[發(fā)明專利]一種圓弧面三組合聚能壓裂增加頁巖氣采收率的裝置

有效

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• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108361012B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王華;李揚志;韓佳蓉;何俊波
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶能源職業(yè)學(xué)院
• 主分類號: E21B43/263
• 分類號: E21B43/263;F42B3/22
• 代理公司: 重慶信航知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50218
• 代理人: 周正輝

1.一種圓弧面三組合聚能壓裂增加頁巖氣采收率的裝置，所述裝置設(shè)置在頁巖氣井裸眼中，所述裝置包括起爆裝置和氣體輸送裝置，起爆裝置用于將其周圍的頁巖崩裂，氣體輸送裝置將由被崩裂的頁巖中滲出的頁巖氣輸送到地面，所述起爆裝置包括起爆電路和起爆器，所述氣體輸送裝置包括右凸緣、隔離裝置、油氣管、孔狀進氣管；所述孔狀進氣管設(shè)置在所述隔離裝置與所述右凸緣之間，孔狀進氣管的一端設(shè)置在所述右凸緣的通孔中，另一端設(shè)置在隔離裝置上的通孔中；孔狀進氣管為帶有若干進氣孔的管，油氣管的一端設(shè)置在隔離裝置的通孔中，另一端與地面集氣裝置相連；其特征在于,所述起爆裝置還包括三組合聚能裝置，所述三組合聚能裝置包括將炸藥爆炸能量匯聚向右射出的左聚能罩、將炸藥爆炸能量匯聚向左射出的右聚能罩、將炸藥爆炸能量匯聚向正中射出的中聚能罩、設(shè)置在左聚能罩左側(cè)的左凸緣、設(shè)置在左聚能罩和中聚能罩之間的左中凸緣、設(shè)置在右聚能罩和中聚能罩之間的右中凸緣和套管；

所述左聚能罩包括左凹形外表面和左凹形內(nèi)表面，所述左凹形外表面和所述左凹形內(nèi)表面均為開口向外的旋轉(zhuǎn)拋物面，所述左凹形內(nèi)表面的旋轉(zhuǎn)拋物面形成空腔；所述左聚能罩與左凸緣和左中凸緣組成一個封閉空間，并在該空間內(nèi)設(shè)置炸藥；所述左聚能罩的最大外徑為D_a，所述左聚能罩的長度為L_a；

所述右聚能罩包括右凹形外表面和右凹形內(nèi)表面，所述右凹形外表面和所述右凹形內(nèi)表面均為開口向外的旋轉(zhuǎn)拋物面，所述右凹形內(nèi)表面的旋轉(zhuǎn)拋物面形成空腔；所述右聚能罩與右凸緣和右中凸緣組成一個封閉空間，并在該空間內(nèi)設(shè)置炸藥；所述右聚能罩的最大外徑為D_b，所述右聚能罩的長度為L_b；

所述中聚能罩包括中凹形外表面和中凹形內(nèi)表面，所述中凹形外表面和所述中凹形內(nèi)表面均為開口向外的旋轉(zhuǎn)圓弧面，所述中凹形內(nèi)表面的旋轉(zhuǎn)圓弧面形成空腔；所述中聚能罩與左中凸緣和右中凸緣組成一個封閉空間，并在該空間內(nèi)設(shè)置炸藥；所述中聚能罩的最大外徑為D_c，所述中聚能罩的長度為L_c；

所述左中凸緣和右中凸緣均設(shè)置有套管孔，所述套管外部為圓柱形且其內(nèi)部為圓柱孔，所述套管依次穿過所述左凹形內(nèi)表面的空腔、左中凸緣的套管孔、中凹形內(nèi)表面的空腔、右中凸緣的套管孔、右凹形內(nèi)表面的空腔和右凸緣的通孔，所述套管一端固定在左凸緣的右端面，所述套管另一端固定在右凸緣的左端面；

所述左凸緣的右側(cè)設(shè)置有左凸臺，所述左凸臺為向外凸起的球冠形狀，所述左凸臺球冠形狀的凸起高度為H_t，所述左凸臺球冠形狀的最大開口部分圓的直徑為D_t；

所述右凸緣的左側(cè)設(shè)置有右凸臺，所述右凸臺為向外凸起的球冠形狀，所述右凸臺球冠形狀的凸起高度為H_t，所述右凸臺球冠形狀的最大開口部分圓的直徑為D_t；

所述左中凸緣的左側(cè)設(shè)置有中凸臺Ⅰ，所述中凸臺Ⅰ為向外凸起的球冠形狀，所述中凸臺Ⅰ球冠形狀的凸起高度為H_t，所述中凸臺Ⅰ球冠形狀的最大開口部分圓的直徑為D_t；

所述左中凸緣的右側(cè)設(shè)置有中凸臺Ⅱ，所述中凸臺Ⅱ為向外凸起的球冠形狀，所述中凸臺Ⅱ球冠形狀的凸起高度為H_t，所述左中凸臺球冠形狀的最大開口部分圓的直徑為D_t；

所述右中凸緣的左側(cè)設(shè)置有中凸臺Ⅲ，所述中凸臺Ⅲ為向外凸起的球冠形狀，所述中凸臺Ⅲ球冠形狀的凸起高度為H_t，所述中凸臺Ⅲ球冠形狀的最大開口部分圓的直徑為D_t；

所述右中凸緣的右側(cè)設(shè)置有中凸臺Ⅳ，所述中凸臺Ⅳ為向外凸起的球冠形狀，所述中凸臺Ⅳ球冠形狀的凸起高度為H_t，所述中凸臺Ⅳ球冠形狀的最大開口部分圓的直徑為D_t；

所述直徑D_t為炸藥直徑D，所述高度H_t為3mm～8mm；

所述左凹形外表面的旋轉(zhuǎn)軸為X_a軸，所述左凹形外表面的母線為母線A，所述母線A繞所述X_a軸旋轉(zhuǎn)形成所述左凹形外表面，所述母線A是由以下方程組構(gòu)成的拋物線：

所述左凹形內(nèi)表面的旋轉(zhuǎn)軸為X_a軸，所述左凹形內(nèi)表面的母線為母線B，所述母線B繞所述X_a軸旋轉(zhuǎn)形成所述左凹形內(nèi)表面，所述母線B是由以下方程組構(gòu)成的拋物線：

所述右凹形外表面的旋轉(zhuǎn)軸為X_b軸，所述右凹形外表面的母線為母線C，所述母線C繞所述X_b軸旋轉(zhuǎn)形成所述右凹形外表面，所述母線C是由以下方程組構(gòu)成的拋物線：

所述右凹形內(nèi)表面的旋轉(zhuǎn)軸為X_b軸，所述右凹形內(nèi)表面的母線為母線D，所述母線D繞所述X_b軸旋轉(zhuǎn)形成所述右凹形內(nèi)表面，所述母線D是由以下方程組構(gòu)成的拋物線：

所述中凹形外表面的旋轉(zhuǎn)軸為X_c軸，所述中凹形外表面的母線為母線E，所述母線E繞所述X_c軸旋轉(zhuǎn)形成所述中凹形外表面，所述母線E是一段圓弧，圓弧圓心在中聚能罩的裝藥長度L_c的中間位置且與所述X_c軸的距離為L_c1，圓弧半徑為R_c1；

所述中凹形內(nèi)表面的旋轉(zhuǎn)軸為X_c軸，所述凹形內(nèi)表面的母線為母線F，所述母線F繞所述X_c軸旋轉(zhuǎn)形成所述中凹形內(nèi)表面，所述母線F是一段圓弧，圓弧圓心在中聚能罩的裝藥長度L_c的中間位置且與所述X_c軸的距離為L_c2，圓弧半徑為R_c2；

上面各式中：

O_a-X_aY_aZ_a坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點在所述左聚能罩的軸線上且在左聚能罩的長度的中點，X_a軸、Y_a軸和Z_a軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，X_a軸與所述左聚能罩的軸線重合，X_a軸正方向從左聚能罩的左側(cè)指向左聚能罩的右側(cè)；x_a、y_a和z_a分別為X_a軸、Y_a軸和Z_a軸的坐標(biāo)變量；

O_a1-X_a1Y_a1Z_a1坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點在O_a-X_aY_aZ_a坐標(biāo)系中為(-b₁,c₁,0)，X_a1軸、Y_a1軸和Z_a1軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，Z_a1軸與Z_a軸平行，X_a1軸與X_a軸夾角為θ_a；x_a1、y_a1和z_a1分別為X_a1軸、Y_a1軸和Z_a1軸的坐標(biāo)變量；

O_a2-X_a2Y_a2Z_a2坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點在O_a-X_aY_aZ_a坐標(biāo)系中為(-b₂,c₂,0)，X_a2軸、Y_a2軸和Z_a2軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，Z_a2軸與Z_a軸平行，X_a2軸與X_a軸夾角為θ_a；x_a2、y_a2和z_a2分別為X_a2軸、Y_a2軸和Z_a2軸的坐標(biāo)變量；

O_b-X_bY_bZ_b坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點在所述右聚能罩的軸線上且在右聚能罩的長度的中點，X_b軸、Y_b軸和Z_b軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，X_b軸與所述右聚能罩的軸線重合，X_b軸正方向從右聚能罩的左側(cè)指向右聚能罩的右側(cè)；x_b、y_b和z_b分別為X_b軸、Y_b軸和Z_b軸的坐標(biāo)變量；

O_b1-X_b1Y_b1Z_b1坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點在O_b-X_bY_bZ_b坐標(biāo)系中為(b₁,c₁,0)，X_b1軸、Y_b1軸和Z_b1軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，Z_b1軸與Z_b軸平行，X_b1軸與X_b軸夾角為θ_b；x_b1、y_b1和z_b1分別為X_b1軸、Y_b1軸和Z_b1軸的坐標(biāo)變量；

O_b2-X_b2Y_b2Z_b2坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點在O_b-X_bY_bZ_b坐標(biāo)系中為(b₂,c₂,0)，X_b2軸、Y_b2軸和Z_b2軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，Z_b2軸與Z_b軸平行，X_b2軸與X_b軸夾角為θ_b；x_b2、y_b2和z_b2分別為X_b2軸、Y_b2軸和Z_b2軸的坐標(biāo)變量；

O_c-X_cY_cZ_c坐標(biāo)系的坐標(biāo)原點在所述中聚能罩的軸線上且在中聚能罩的長度的中點，X_c軸、Y_c軸和Z_c軸構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，X_c軸與所述中聚能罩的軸線重合，X_c軸正方向從中聚能罩的左側(cè)指向中聚能罩的右側(cè)；x_c、y_c和z_c分別為X_c軸、Y_c軸和Z_c軸的坐標(biāo)變量；

X_a軸、X_b軸和X_c軸共線；

D_a和D_b相等且均為D，L_a和L_b相等且均為L，θ_a＝-θ，θ_b＝θ；

D為100mm～800mm，L為200mm～1000mm，θ為30°～50°；

D_c為100mm～800mm，L_c為200mm～1000mm；

H為左聚能罩和右聚能罩的最小壁厚，H為1mm～10mm；

a₁、b₁、c₁、a₂、b₂、c₂為參數(shù)，c₁為D的0.2～0.90倍，c₂為D的0.15～0.85倍且c₁c₂；

求解以下方程組得到a₁、b₁的值且a₁0：

求解以下方程組得到a₂、b₂的值且a₂0：

R_c1、R_c2、L_c1和L_c2分別按以下公式計算：

H_c1和H_c2均為拱高，H_c1為裝藥直徑D_c的0.1～0.4倍，H_c2為裝藥直徑D_c的0.11～0.41倍且H_c2H_c1。