[發明專利]一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置及其定位方法

有效

• 申請號: 202010630402.5
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111878047B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 張儉;王晨陽;趙繼展;孫四清;陳志勝;鄭凱歌;陳冬冬;賈秉義;方琴月;張靜非;戴楠
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B43/114
• 分類號: E21B43/114;E21B43/26;E21F7/00
• 代理公司: 重慶上義眾和專利代理事務所(普通合伙) 50225
• 代理人: 譚勇

1.一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置，其包括第一接頭(1)、鍵槽套(2)、定向管套(3)、噴射器(4)、心軸(8)以及第二接頭(5)，所述鍵槽套(2)的兩端分別與第一接頭(1)的前端、定向管套(3)的后端固定連接，所述噴射器(4)位于定向管套(3)的前端與第二接頭(5)的后端之間，所述心軸(8)可轉動設于第二接頭(5)內，且心軸(8)的后端伸出第二接頭(5)的后端面并與噴射器(4)的前端固定連接，所述噴射器(4)具有多個噴射孔，至少一個噴射孔裝設有噴嘴(41)，剩余的噴射孔裝設有絲堵(42)；其特征在于：還包括推管(6)、定向管(7)、高密度球(9)以及復位彈簧(10)；

所述推管(6)以可軸向移動且不可轉動的方式設于鍵槽套(2)內，所述推管(6)后端處的內環面具有推動部(602)，所述推管(6)前端處的內環面周向設有多個與高密度球(9)相適配的卡位槽(603)；

所述定向管(7)以可轉動且不可移動的方式設于定向管套(3)內，且定向管(7)的前端伸出定向管套(3)的前端面并與噴射器(4)的后端固定連接，所述定向管(7)外環面的軸向上開設有定向槽(701)，所述高密度球(9)置于定向槽(701)內，且高密度球(9)的直徑大于定向槽(701)的深度；

所述推管(6)的前端外套于與定向管(7)的后端，所述推管(6)軸向移動使高密度球(9)進入卡位槽(603)內后一體移動，進而使高密度球(9)與定向槽(701)抵壓配合推動定向管(7)旋轉，直至高密度球(9)移動至定向槽(701)的前端實現定向管(7)周向鎖定；

所述復位彈簧(10)內套于推管(6)內，且復位彈簧(10)的后端抵觸在推動部(602)的前端面，復位彈簧(10)的前端抵觸在定向管(7)的后端面。

2.根據權利要求1所述的一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置，其特征在于：所述推管(6)的外環面對稱設有兩個滑塊(601)，所述鍵槽套(2)的內環面軸向設有與滑塊(601)滑動配合的滑槽(201)，所述滑塊(601)與滑槽(201)相配合可使推管(6)可軸向移動。

3.根據權利要求1所述的一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置，其特征在于：所述定向槽(701)的前端沿定向管(7)軸向延伸形成與高密度球(9)貼壁配合的條形槽(702)。

4.根據權利要求3所述的一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置，其特征在于：所述定向管(7)在條形槽(702)前側的外環面上設置限位環(703)，當高密度球(9)進入條形槽(702)的最前端時，所述推管(6)的前端面抵觸在限位環(703)的后端面上。

5.根據權利要求1所述的一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置，其特征在于：所述噴射器(4)的外環面具有八個噴射孔，八個噴射孔在噴射器(4)徑向截面的投影圍成圓形結構，且相鄰兩個噴射孔與徑向截面中心點形成的夾角為45°。

6.根據權利要求5所述的一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置，其特征在于：八個噴射孔圍繞噴射器(4)的中心軸形成兩個環形結構。

7.根據權利要求6所述的一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置，其特征在于：所述推管(6)的后端伸入第一接頭(1)內，且推管(6)外環面夾持有與第一接頭(1)內環面配合的第一密封圈(a)。

8.根據權利要求6所述的一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置，其特征在于：所述噴射器(4)與心軸(8)的配合面夾設有第二密封圈(b)，所述噴射器(4)與定向管(7)配合面夾設有第三密封圈(c),所述心軸(8)與第二接頭(5)的配合面夾設有第四密封圈(d)，所述推管(6)與定向管(7)配合面夾設有第五密封圈(e)。

9.根據權利要求1所述的一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置，其特征在于：所述心軸(8)與第二接頭(5)的配合面、所述定向管(7)與定向管套(3)的配合面均轉動軸承(11)。

10.一種應用權利要求1至9中任一項所述的一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置的定位方法，包括如下步驟：

S10、根據煤層相對于鉆孔位置關系，在定向壓裂射孔裝置在進入鉆孔之前，調整噴嘴(41)和絲堵(42)的位置；其中，噴嘴(41)位置調整的基準線為經過定向槽(701)前端點的軸線；

S20、將第一接頭(1)與噴射動力機構連接，第二接頭(5)與引斜器連接，并將整體裝置移動至鉆孔預設深度；

S30、高密度球(9)受自重作用，滑動至定向槽(701)重力勢能的最低點；

S40、向第一接頭(1)內持續注入高壓水，推管(6)受高壓水推力作用軸向移動，推管(6)向前移動過程中推動復位彈簧(10)壓縮，高密度球(9)進入卡位槽(603)內，此時推管(6)連同高密度球(9)繼續向前軸向移動，高密度球(9)與定向槽(701)抵壓配合推動定向管套(3)旋轉，直至高密度球(9)移動至定向槽(701)的前端且不能繼續移動時實現定向管(7)周向鎖定，推管(6)、高密度球(9)與定向管(7)形成固定體，定向完成；

S50、射孔作業結束時，推管(6)失去高壓水推力作用，復位彈簧(10)復位推動推管(6)回位，高密度球(9)受重力作用自由在定向槽(701)移動。