[发明专利]煤矿井下水力压裂远程连续泵后高压加砂系统及其方法

说明书

一种煤矿井下水力压裂远程连续泵后高压加砂系统及其方法，包含加砂系统、压裂泵送系统和远程测控系统，所述压裂泵送系统包含压裂泵组和泵后高压管道，所述泵后高压管道的一端连接至压裂泵组的出口，另一端连接孔内压裂管路，所述泵后高压管道连接至加砂系统，所述加砂系统和压裂泵送系统均连接至远程测控系统以实现远程控制；由此，本发明针对现有井下压裂装置和工艺存在的泵磨损、一次加砂量少、加砂间断时间长、高压作业存安全隐患等问题，采用泵出端加砂工艺，可避免对泵的磨损，无需对现有井下压裂泵进行改造。通过远程测控，保证加砂过程连续，同时规避高压作业安全隐患。

技术领域

本发明涉及煤矿井下瓦斯抽采增产的技术领域，尤其涉及一种煤矿井下水力压裂远程连续泵后高压加砂系统及其方法。

背景技术

瓦斯防治是煤矿安全生产工作的重中之重。我国《煤矿瓦斯抽采达标暂行规定》要求：应当进行瓦斯抽采的煤层必须先抽采瓦斯，抽采效果达到标准要求后方可安排采掘作业，即“先抽后采、抽采达标”。同时要求：煤矿瓦斯抽采应当“应抽尽抽、多措并举”。

煤矿瓦斯抽采主要有地面和井下两种方式。

在地面煤层气井中，水力压裂已经作为一种重要的增产措施得到普遍应用。其原理是利用地面高压泵组，将大排量压裂液通过钻孔注入地层并产生裂缝，随后注入带有支撑剂的携砂液，裂缝向前延伸并填以支撑剂，在地层内形成具有一定几何尺寸和导流能力的填砂裂缝，达到增产目的。

近些年，水力压裂增产技术已被引入到井下瓦斯抽采钻孔，但主要为清水压裂，没有裂缝支撑剂，压裂形成的裂缝在地层闭合压力作用下迅速收缩乃至完全闭合，增产效果不太理想。有研究人员开展了井下加砂压裂泵以及配套加砂压裂工艺的探索研究，但都属于压裂泵前端的常压加砂，砂经过泵腔后从泵出端进入泵后高压管道，这种加砂工艺对泵的磨损大。目前尚未有报道对泵后加砂工艺开展研究，主要原因是泵后高压作业存在安全隐患，而且在高压环境下难以保证加砂作业连续性，达不到裂缝延伸的要求。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下水力压裂远程连续泵后高压加砂系统及其方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井下水力压裂远程连续泵后高压加砂系统及其方法，针对现有井下压裂装置和工艺存在的泵磨损、一次加砂量少、加砂间断时间长、高压作业存安全隐患等问题，采用泵出端加砂工艺，可避免对泵的磨损，无需对现有井下压裂泵进行改造。通过远程测控，保证加砂过程连续，同时规避高压作业安全隐患。

为解决上述问题，本发明公开了一种煤矿井下水力压裂远程连续泵后高压加砂系统，包含加砂系统、压裂泵送系统和远程测控系统，其特征在于：

所述压裂泵送系统包含压裂泵组和泵后高压管道，所述泵后高压管道的一端连接至压裂泵组的出口，另一端连接孔内压裂管路，所述泵后高压管道连接至加砂系统，所述加砂系统和压裂泵送系统均连接至远程测控系统以实现远程控制；

所述加砂系统包含至少两个储砂罐、装砂漏斗和输砂传送带，所述泵后高压管道连接至至少两个储砂罐，所述装砂漏斗位于所述输砂传送带的后端下方以接收传送过来的砂子，所述装砂漏斗的下端连接至储砂罐，以将砂子输入储砂罐。

其中：所述至少两个储砂罐包含第一储砂罐和第二储砂罐，所述第一储砂罐和第二储砂罐的结构相同，所述第一储砂罐包含高压储砂罐体，所述高压储砂罐罐体为上大下小的减缩状，所述高压储砂罐罐体内设有可调电驱出砂器，其顶部中间位置设有所述可调电驱出砂器的远控电机，在顶部周缘设有排气孔，且所述高压储砂罐罐体的上部侧壁设有连接至装砂漏斗的进砂口，中上部侧壁设有连接至进水平衡管的进水口，下部侧壁设有排渣口，底端设有连接至泵后高压管道的出砂口。