[實用新型]地面爆燃煤層壓裂器

有效

• 申請號: 201520914208.4
• 申請日: 2015-11-17
• 公開（公告）號: CN205089303U
• 公開（公告）日: 2016-03-16
• 發明（設計）人: 張紅艷;殷帥;張瑜;王振富;王志強;武志博;孫猛;邊玉亮;崔春生;崔建峰
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源;王云峰

技術領域

本實用新型涉及煤層氣開采用壓裂裝置，具體為一種地面爆燃煤層壓裂器。

背景技術

煤層氣開采過程中，主要使用的方法是注氣開采法，注氣開采就是向煤層氣層中注入氮氣，二氧化碳等比煤層氣吸附能力強的非易燃的無毒解吸氣體，通過增大煤層中的壓力以及改變煤層的滲透率來開采煤層氣。不間斷的注入氣體使開采區的氣體壓力增大，煤層氣滲流的壓力梯度也隨之增大，因而煤層的滲流速率也增大。滲流速率增大引起孔隙中煤層氣分壓下降速率加快，因而引起更多吸附于煤層的煤層氣解吸。

傳統壓裂器在使用時，外部裝置引燃點火藥，點火藥產生的高溫氣體使液態二氧化碳迅速氣化，氣化后的二氧化碳使壓裂器管壁內壓力急劇上升，較高的壓力將膜片沖破，高壓氣體流入到作業豎井中，從而完成一次壓裂；使用時存在如下缺陷：單次使用，每次重復使用前，都需預先灌入液態二氧化碳，單根壓裂器產生壓力峰值高，脈寬窄，總能量較小，瞬態破壞力大，持續壓裂能量不足，通常在使用時都是多根壓裂器串聯；在壓裂器使用完畢后，由于爆炸產生的高壓氣體會使壓裂器豎管深埋在煤層中，需人工取出，這也是耗時耗力的工程。

發明內容

本實用新型為了解決現有壓裂器使用時存在需二次灌裝、壓力能量不足、壓裂時間短、周期長且污染地層的問題，提供了一種地面爆燃煤層壓裂器。

本實用新型是采用如下技術方案實現的：地面爆燃煤層壓裂器，包括三組燃料供給系統、一組液態二氧化碳供給系統和燃燒系統；燃燒系統包括與煤層氣豎井連接的燃燒缸體，燃燒缸體上蓋有燃燒缸蓋，燃燒缸蓋中心設置有火花塞，燃燒缸體上部設置有燃燒室，燃燒缸體下部設置有與燃燒室和煤層氣豎井連通的氣體壓入通道，氣體壓入通道內設置有活塞和位于其下方且與氣體壓入通道固定的支撐擋板，支撐擋板與活塞之間設置有與兩者連接的漲緊彈簧，且活塞上固定有與氣體壓入通道內壁緊貼的限位環形隔板，限位環形隔板和支撐擋板上均開有若干上下位置對應的氣體引流孔；燃料供給系統和液態二氧化碳供給系統均是由儲罐、增壓泵、常閉電磁閥、流量計通過輸送管依次連通而成，燃料供給系統的輸送管端部與燃燒室之間連接有霧化噴頭，液態二氧化碳供給系統的輸送管端部與支撐擋板下方的氣體壓入通道連通。

作業時，燃料供給系統的儲罐內分別放置有硝酸銨、甘油和水，首先對液態二氧化碳供給系統的計量泵進行加壓，在壓力達到一定值后，打開其常閉電磁閥，加壓后的液態二氧化碳被壓入豎井中；然后控制燃料供給系統中的硝酸銨增壓泵和甘油增壓泵同時分別給硝酸銨和甘油加壓，兩種液體分別在流經霧化噴頭時，因管內高壓迅速霧化并被噴射到燃燒室內，兩種氣體在燃燒室內混合形成可燃混合氣，隨著其增壓泵的持續工作，燃燒室內的可燃混合氣被壓縮，壓力與溫度隨之上升，在燃燒室內增加到一定壓力后，燃料供給系統的水增壓泵向燃燒室內充入霧化后的水混合后，火花塞點火，硝酸銨和甘油混合氣劇烈燃燒，燃燒室內溫度、壓力急劇上升，高壓氣體產生的壓力作用在活塞上，使得活塞擠壓漲緊彈簧迅速產生向下位移，高壓氣體從燃燒室和活塞間隙中迅速流入到煤層氣豎井中，壓入煤層氣中的高壓氣體迫使豎井中的液態二氧化碳進入煤層中對其產生壓裂，且當高壓氣體進入到豎井中后，產生的壓力會對活塞產生向上推力，最終活塞完全復位，壓裂過程完成，克服了現有壓裂器使用時存在需二次灌裝、壓力能量不足、壓裂時間短、周期長且污染地層的問題。

本實用新型結構設計合理可靠，通過向巖石層豎井中不間斷增壓及液態二氧化碳持續注入，實現對煤層氣造縫、裂縫延伸和充填支撐劑的作用，而且無需重復灌裝，保證壓裂質量的同時，提高了作業效率。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為圖1中限位環形隔板的俯視示意圖。

圖中：1-燃燒缸體，2-燃燒缸蓋，3-火花塞，4-燃燒室，5-氣體壓入通道，6-活塞，7-支撐擋板，8-漲緊彈簧，9-限位環形隔板，10-氣體引流孔，11-儲罐，12-增壓泵，13-常閉電磁閥，14-流量計，15-輸送管，16-霧化噴頭。

具體實施方式