一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器

1.本发明涉及一种每块开采设备技术领域，具体是一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器。


背景技术：

2.水力压裂是一种常用的采煤技术，通过使用高压水将煤层压裂，从而增加了煤层的渗透性。为了使水力压裂技术更加高效和可靠，封孔器作为水力压裂中的重要组成部分。在现有的水力压裂封孔器技术中，封孔器通常采用柔性材料制成，如橡胶或塑料。这种封孔器存在一些缺陷，如易泄漏、不方便重复利用等问题，这不仅增加了施工成本，也会增加采煤作业的时间和难度。此外，现有技术中常用的双封封孔器在使用过程中也存在一些问题。例如，使用两条水路的双封封孔器可能会导致封孔装置卡死，难以从钻孔中拔出，从而导致生产停顿。另外，多次倒退式水力压裂也会导致施工时间过长，这进一步加剧了煤矿本身采掘的困难。
3.因此，有必要提供一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，以解决上述背景技术中提出的问题。


技术实现要素：

4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，包括外管，所述外管的两端贯通，所述外管下端固定有底部贯通且空心的外钻头，所述外管内设有内管，所述内管两端贯通，所述外管侧壁中部圆周分布有多块第一密封块，所述第一密封块的下方圆周分布有多块第二密封块，所述第一密封块和第二密封块在周向上相互交错，每块所述第一密封块的底面与两块相邻的第二密封块的顶面部分贴合。
5.进一步的，作为优选，所述第一密封块和第二密封块可径向滑动地嵌入在外管的侧壁。
6.进一步的，作为优选，所述内管外壁贴合到所述外管的内壁中，所述内管中部有一段收缩段，所述收缩段的外壁与外管的内壁有一定距离，所述收缩段的下部与内管平滑过渡。
7.进一步的，作为优选，所述收缩段中设有磁性材料，所述第一密封块和第二密封块背部为能够贴合到收缩段外壁的弧形，第一密封块和第二密封块且为导磁材料制成。
8.进一步的，作为优选，所述外管的内壁与内管的外壁螺纹连接。
9.进一步的，作为优选，所述外钻头内的空腔为锥形腔，所述内管底部固定有空心的锥形内钻头，所述内钻头内部的空腔与内管贯通，所述内钻头外壁开设有出水孔，且当内钻头位于最下端时，内钻头的外壁与外钻头的内壁贴合。
10.进一步的，作为优选，所述外管上方的外壁开设有多个竖直排列的定位孔，所述外管上方能够套设限位板，所述限位板中固定有连接片，所述连接片中开有能够对准定位孔的通孔。
11.进一步的，作为优选，所述内管的顶部固定有一圈法兰圈。
12.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
13.本发明中，密封块采用刚性设计，可以保证在水力压裂过程中不会发生变形或失效，可以承受较高的压力和冲击力，可以在恶劣的工作环境下使用。本发明采用多块第一密封块和第二密封块的设计，可以实现更好的密封性能，从而避免水力泄漏或失效，还便于回收重复利用。
14.此外，本发明还采用磁力作用来保证第一密封块和第二密封块在收缩段位于其所在位置时能够嵌入外管中并与外管贴合，从而防止在钻孔过程中第一密封块和第二密封块伸出到外管外而影响钻孔作业。
15.当内管位于最下端时，出水孔内外钻头可以密闭，这可以有效地防止钻孔过程中外物进入内钻头和内管内造成堵塞。而在钻孔作业完成后，通过上移内管能够使出水孔与外钻头下部开口贯通，以将外部水源通过内管经流出水孔从外钻头下部开口流出到钻孔内，从而实现水力压裂目的。
附图说明
16.图1为一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器的结构示意图；
17.图2为一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器的半剖示意图；
18.图3为第一密封块和第二密封块凸起时的示意图；
19.图4为第一密封块和第二密封块缩回时的示意图；
20.图中：1、外管；2、内管；21、法兰圈；22、内钻头；23、收缩段；24、出水孔；3、第一密封块；4、第二密封块；5、外钻头；6、限位板；7、定位孔；8、连接片。
具体实施方式
21.请参阅图1～4，本发明实施例中，一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，包括外管1，所述外管1的两端贯通，所述外管1下端固定有底部贯通且空心的外钻头5，所述外管1内设有内管2，所述内管2两端贯通，所述外管1侧壁中部圆周分布有多块第一密封块3，所述第一密封块3的下方圆周分布有多块第二密封块4，所述第一密封块3和第二密封块4在周向上相互交错，每块所述第一密封块3的底面与两块相邻的第二密封块4的顶面部分贴合。
22.本实施例中，所述第一密封块3和第二密封块4可径向滑动地嵌入在外管1的侧壁。当所述第一密封块3和第二密封块4滑动到最靠近轴心时完全嵌入到外管1内，此时外管1外壁平滑，以便于外管1钻入钻孔中。
23.本实施例中，所述内管2外壁贴合到所述外管1的内壁中，所述内管2中部有一段收缩段23，所述收缩段23的外壁与外管1的内壁有一定距离，所述收缩段23的下部与内管2平滑过渡。也就是说，当收缩段23位于第一密封块3和第二密封块4所在位置时，第一密封块3和第二密封块4能够嵌入外管1中，而当内管2上升到收缩段23位于第一密封块3和第二密封块4上方时，第一密封块3和第二密封块4被推出到外管1外，从而能够将外管1与钻孔间的间隙密封。
24.本实施例中，所述收缩段23中设有磁性材料，所述第一密封块3和第二密封块4背
部为能够贴合到收缩段23外壁的弧形，第一密封块3和第二密封块4且为导磁材料制成。也就是说，当收缩段23位于第一密封块3和第二密封块4所在位置时，第一密封块3和第二密封块4在磁力作用下能够嵌入外管1中并与收缩段23外壁贴合，防止在钻孔过程中第一密封块3和第二密封块4伸出到外管1外而影响钻孔作业。
25.本实施例中，所述外管1的内壁与内管2的外壁螺纹连接。外管1与内管2相对转动时能够改变内管2在外管1内的高度。
26.本实施例中，所述外钻头5内的空腔为锥形腔，所述内管2底部固定有空心的锥形内钻头22，所述内钻头22内部的空腔与内管2贯通，所述内钻头22外壁开设有出水孔24，且当内钻头22位于最下端时，内钻头22的外壁与外钻头5的内壁贴合。也就是说，当内管2位于最下端时，出水孔24内外钻头5密闭，能够防止钻孔过程中外物进入内钻头22和内管2内造成堵塞，而当钻孔作业完成后，通过上移内管2能够使出水孔24与外钻头5下部开口贯通，以将外部水源通过内管2经流出水孔24从外钻头5下部开口流出到钻孔内。
27.本实施例中，所述外管1上方的外壁开设有多个竖直排列的定位孔7，所述外管1上方能够套设限位板6，所述限位板6中固定有连接片8，所述连接片8中开有能够对准定位孔7的通孔。当外管1钻孔作业完成并定位到预定深度后，通过螺栓将连接片8和对应高度定位孔7螺栓连接到一起，并通过锚杆将限位板6固定到地面，能够将固定住外管1位置固定，防止外管1发生沉降和扭转。
28.本实施例中，所述内管2的顶部固定有一圈法兰圈21。通过法兰圈21便于将水力压裂管道连接到内管2中，还便于转动内管2使内管2与外管1发生相对转动。
29.具体实施时：
30.钻孔并定位封孔器：通过钻机将封孔器的外管1钻入预定钻孔的中心，且过程中确保第一密封块3和第二密封块4已经嵌入到外管1中。
31.固定外管：当封孔器的外管1钻孔作业完成并定位到预定深度后，通过螺栓将连接片8和对应高度定位孔7螺栓连接到一起，并通过锚杆将限位板6固定到地面，能够将固定住外管1位置固定，防止外管1发生沉降和扭转。
32.调整内管的高度：通过旋转内管2调整其相对外管1的高度，使第一密封块3和第二密封块4被推出到外管1的外壁，从而密封外管1和钻孔之间的间隙，同时出水孔24与外钻头5下部开口贯通。
33.开始水力压裂：将高压液体注入封孔器的内管2，通过出水孔24注入到钻孔内，使钻孔壁产生裂缝并扩大裂缝。
34.调整压裂强度：通过调整注入内管2的高压液体的压力和流量，控制水力压裂的强度和范围。
35.停止水力压裂：在达到预定的压裂效果后，停止注入高压液体，并等待裂缝状态稳定。
36.降低内管的高度：旋转内管2调整其相对外管1的高度，使收缩段23下降到第一密封块3和第二密封块4所在的位置，在磁力作用下从使第一密封块3和第二密封块4再次嵌入到外管1中。
37.取出封孔器：将封孔器从钻孔中拔出，并清理孔内残留物。
38.以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于
此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，包括外管(1)，其特征在于，所述外管(1)的两端贯通，所述外管(1)下端固定有底部贯通且空心的外钻头(5)，所述外管(1)内设有内管(2)，所述内管(2)两端贯通，所述外管(1)侧壁中部圆周分布有多块第一密封块(3)，所述第一密封块(3)的下方圆周分布有多块第二密封块(4)，所述第一密封块(3)和第二密封块(4)在周向上相互交错，每块所述第一密封块(3)的底面与两块相邻的第二密封块(4)的顶面部分贴合。2.根据权利要求1所述的一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，其特征在于，所述第一密封块(3)和第二密封块(4)可径向滑动地嵌入在外管(1)的侧壁。3.根据权利要求2所述的一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，其特征在于，所述内管(2)外壁贴合到所述外管(1)的内壁中，所述内管(2)中部有一段收缩段(23)，所述收缩段(23)的外壁与外管(1)的内壁有一定距离，所述收缩段(23)的下部与内管(2)平滑过渡。4.根据权利要求3所述的一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，其特征在于，所述收缩段(23)中设有磁性材料，所述第一密封块(3)和第二密封块(4)背部为能够贴合到收缩段(23)外壁的弧形，第一密封块(3)和第二密封块(4)且为导磁材料制成。5.根据权利要求1所述的一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，其特征在于，所述外管(1)的内壁与内管(2)的外壁螺纹连接。6.根据权利要求1所述的一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，其特征在于，所述外钻头(5)内的空腔为锥形腔，所述内管(2)底部固定有空心的锥形内钻头(22)，所述内钻头(22)内部的空腔与内管(2)贯通，所述内钻头(22)外壁开设有出水孔(24)，且当内钻头(22)位于最下端时，内钻头(22)的外壁与外钻头(5)的内壁贴合。7.根据权利要求1所述的一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，其特征在于，所述外管(1)上方的外壁开设有多个竖直排列的定位孔(7)，所述外管(1)上方能够套设限位板(6)，所述限位板(6)中固定有连接片(8)，所述连接片(8)中开有能够对准定位孔(7)的通孔。8.根据权利要求1所述的一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，其特征在于，所述内管(2)的顶部固定有一圈法兰圈(21)。

技术总结
本发明公开了一种用于水力压裂的可调式刚性双封封孔器，包括外管，所述外管的两端贯通，所述外管下端固定有底部贯通且空心的外钻头，所述外管内设有内管，所述内管两端贯通，所述外管侧壁中部圆周分布有多块第一密封块，所述第一密封块的下方圆周分布有多块第二密封块，所述第一密封块和第二密封块在周向上相互交错，每块所述第一密封块的底面与两块相邻的第二密封块的顶面部分贴合。与现有技术相比，本发明可以实现更好的密封性能，从而避免水力泄漏或失效，还便于回收重复利用。还便于回收重复利用。还便于回收重复利用。


技术研发人员：张勃阳 王慧 李振华 林志斌 张宏图 姚邦华 杜锋
受保护的技术使用者：河南理工大学
技术研发日：2023.05.16
技术公布日：2023/8/14