[實用新型]一種煤巖軟化活性壓裂裝置

有效

• 申請號: 201720216187.8
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN206554907U
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 鄧廣哲;朱徽;賈光明;鄭銳;孟杰
• 申請（專利權）人: 西安科技大學;庫爾勒金川礦業有限公司
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 西安創知專利事務所61213
• 代理人: 譚文琰

技術領域

本實用新型屬于礦山工程技術領域，尤其是涉及一種煤巖軟化活性壓裂裝置。

背景技術

我國煤礦主要采用井工開采，開采條件復雜，作業環境惡劣、致災因子多，特別是高應力、低透氣性和含硬夾矸(結核)煤巖的機械化開采、瓦斯抽采、沖擊災害及煤塵防治等難以取得成效。煤巖滲透率主要取決于介質的孔隙率、內部裂紋幾何性質、裂隙分形維數、內部的應力-應變狀態和孔隙壓力等，這些被認為是影響煤巖滲透率的主要因素，其中前三個為直接因素，應力-應變狀態和孔隙壓力通過改變巖石內部孔隙和裂隙而影響滲透率。

水力壓裂和爆破致裂技術是煤巖增透的有效途徑，雖能整體卸壓增透，一定程度的提高煤層的透氣性和破碎率，但是其適用性差、工藝復雜、工作量大，更重要的是這些措施不能解決低滲煤巖的疏水性，不能增強低滲煤巖的滲透性和軟化性。具體體現在：水力壓裂技術通過加壓泵把壓裂液壓入鉆孔來壓裂煤巖，此種方式由于泵的排量和其工藝特點的限制，其壓力上升時間太長，加載速度慢，峰值壓力低，所以只能形成一條垂直最小主應力方向的裂紋，此裂紋易于沿著原生軟弱面擴展，不易生成垂直于層面的新裂紋，使裂紋不易相互溝通，故不能顯著增加煤巖的透氣性。即使高壓水能夠壓裂煤體，隨著裂隙體積的增加，壓裂液的壓力也不斷降低，快速喪失壓裂作用效力。另外壓裂夜比例也難以控制，分布也不均勻，煤巖的親水性等也會影響煤巖的透氣性，其壓裂設備復雜，成本費用也高，故不適應于提高瓦斯排放。爆破致裂技術是將煤礦需用安全炸藥或高能炸藥置于鉆孔，用炮泥封堵實施爆破，此方式壓力上升時間短，峰值壓力高，可產生無數短縫，但由于其爆炸壓力遠高于圍巖的屈服強度，導致鉆孔壁嚴重破碎垮塌，形成殘余壓力區“應力籠”，從而降低了滲透率。其它水力擠壓措施，包括：水力擠出，位于應力集中帶以外的卸壓帶，適用于軟煤，通過松動煤巖卸壓增透，不能用水力壓裂原理解釋；水力割縫，通過高壓水射流在煤巖中割縫卸壓增透；高壓注水，類似于水力壓裂，但注水壓力與注水量有限，不能開啟大的裂縫或使裂縫有效延伸、貫通。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種煤巖軟化活性壓裂裝置，其結構簡單、設計合理且使用操作簡便、使用效果好，通過將防塵水壓裂液或超臨界CO₂活性壓裂液作為待壓裂煤巖的壓裂液，投入成本較低，且壓裂效果好，壓裂液氣液兩相循環轉化能夠持續增加壓裂能量，實現良好的壓裂效果，有效防止了煤巖中粘土礦物的膨脹，減少了壓裂液對地層的傷害，進而提高待壓裂煤巖的滲透性，并且施工過程易于控制。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：包括輸送機構和與所述輸送機構連通的壓裂機構，所述輸送機構包括管道以及依次設置在管道上的供應單元、動力單元和調節單元，所述壓裂機構設置在管道的輸出端；

所述供應單元包括第一反應器，所述第一反應器上設置有壓裂劑進液管和防塵水進液管，所述調節單元包括單向閥和與單向閥連通的三通接頭；

所述壓裂機構包括與管道連通且伸入到待壓裂煤巖壓裂孔內的壓裂管和設置在所述壓裂管上的封孔器，所述封孔器包括設置在壓裂孔內的第一封孔膠囊和第二封孔膠囊。

上述一種煤巖軟化活性壓裂裝置，其特征是：還包括與第一反應器連通的第二反應器，所述第二反應器上設置有超臨界液體CO₂進液管。

上述一種煤巖軟化活性壓裂裝置，其特征是：所述動力單元為高壓壓裂泵，所述高壓壓裂泵的額定壓力為80MPa～120MPa，所述高壓壓裂泵的流量為6m³/h～14m³/h。

上述一種煤巖軟化活性壓裂裝置，其特征是：所述壓裂管位于第一封孔膠囊和第二封孔膠囊之間的管路為所述壓裂管的釋放段，所述釋放段上設置有多個釋放孔，多個所述釋放孔在所述釋放段上呈螺旋線布設，所述釋放段與壓裂孔的內壁之間設置有空腔，注液管一端裸露在壓裂孔外，注液管另一端穿過第一封孔膠囊伸入到所述空腔內。

上述一種煤巖軟化活性壓裂裝置，其特征是：所述管道為鋼絲纏繞膠管，所述鋼絲纏繞膠管的直徑為30mm～135mm，所述鋼絲纏繞膠管的抗壓強度均大于120MPa；

上述一種煤巖軟化活性壓裂裝置，其特征是：所述三通接頭的兩個接頭均與所述管道連通，三通接頭的另外一個接頭處設置有手動調壓開關。

上述一種煤巖軟化活性壓裂裝置，其特征是：所述管道上還設置有用于釋放所述管道壓力的釋放器。