一种围岩钻孔高压流体锁压系统，使用聚氨酯膨胀体作为动力源和推体，采用一种固化前为无定形状态的单组份或双组份胶为封体材料，采用龟缩式囊袋以解决胶封体的运载与卸载和封体定位、定型。把双组份聚氨酯物料混合利用其膨胀力做功，将胶体压缩定型，以克服封体与钻孔壁出现环缝、封体出现缺板或短板现象，从而提高粘结抗剪强度，提高锁压能力。

技术领域

本发明涉及一种围岩钻孔高压流体锁压系统，特别涉及高压水压裂岩层。是瓦斯治理、煤层气开采、页岩气开采的核心技术，也涉及到石油开采领域。

背景技术

围岩钻孔高压流体锁压系统是高压水压裂岩层在煤炭开采和预防煤与瓦斯突出事故，以及煤层气、页岩气等开采作业中的核心技术。现有技术中主要产品是注水封孔器、水泥类混合物、金属构件桥塞等。桥塞的缺陷主要是结构复杂、价格昂贵、安装成功率低。封孔器的使用对围岩钻孔的成孔要求苛刻，很难将注水封孔器定位在围岩钻孔深部设定位置。进孔难是注水封孔器的缺陷，封孔器与钻孔壁之间，没有粘结力，仅靠静摩擦力无法实现封孔器与钻孔壁的有机结合。已知其抗剪切强度为0.5-0.7MPa(兆帕)。由金属材料制成的桥塞，同样存在入孔难的问题，卡壳现象司空见惯。水泥(通常为水泥混合物)的粘结强度48小时为 0.1MPa。此外还有水泥终凝时间过长、定型难等本领域技术人员公知的缺陷。聚氨酯膨胀封体，粘结力仅为0.3-0.4MPa，抗压强度差。剥离剪切强度3-4kg/cm²。尽管人们长期探索实验，仍未能发现使用聚氨酯封体对高压流体锁压的成功案例。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷，要解决现有技术封体不具有粘结力或粘结强度差的问题，换言之，是如何提高粘结剪切能力，从而显着提高锁压能力的问题。本发明通过采用不同于现有技术锁压系统封体的材质，采用一种固化前为无定形状态的单组份或双组份胶为封体材料。胶封体抗压缩强度高，通常能达到60MPa，粘接强度＞30MPa，抗剪强度＞18MPa。该封体不但具有优良的抗压缩强度和抗渗透能力，尤其具备高粘结强度和高抗剪切强度。克服了封体入孔时卡壳等现象的发生。特别是，胶封体具备亟强的粘结能力。抗粘结剪切强度是本发明胶封体独有的特点。确定了封体问题，就必须解决如何把裸胶毫无损耗地、准确地推送到设定的锁压位置并使其横向应变定型的问题。要解决裸胶封体在围岩钻孔中环形定位，就要解决载体的承载和卸载问题；还要解决裸胶封体在围岩钻孔中的定型问题。只有解决了定型问题才能克服封体缺板、短板现象和环缝现象。同时要解决动力源和推体的问题。所采用技术手段，将在下面‘具体实施方式’中加以陈述。本发明使用聚氨酯膨胀体作为动力源和推体在特殊的钻孔环形空间条件下，其做工全程皆在全封闭的空间进行，并能够把裸胶准确地推送到设定的锁压环形空间位置并使其横向应变定型。

技术方案

一改现有技术锁压能力差等缺陷，本发明的技术方案是，采用无定形状态的胶做封体，采用双组份聚氨酯做动力源和推体；采用龟缩式囊袋以解决胶封体的运载与卸载和封体定位、定型。

一个异形龟缩式囊袋的凹縮部分是一个独立的单元，其宽度与囊袋主体部分宽度相等。单元顶部是一叠幅开口，装入封体胶后，形成一个胶囊，该胶囊的叠幅开口安装一封闭装置，该封闭装置是可以通过动力系统的膨胀压力重新开启的。

该异形龟缩式囊袋的主体部分是一个膨胀动力系统，以双组分聚氨酯膨胀体做为动力源和推体。该系统由两个区组成：贮存混合区和膨胀引导区。贮存混合区再被横向分割成相对独立的两个单元，分别贮存聚氨酯膨胀体的双组份物料。双组份物料混合后，发生膨胀，膨胀引导区可将体膨胀转化为线膨胀。膨胀力做功，压力迫使胶囊的叠幅开口的封口装置开启，并压迫胶囊向前凸展，凸展的过程就是逐渐卸载的过程，封体胶脱囊裸出，两个系统相向凸展，使封堵段定位。双端纵向压力进而实现封体横向应变，避免封体缺板、短板、环缝现象的发生，实现封堵段定型。从而提高抗剪切强度，增强锁压能力。

龟缩式囊袋的材质应选择抗渗、不透光、抗磨、柔韧的材质，尤其内层材质应选择高密度聚乙烯(HDPE)，其优点是对聚氨酯及封体胶具有抗粘连性。