[發明專利]一種氣液組合定向致裂裝置與方法

在審

• 申請號: 201711345232.0
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN109931060A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 黃炳香;趙興龍;李鵬鋒
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C37/14
• 分類號: E21C37/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種氣液組合定向致裂裝置，布設于預先施工的鉆孔內，其特征在于，包括：CO₂相變發生器和封孔器；

所述CO₂相變發生器為圓筒結構；

所述CO₂相變發生器包括：儲液管、充氣頭和卸能頭；

所述儲液管具有中空腔體，內部儲存有液態CO₂，所述儲液管的第一端與所述充氣頭的第一端連接；所述儲液管的第一端內還設有發熱模塊，用于使所述儲液管內的液態CO₂受熱轉化為氣態CO₂；

所述充氣頭上設有注液孔和充氣閥；

所述充氣頭的第一端與所述儲液管的中空腔體連通，以使所述液態CO₂通過所述注液孔的充氣通道進入所述儲液管的中空腔體內；

所述充氣閥用于開啟和閉合所述注液孔的充氣通道；

所述卸能頭為管狀，所述卸能頭與所述儲液管的第二端密封連接；所述卸能頭的外壁上設有多個具有定向功能的卸能口，以使所述氣態CO₂通過所述卸能口充入所述鉆孔內，預裂所述鉆孔；

所述充氣頭的第二端與所述封孔器連接；

所述封孔器為彈性囊狀結構，設置于所述CO₂相變發生器的后端，并與高壓水管連接；

所述CO₂相變發生器用于將液態CO₂轉為氣態，并充入所述鉆孔內，對所述鉆孔進行定向預裂；

所述封孔器注水膨脹，用于封堵所述鉆孔，并向所述鉆孔內進行高壓注水，進一步致裂所述鉆孔。

2.根據權利要求1所述的氣液組合定向致裂裝置，其特征在于，所述多個具有定向功能的所述卸能口沿所述卸能頭的周向均勻分布；所述卸能口為12個，每個所述卸能口孔徑為3mm。

3.根據權利要求1所述的氣液組合定向致裂裝置，其特征在于，所述多個具有定向功能的所述卸能口沿所述卸能頭的軸向兩側對稱排布；所述卸能口為12個，所述卸能頭單側的所述卸能口數量為6個，每個所述卸能口孔徑為3mm，相鄰所述卸能口間距為2mm。

4.根據權利要求1所述的氣液組合定向致裂裝置，其特征在于，每個所述鉆孔內的所述CO₂相變發生器為多個，多個所述CO₂相變發生器依次串聯，并且最后一個所述CO₂相變發生器的第二端連接所述封孔器。

5.根據權利要求1所述的氣液組合定向致裂裝置，其特征在于，所述鉆孔數量為多個，每個所述鉆孔內的所述發熱模塊通過引線引出至所述鉆孔外，并進行串聯；每個所述鉆孔內與所述封孔器連接的所述高壓水管通過多通并聯連接。

6.一種利用權利要求1～5任一項所述的氣液組合定向致裂裝置對煤巖體進行致裂的氣液組合定向致裂方法，其特征在于，包括：

在煤巖體內鉆設至少一個鉆孔；

向每個所述鉆孔內送入安裝好的所述氣液組合定向致裂裝置；

對所述鉆孔進行封孔；

在所述鉆孔內進行定向液態CO₂相變致裂和水力致裂。

7.根據權利要求6所述的氣液組合定向致裂方法，其特征在于，所述在所述鉆孔內進行定向液態CO₂相變致裂和水力致裂，包括：

啟動所述CO₂相變發生器，通過多個具有定向功能的所述卸能口在所述鉆孔內進行定向液態CO₂相變致裂，以對所述鉆孔進行定向預裂；

向所述封孔器內注入高壓水，對定向預裂后的所述鉆孔施加致裂壓力，進行水力致裂，使水壓裂縫沿所述鉆孔的預裂方向繼續擴展。

8.根據權利要求7所述的氣液組合定向致裂方法，其特征在于，所述在所述鉆孔內進行定向液態CO₂相變致裂之前，還包括：

向所述封孔器內靜壓注水，至所述鉆孔內充滿水時停止注水。