[發明專利]一種拋物柱面三組合聚能壓裂增加頁巖氣采收率的裝置

有效

• 申請號: 201810209016.1
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108331567B
• 公開（公告）日: 2020-09-11
• 發明（設計）人: 黃永
• 申請（專利權）人: 諸暨市源浦機械科技有限公司
• 主分類號: E21B43/263
• 分類號: E21B43/263
• 代理公司: 紹興市寅越專利代理事務所(普通合伙) 33285
• 代理人: 陳彩霞

1.一種拋物柱面三組合聚能壓裂增加頁巖氣采收率的裝置，所述裝置設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置在所述右凸緣的通孔中，另一端設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、設置在左聚能罩左側的左凸緣、設置在左聚能罩和中聚能罩之間的左中凸緣、設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表面，所述左凹形外表面和所述左凹形內表面均為開口向外的旋轉拋物面，所述左凹形內表面的旋轉拋物面形成空腔；所述左聚能罩與左凸緣和左中凸緣組成一個封閉空間，并在該空間內設置炸藥；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表面，所述右凹形外表面和所述右凹形內表面均為開口向外的旋轉拋物面，所述右凹形內表面的旋轉拋物面形成空腔；所述右聚能罩與右凸緣和右中凸緣組成一個封閉空間，并在該空間內設置炸藥；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表面，所述中凹形外表面由n個形狀尺寸相同且沿圓周均勻分布的、開口向外的拋物柱面組成，n為3、4、5、6、7或8；所述中凹形內表面由m個形狀尺寸相同且沿圓周均勻分布的、開口向外的拋物柱面組成，m為3、4、5、6、7或8且m＝n；所述中凹形內表面的拋物柱面形成空腔；所述中聚能罩與左中凸緣和右中凸緣組成一個封閉空間，并在該空間內設置炸藥；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置有套管孔，所述套管外部為圓柱形且其內部為圓柱孔，所述套管依次穿過所述左凹形內表面的空腔、左中凸緣的套管孔、中凹形內表面的空腔、右中凸緣的套管孔、右凹形內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；

所述左凹形外表面的旋轉軸為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軸旋轉形成所述左凹形外表面，所述母線A是由以下方程組構成的拋物線：

所述左凹形內表面的旋轉軸為X_a軸，所述左凹形內表面的母線為母線B，所述母線B繞所述X_a軸旋轉形成所述左凹形內表面，所述母線B是由以下方程組構成的拋物線：

所述右凹形外表面的旋轉軸為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軸旋轉形成所述右凹形外表面，所述母線C是由以下方程組構成的拋物線：

所述右凹形內表面的旋轉軸為X_b軸，所述右凹形內表面的母線為母線D，所述母線D繞所述X_b軸旋轉形成所述右凹形內表面，所述母線D是由以下方程組構成的拋物線：

所述中凹形外表面的n個拋物柱面中的一個拋物柱面為拋物柱面E，所述拋物柱面E的直母線平行于X_c軸，所述拋物柱面E的準線為準線E，所述拋物柱面E的直母線沿著所述準線E平行移動形成所述拋物柱面E，所述準線E是由以下方程構成的拋物線：

y_c＝a₃+b₃ z_c²；

所述中凹形內表面的m個拋物柱面中的一個拋物柱面為拋物柱面F，所述拋物柱面F的直母線平行于X_c軸，所述拋物柱面F的準線為準線F，所述拋物柱面F的直母線沿著所述準線F平行移動形成所述拋物柱面F，所述準線F是由以下方程構成的拋物線：

y_c＝a₄+b₄ z_c²；

上面各式中：

O_a-X_aY_aZ_a坐標系的坐標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軸構成右手直角坐標系，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指向左聚能罩的右側；x_a、y_a和z_a分別為X_a軸、Y_a軸和Z_a軸的坐標變量；

O_a1-X_a1Y_a1Z_a1坐標系的坐標原點在O_a-X_aY_aZ_a坐標系中為(-b₁,c₁,0)，X_a1軸、Y_a1軸和Z_a1軸構成右手直角坐標系，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軸的坐標變量；

O_a2-X_a2Y_a2Z_a2坐標系的坐標原點在O_a-X_aY_aZ_a坐標系中為(-b₂,c₂,0)，X_a2軸、Y_a2軸和Z_a2軸構成右手直角坐標系，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軸的坐標變量；

O_b-X_bY_bZ_b坐標系的坐標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軸構成右手直角坐標系，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指向右聚能罩的右側；x_b、y_b和z_b分別為X_b軸、Y_b軸和Z_b軸的坐標變量；

O_b1-X_b1Y_b1Z_b1坐標系的坐標原點在O_b-X_bY_bZ_b坐標系中為(b₁,c₁,0)，X_b1軸、Y_b1軸和Z_b1軸構成右手直角坐標系，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軸的坐標變量；

O_b2-X_b2Y_b2Z_b2坐標系的坐標原點在O_b-X_bY_bZ_b坐標系中為(b₂,c₂,0)，X_b2軸、Y_b2軸和Z_b2軸構成右手直角坐標系，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軸的坐標變量；

O_c-X_cY_cZ_c坐標系的坐標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軸構成右手直角坐標系，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指向中聚能罩的右側；x_c、y_c和z_c分別為X_c軸、Y_c軸和Z_c軸的坐標變量；

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、中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，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：

a₃、b₃、a₄和b₄為參數，a₃為D_c的0.2～0.90倍，a₄為D_c的0.15～0.85倍且a₃a₄，b₃、b₄由以下公式計算：

式中：e₃、e₄為系數，e₃為0.5～1.5，e₄為0.8～1.8且e₄e₃。