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孔内双端封堵注水装置
申请号	CN201710255700.9	申请日	2017-04-19	公开(公告)号	CN107191165A	公开(公告)日	2017-09-22
申请人	中煤科工集团西安研究院有限公司;			发明人	李抗抗; 刘英锋; 王皓; 李超峰; 丁湘; 姬亚东; 刘洋; 梁向阳;
摘要	本申请公开了一种钻孔双端封堵测漏装置，包括注水 /泄压系统、注水切换系统，其中，所述注水/泄压系统包括注水高压管路、泄压管路，用于将水依次经由注水高压管路、钻具、转换阀注入到胶囊或地层测试段。所述注水切换系统包括用于封堵地层测试段两端的胶囊、转换阀、地层注水管，用于通过地层注水管进行地层测试段注水、或通过注水高压管路进行胶囊注水，其中，转换阀的进水口连接到钻具的出水口，用于在所述地层测试段注水与所述胶囊注水之间进行切换。该装置使胶囊下入与起出便利，孔口设备简洁、操作简便，用于切换胶囊注水与地层注水的转换阀的使用操作简便、转换效果可靠。
权利要求	1.一种钻孔双端封堵测漏装置，包括注水/泄压系统、注水切换系统，其中，所述注水/泄压系统包括注水高压管路、泄压管路，用于将水依次经由注水高压管路、钻具、转换阀注入到胶囊或地层测试段，所述注水切换系统包括用于封堵地层测试段两端的胶囊、转换阀、地层注水管路，用于通过地层注水管路进行地层测试段注水、或通过注水高压管路进行胶囊注水，其中，转换阀的进水口连接到钻具的出水口，用于在所述地层测试段注水与所述胶囊注水之间进行切换。 2.根据权利要求1所述的钻孔双端封堵测漏装置，其中，转换阀的两个出水口分别连接地层注水管路、以及胶囊注水管路，其中，地层注水管路在地层测试段位置处的管壁上有出水孔。 3.根据权利要求1所述的钻孔双端封堵测漏装置，其中，注水/泄压系统还包括依次连接的水箱、注水泵、流量计、压力表、泄压口。 4.根据权利要求1或2所述的钻孔双端封堵测漏装置，其中，所述转换阀的外部件包括阀体、阀帽、卡外接头，其均丝扣连接，所述转换阀的内部件包括卡内接头、阀芯，两者也是丝扣连接，其中，卡内接头用于连接钻具，卡内接头和阀芯的内部具有用于水流动的空腔，阀体具有分别连通地层注水管路、以及胶囊注水管路的空腔。 5.根据权利要求4所述的钻孔双端封堵测漏装置，其中，所述转换阀的工作方式如下：在所述胶囊注水的阶段，钻具上推带动卡内接头和阀芯向上移动，使阀芯顶部与其内部空腔连通的孔眼和阀体内部与胶囊注水管路连通的空腔的内口位置对接并连通，此时阀芯内部的空腔和阀体内部与地层注水管路连通的空腔呈不连通状态，在所述地层测试段注水的阶段，钻具下拉带动卡内接头和阀芯向下移动，使阀芯顶部与其内部空腔连通的孔眼和阀体内部与地层注水管路连通的空腔的内口位置对接并连通，此时阀芯内部的空腔和阀体内部与胶囊注水管路连通的空腔呈不连通状态。
说明书全文	孔内双端封堵注水装置技术领域 [0001] 本发明属于矿山水害防治技术领域，涉及在钻孔中采用双端胶囊封堵给地层注水的装置/系统。背景技术 [0002] “钻孔双端封堵测漏”是一种通过专用设备在煤层顶板钻孔中进行加压注水、根据钻孔壁岩体破坏前后注水漏失量的变化来确定导水裂隙带高度的实用裂高测试技术。 [0003] 图1示出了一种钻孔双端封堵测漏装置(参见“钻孔双端封堵测漏”法在采煤工作面裂高测试中的应用，鲍井龙等，《煤炭技术》2011年第4期(第30卷第4期))，其可被用来测量煤矿“两带”的高度，该装置由孔内封堵器、连接管路和孔外测量仪表三部分构成。孔内封堵器是一个带有双端封堵胶囊的注水探管，用于对所测试孔段两端进行密封；孔外测试仪表主要包括流量表、压力表和相应的阀门，用以控制封孔压力和注水压力及注水流量大小，孔外仪表和孔内封堵器间通过耐压连接管路连接。注水观测时，把双端封堵器装入钻孔，双端封堵器的胶囊平时呈现圆管状态，可在钻孔内自由移动。当通过管路给胶囊充以一定压力的水或气时，胶囊即刻迅速膨胀，将封堵器所在孔段两端严密封堵，然后通过注水管路从探管中部向封堵孔段注水。如果封堵的岩层有裂隙，则注入孔段的水将从裂隙漏失，通过孔外流量测试仪表，可以测出规定注水压力下每米孔段、每分钟时间内的漏失量。漏失量大小反映了封堵段裂隙的发育程度。 [0004] 该装置的特点如下： [0005] 1)胶囊送入方式 [0006] 利用钻机实现胶囊送入与起出。 [0007] 2)胶囊膨胀方式 [0008] 孔内有水情况下通过注水使胶囊膨胀，孔内无水时通过充气使胶囊膨胀。胶囊膨胀与泄压均采用专用的注水或注气管路。 [0009] 3)胶囊与注水段注水方式及转换 [0010] 胶囊起胀与钻孔测试段注水采用2套独立的管路系统分别控制，即胶囊膨胀与泄压采用专用的注水或注气管路。 [0011] 由此可见，该装置的局限性主要有： [0012] 1)胶囊注水与地层注水采用独立的高压注水/气管路，探测深度受限，易发生事故。 [0013] 由于采用独立的管路给胶囊供水/气，即孔内除了给注水段供水的供水系统(钻杆)外，还有一根供胶囊起胀使用的管路系统(一般为高压软管)。孔内管路较多，孔内同时存在钻具和胶囊，易发生高压软件缠绕钻杆、堵塞钻孔等事故，由于有高压软管的存在，孔深越大，发生由于软管堵塞的事故概率越大，限制了钻孔测试深度，使探测深度受限。 [0014] 如欲采用1套管路同时实现胶囊注水和地层注水，则需要设计胶囊注水和地层注水的切换方式，并保证胶囊与地层注水的转换效果。 [0015] 2)胶囊起胀与收缩均在孔口操作台操作孔口管路及仪表较多，操作复杂。 [0016] 3)在孔内涌水水量较大，且存在水压情况时无法测试。发明内容 [0017] 本申请的发明人在考虑到现有技术的上述问题的基础上，设计了一种孔内双端封堵注水装置，其中，胶囊与地层注水采用同一套管路，一方面使胶囊下入与起出便利，防止以往由独立给胶囊供水的管路造成的事故，另一方面使探测孔深增加；孔口设备简洁、操作简便；利用该套设备可进行钻孔涌水水量较大且有水压力情况下的地层注水。用于切换胶囊注水与地层注水的转换阀的使用操作简便、转换效果可靠。 [0018] 根据本发明的实施例，提供了一种钻孔双端封堵测漏装置，包括注水/泄压系统、注水切换系统，其中，所述注水/泄压系统包括注水高压管路、泄压管路，用于将水依次经由注水高压管路、钻具、转换阀注入到胶囊或地层测试段。所述注水切换系统包括用于封堵地层测试段两端的胶囊、转换阀、地层注水管，用于通过地层注水管进行地层测试段注水、或通过注水高压管路进行胶囊注水，其中，转换阀的进水口连接到钻具的出水口，用于在所述地层测试段注水与所述胶囊注水之间进行切换。 [0019] 本发明主要具有以下有益效果：1)胶囊膨胀与测试段注水均采用同一套注水系统，取消了单独供胶囊起胀用的注水或注气系统，消除了由于管路缠绕、堵塞发生孔内事故的隐患；2)采用转换阀，通过钻具上下移动实现转换阀的机械转换，效果较可靠；3)胶囊由钻杆送入，克服大孔深探测难题；4)在孔内水量较大(如10～20m3/h)、水压较大(如2～4MPa)时依然适用；5)孔口连接简单、操作方便。附图说明 [0020] 图1示出了现有技术中的一种钻孔双端封堵测漏装置； [0021] 图2是根据本发明的实施例的钻孔双端封堵测漏装置的结构示意图； [0022] 图3是根据本发明的实施例的钻孔双端封堵测漏装置的转换阀的结构示意图。具体实施方式 [0023] 下面，结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述。 [0024] 本领域的技术人员能够理解，尽管以下的说明涉及到有关本发明的实施例的很多技术细节，但这仅为用来说明本发明的原理的示例、而不意味着任何限制。本发明能够适用于不同于以下例举的技术细节之外的场合，只要它们不背离本发明的原理和精神即可。 [0025] 另外，为了避免使本说明书的描述限于冗繁，在本说明书中的描述中，可能对可在现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明书的公开充分性。 [0026] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。 [0027] 图2是根据本发明的实施例的钻孔双端封堵测漏装置的结构示意图。 [0028] 如图2所示，该钻孔双端封堵测漏装置可分为以下两个子系统： [0029] 1)注水/泄压系统：包括水箱、注水泵、水压力表、水表(流量计)、注水高压管路、泄压管(排水口)等。 [0030] 2)胶囊双端封堵及转换系统：包括胶囊、转换阀、花管、油管等。 [0031] 其中，注水泵连接水箱，用于将水箱中的存水经由注水高压管路、钻具、转换阀注入到胶囊或地层测试段。 [0032] 转换阀的进水口连接到钻具的出水口，两个出水口分别接油管和花管(地层注水管)，油管依次连接上下两个胶囊，用于给胶囊注水。地层注水管贯穿两个胶囊，在两个胶囊之间的管壁(位于地层测试段)上有出水孔，用于对地层注水。 [0033] 下面简述该装置的工作原理。 [0034] 首先，将胶囊下至测试地层段；再利用高压注水管路使胶囊膨胀；之后利用转换阀将注水管路切换至测试地层段(期间胶囊保持膨胀状态)，给地层注水。地层漏失水量的大小反映了其裂隙发育程度。测试结束后，先打开泄压阀使测试地层段泄水，再利用转换阀将注水管路切换至胶囊使其泄压，最后将钻具移到下一测试段或起出。 [0035] 下面详细说明该装置的操作步骤。 [0036] 注水操作步骤： [0037] 一、压水测试 [0038] 1)下入钻具前，先测量孔内水量。 [0039] 2)将胶囊连接好，并用钻具将胶囊下入指定位置。钻具均需用麻、生料带等密封。 [0040] 3)将注水管与钻具连接好。此时胶囊下端的转换阀呈现与胶囊连通状态。给胶囊注水加压至4MPa，应持续5min。 [0041] 4)胶囊密封后，测孔内残留水量。 [0042] 5)将钻具往下撤5cm，将转换阀开关转换，此时胶囊呈承压密封状态，转换阀与胶囊之间的花管连通。 [0043] 6)利用注水泵或手摇泵、通过注水管路、花管等给测试段注水。一般应测量3个不同水压状态(如1MPa、1.5MPa和2MPa，不同层段测试压力可能不同)。开始第一个水压力注水时，应至少注水5min，在保证注水管路充满水后再开始按要求时间间隔记录注入水量。 [0044] 可用容器或水表计量水量。每个水压力状态注水测试时，应至少测量20～30min，时间间隔为5min，并作好记录。同步测量孔内水量。 [0045] 另外，可与水表并联安装旁路开关，用于切换出水，将水回收到水箱以便重复利用。 [0046] 第一个水压力状态注水结束后，通过调节注水泵上的调节阀转换至第二个水压力状态，注水观测操作要求同上。之后依次进行测试，同时应在每个水压力状态下测量孔内水量。 [0047] 二、泄压退钻 [0048] 1)压水测试结束后，应首先利用孔口水管的截止阀泄注水地层段的水压力。之后测量孔内水量。 [0049] 2)将钻具上推5cm，将转换阀开关转换，此时花管呈关闭状态，转换阀与胶囊连通。通过截止阀出水使胶囊泄压，应持续2～3min。同步进行钻具下端与注水管连接件的拆卸。 [0050] 3)将胶囊送至下一个测试段测试或退出钻具及胶囊等。 [0051] 4)孔内钻具、胶囊撤出钻孔后，测水量。 [0052] 下面说明转换阀的结构和工作原理。 [0053] 图3是根据本发明的实施例的钻孔双端封堵测漏装置的转换阀的结构示意图。 [0054] 如图3所示，阀体、阀帽、卡外接头均丝扣连接，构成转换阀的外部件；卡内接头与阀芯丝扣连接，构成转换阀的内部件。 [0055] 转换阀的工作状态如下所述。 [0056] 状态1：钻具上推带动卡内接头和阀芯向上移动，使阀芯顶部与其内部空腔连通的孔眼和阀体内部与胶囊连通的空腔系统的内口位置对接起来，从而使阀芯内部、阀体内部与胶囊连接的空腔系统、胶囊之间的过水通道连通，起到对胶囊注水或泄压的作用。此时阀芯内部的空腔系统和阀体内部与测试段连通的空腔系统呈不连通状态。 [0057] 状态2：钻具下拉带动卡内接头和阀芯向下移动，使阀芯顶部与其内部空腔连通的孔眼和阀体内部与测试段连通的空腔系统的内口位置对接起来，从而使阀芯内部、阀体内部与测试段连通的空腔系统、测试段之间的过水通道连通，起到使胶囊保持密封状态或对测试段注水的作用。此时阀芯内部的空腔系统和阀体内部与胶囊连通的空腔系统呈不连通状态。 [0058] 随着钻具上推和下拉带动卡内接头和阀芯的向上、向下移动，实现阀芯内部的空腔系统与阀体内部与胶囊、测试段连通的空腔系统之间连通的转换，通过注水系统注水或放水达到对胶囊膨胀、泄压，对测试段注水等作用。 [0059] 最后，本领域的技术人员能够理解，对本发明的上述实施例能够做出各种修改、变型、以及替换，其均落入如所附权利要求限定的本发明的保护范围。

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