[發明專利]自錨固、自封式、高壓注水壓裂的一體化裝置及控制方法

在審

• 申請號: 201711077191.1
• 申請日: 2017-11-06
• 公開（公告）號: CN107905760A
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 高宏燁;賈寶山;袁景
• 申請（專利權）人: 遼寧工程技術大學
• 主分類號: E21B33/127
• 分類號: E21B33/127;E21B43/26;E21D21/00;E21F7/00
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司32224
• 代理人: 董建林,閆方圓

1.一種自錨固、自封式、高壓注水壓裂的一體化裝置，其特征在于：包括錨固單元、封孔單元和壓裂單元，

所述錨固單元安裝在鉆桿上，用于高壓注水或壓裂時后將鉆桿錨固在鉆孔壁內；

所述封孔單元設置錨固單元的前側，用于對鉆孔封孔，封孔單元內的高壓膠管受到高壓水的作用膨脹實現封孔；

所述壓裂單元設置封孔單元的前側，用于高壓水注入后對鉆孔處的煤層實施壓裂。

2.根據權利要求1所述的自錨固、自封式、高壓注水壓裂的一體化裝置，其特征在于：所述錨固單元，包括接鉆桿端子（1）、液壓缸錐閥（2）、支撐棘爪（3）、棘爪復位彈簧（4），所述接鉆桿端子（1）的后端部套接固定在鉆桿（5）上，所述液壓缸錐閥（2）設置在接鉆桿端子（1）前端部的內壁，所述支撐棘爪（3）設置在支撐棘爪（3）的外壁、接鉆桿端子（1）內壁之間，所述棘爪復位彈簧（4）設置在支撐棘爪（3）、接鉆桿端子（1）內壁之間，所述支撐棘爪（3）的活動端可延伸出接鉆桿端子（1），所述接鉆桿端子（1）的前端部與封孔單元相聯通。

3.根據權利要求2所述的自錨固、自封式、高壓注水壓裂的一體化裝置，其特征在于：所述封孔單元，包括高壓膠管（6）、堵水鋼球（7）、鋼球復位彈簧（10），所述高壓膠管（6）的后端部與接鉆桿端子（1）的前端部與相聯通，所述堵水鋼球（7）設置在高壓膠管（6）的前端部，所述堵水鋼球（7）通過鋼球復位彈簧（10）與壓裂單元相連接。

4.根據權利要求3所述的自錨固、自封式、高壓注水壓裂的一體化裝置，其特征在于：所述壓裂單元，包括壓力調節螺栓（8）和壓裂注水端口（9），所述壓力調節螺栓（8）用于抵住鋼球復位彈簧（10），所述壓裂注水端口（9）設置在鋼球復位彈簧（10）的外側，在堵水鋼球（7）在高壓水的控制下，移動到壓裂注水端口（9）的前側時，壓裂單元通過壓裂注水端口（9）注水，對鉆孔處的煤層實施壓裂。

5.根據權利要求3所述的自錨固、自封式、高壓注水壓裂的一體化裝置，其特征在于：所述液壓缸錐閥（2）用于連接高壓進水，高壓水通過液壓缸錐閥（2）進入到高壓膠管（6）內。

6.根據權利要求2所述的自錨固、自封式、高壓注水壓裂的一體化裝置，其特征在于：所述支撐棘爪（3）的活動端可延伸出接鉆桿端子（1），液壓缸錐閥（2）在高壓水的作用下推動支撐棘爪（3）的活動端沿鉆桿（5）的徑向方向向外伸出且卡在鉆孔壁上，實現錨固。

7.一種自錨固、自封式、高壓注水壓裂的一體化裝置的控制方法，其特征在于：包括以下步驟，

步驟（A），高壓水通過液壓缸錐閥（2）進入錨固單元內，液壓缸錐閥（2）在高壓水的作用下推動其外側的支撐棘爪（3）的活動端沿鉆桿（5）的徑向方向向外伸出并卡在鉆孔壁上，且高壓水的壓力越大液壓缸錐閥（2）產生的向外推力越大，支撐棘爪（3）實現錨固鉆桿（5）的作用；

步驟（B），高壓水經過錨固單元后進入封孔單元，高壓水進入高壓膠管（6），使其膨脹對鉆孔進行封孔，通過調節壓裂單元的壓力調節螺栓（8），保證高壓膠管（6）內的封孔壓力大于高壓水壓力2-8Mpa，保證對鉆孔的有效封堵；

步驟（C），高壓水繼續提供壓力，大于鋼球復位彈簧（10）對堵水鋼球（7）提供的彈力時，堵水鋼球（7）移動到壓裂注水端口（9）的前側時，使壓裂注水端口（9）向外注水，壓裂單元通過壓裂注水端口（9）注水，對鉆孔處的煤層實施壓裂，提供壓力在30-40Mpa之間，并進行瓦斯抽采；

步驟（D），完成瓦斯抽采后，停止高壓水的注入，高壓膠管（6）卸壓后復原、堵水鋼球（7）在鋼球復位彈簧（10）的壓力下回復到初始位置、支撐棘爪（3）在棘爪復位彈簧（4）的作用下收回，可再次利用。

8.根據權利要求7所述的自錨固、自封式、高壓注水壓裂的一體化裝置的控制方法，其特征在于：步驟（B），保證高壓膠管（6）內的封孔壓力大于高壓水壓力6Mpa。

9.根據權利要求7所述的自錨固、自封式、高壓注水壓裂的一體化裝置的控制方法，其特征在于：步驟（C），壓裂單元通過壓裂注水端口（9）注水，對鉆孔處的煤層實施壓裂，提供壓力為35Mpa。