[发明专利]一种煤岩层高压封孔卸压保护方法

权利要求书

1.一种煤岩层高压封孔卸压保护方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、钻孔并将封孔器伸入钻孔内：在待预裂的煤岩层内指定位置进行钻孔，并将封孔器伸入钻孔内，高压注水管(3)连接在所述封孔器后侧快速接头上，并引出至煤岩层外，在高压注水管(3)位于煤岩层外的管段安装单向阀(4)和压力表，高压注水管(3)位于煤岩层外及单向阀(4)前侧的管段上设置高压回水管(5)，在高压回水管(5)上安装截止阀(40)和调压阀(6)，调压阀(6)安装在高压回水管(5)的末端，保持截止阀(40)处于关闭状态；

所述封孔器包括高压橡胶膨胀胶管(1)和设置在高压橡胶膨胀胶管(1)前端的双向安全阀(2)，双向安全阀(2)包括与高压橡胶膨胀胶管(1)配合的中空结构的安全阀头(7)、设置在安全阀头(7)内的第一弹簧(8)和伸入至第一弹簧(8)内且为中空结构的双向安全阀芯，所述双向安全阀芯包括安全阀芯(9)、设置在安全阀芯(9)一端且与第一弹簧(8)配合的中空结构的安全阀芯挡盖(30)和设置在安全阀芯(9)另一端且与高压橡胶膨胀胶管(1)内管抵接配合的中空结构的密封锥(10)，所述双向安全阀芯内开设有安全阀芯腔(12)，所述安全阀芯挡盖(30)内设置有与安全阀芯腔(12)连通的贯通孔(11)，密封锥(10)内开设有密封锥贯通孔(20)，安全阀芯腔(12)内设置有第二弹簧(13)和挡球(14)，挡球(14)的直径大于贯通孔(11)的内径，挡球(14)的直径大于密封锥贯通孔(20)的内径，安全阀芯(9)包括依次连接的第一安全阀芯段(9-1)、第二安全阀芯段(9-2)和第三安全阀芯段(9-3)，第一安全阀芯段(9-1)和第三安全阀芯段(9-3)的外形尺寸一致，第一安全阀芯段(9-1)和第三安全阀芯段(9-3)均通过一圆柱体对称的切去两侧弓形柱(9-4)加工制作而成，第二安全阀芯段(9-2)的外形为一长方体，所述长方体的长宽高均小于所述圆柱体的直径；

步骤二、钻孔注水并注水封孔：通过高压注水管(3)向钻孔中的高压橡胶膨胀胶管(1)持续注入高压水，双向安全阀芯内的挡球(14)被高压水挤压，挡球(14)同时在第二弹簧(13)弹力作用下复位，封堵贯通孔(11)，高压水挤压高压橡胶膨胀胶管(1)侧壁，使高压橡胶膨胀胶管(1)膨胀挤压钻孔，随着高压水压力升高，高压水自动挤压密封锥(10)，密封锥(10)、安全阀芯(9)和安全阀芯挡盖(30)共同运动挤压第一弹簧(8)与高压橡胶膨胀胶管(1)密闭口分离，高压水经第一安全阀芯段(9-1)外部的缺口平面、第二安全阀芯段(9-2)的外表面和第三安全阀芯段(9-3)外部的缺口平面流入安全阀头腔(7-1)，进而流出双向安全阀(2)，此时高压橡胶膨胀胶管(1)膨胀同时实现封孔，利用压力表实时监测高压注水管(3)内注水压力，直至压力表显示的高压注水管(3)内注水压力稳定在预设压力值；

步骤三、封孔器保压封孔压裂煤岩层：从高压泵泵出的压裂液经高压注水管(3)、高压橡胶膨胀胶管(1)和全阀头(7)不断注入煤岩层进行压裂，当意外停泵时，单向阀(4)阻止高压橡胶膨胀胶管(1)及高压注水管(3)内的高压水回流，同时钻孔内的高压水经安全阀头(7)和贯通孔(11)推动挡球(14)并压缩第二弹簧(13)，使挡球(14)离开贯通孔(11)密封位置，向高压橡胶膨胀胶管(1)回供高压液，保持高压橡胶膨胀胶管(1)内高压水和钻孔中压力一致，实现封孔器保压封孔压裂煤岩层；

步骤四、停止压裂：当达到设计压裂要求时，停止向高压注水管(3)中泵入高压水，单向阀(4)阻止高压橡胶膨胀胶管(1)及高压注水管(3)内的高压水回流，同时钻孔内的高压水经安全阀头(7)和贯通孔(11)推动挡球(14)并 压缩第二弹簧(13)，使挡球(14)离开贯通孔(11)密封位置，向高压橡胶膨胀胶管(1)回供高压液，保持高压橡胶膨胀胶管(1)内高压水和钻孔中压力一致；

步骤五、封孔器保压逐级降压卸压，过程如下：

步骤501、根据公式计算调压阀(6)的卸载压力P_t，其中，P为压力表显示实时压力值，k为安全系数，M为径长比且D为钻孔直径，L为高压橡胶膨胀胶管(1)膨胀后的长度，μ为高压橡胶膨胀胶管(1)与钻孔壁的摩擦系数；

步骤502、调节调压阀(6)的卸载压力达到P_t，打开截止阀(40)，钻孔内高压水经安全阀头孔(7-2)、第一安全阀芯段(9-1)外部的缺口平面、第二安全阀芯段(9-2)的外表面和第三安全阀芯段(9-3)外部的缺口平面后挤压密封锥(10)，密封锥(10)在水压和第一弹簧(8)共同作用下与高压橡胶膨胀胶管(1)密闭口抵接，同时钻孔内高压水自动流入贯通孔(11)反向挤压挡球(14)，进而压缩第二弹簧(13)使挡球(14)离开贯通孔(11)封口，此时钻孔内高压水经安全阀芯腔(12)流出，经密封锥贯通孔(20)进入高压回水管(5)，经截止阀(40)从调压阀(6)流出而卸压，直至压力表显示实时压力值降至与当前调压阀(6)的卸载压力一致则自动停止卸压；

步骤503、多次循环步骤501和步骤502，直至钻孔及高压橡胶膨胀胶管(1)压力降为零，完成煤层压裂卸压；

步骤六、回收封孔器：将封孔器从钻孔内取出，将封孔器、高压注水管(3)、单向阀(4)、压力表、截止阀(40)和调压阀(6)拆卸复位，独立保存，实现封孔器的回收。