[發(fā)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(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010630402.5
• 申請(qǐng)日: 2020-07-03
• 公開（公告）號(hào): CN111878047B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司
• 主分類號(hào): E21B43/114
• 分類號(hào): E21B43/114;E21B43/26;E21F7/00
• 代理公司: 重慶上義眾和專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50225
• 代理人: 譚勇

本發(fā)明公開一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置及其定位方法，所述定向壓裂射孔裝置包括第一接頭、鍵槽套、定向管套、噴射器、心軸、第二接頭、推管、定向管、高密度球以及復(fù)位彈簧。所述定向壓裂射孔裝置利用高密度球能夠自由滑動(dòng)至重力勢能的最低點(diǎn)，而推管向前移動(dòng)過程中高密度球進(jìn)入卡位槽內(nèi)，此時(shí)高密度球只能隨推管向前軸向移動(dòng)，由于定向槽的后端至前端弧長逐漸變小，因此，當(dāng)高密度球與定向槽接觸后，只能推動(dòng)定向槽旋轉(zhuǎn)使高密度球、推管繼續(xù)向前移動(dòng)，直至高密度球移動(dòng)至定向槽的前端且不能繼續(xù)移動(dòng)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了定向管周向鎖定，即推管與定向管形成固定管體，噴嘴旋轉(zhuǎn)至預(yù)設(shè)位置。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及煤礦強(qiáng)化抽采技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置及其定位方法。

背景技術(shù)

在煤礦開采中，礦井瓦斯災(zāi)害一直是威脅煤礦安全生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一。目前，礦井瓦斯治理最普遍、最有效的技術(shù)手段為煤層瓦斯抽采，將賦存于煤層中的瓦斯提前抽采出來，降低煤層中的瓦斯含量，以滿足煤礦的安全高效開采。我國大部分煤層碎軟，低透氣性低，本煤層鉆孔成孔難，煤層頂(底)板易成孔，但壓裂裂縫啟裂方向難以控制，定向射孔裝置是保證裂縫向煤層啟裂的重要手段，定向壓裂是未來煤層瓦斯治理的重要手段和發(fā)展方向。

現(xiàn)階段，在煤層氣鉆采中，大多數(shù)采用同心管水力活塞排采裝置進(jìn)行煤層瓦斯預(yù)抽，如中國發(fā)明專利公開一種煤層氣井同心管水力活塞排采裝置(申請(qǐng)?zhí)枮镃N201201024070348)，同心管水力活塞排采裝置包括井下泵組，在實(shí)際運(yùn)行中井下泵組中的泵筒很容易產(chǎn)生彎曲，動(dòng)力液中的污物混入泵筒內(nèi)而造成泵組堵塞，同時(shí)活塞在移動(dòng)中由于動(dòng)力液中雜質(zhì)的存在，活塞表面磨損嚴(yán)重，影響了使用壽命，甚至?xí)斐苫钊诠ぷ髦谐霈F(xiàn)卡死現(xiàn)象。

少部分采用射孔彈射孔技術(shù)，如中國發(fā)明公開一種煤層氣層射孔多脈沖組合式壓裂裝置(申請(qǐng)?zhí)朇N2019102942467)，其包括撞擊起爆器，撞擊起爆器下接射孔槍管,射孔槍管內(nèi)有框型彈藥架，框型彈藥架上裝載射孔彈，射孔彈與低爆速液體炸藥間通過膠囊隔離，安全引爆低爆速液體炸藥；復(fù)合射孔器下接爆燃轉(zhuǎn)換器，爆燃轉(zhuǎn)換器下接I級(jí)推進(jìn)裝置，I級(jí)推進(jìn)裝置中央為中心鋁管，中心鋁管下接延時(shí)點(diǎn)火裝置，延時(shí)點(diǎn)火裝置下接Ⅱ級(jí)推進(jìn)裝置，當(dāng)中心鋁管外壁溫度達(dá)到推進(jìn)劑燃點(diǎn)，推進(jìn)劑產(chǎn)生大量高溫高壓氣體通過脈沖式加載方式作用煤層，使裂縫快速延伸；Ⅱ級(jí)推進(jìn)裝置下接連接桿，連接桿內(nèi)部為導(dǎo)爆索，連接桿下部接射孔器，射孔器連接測壓尾堵，反映壓裂過程火藥爆燃?jí)毫ψ兓摷夹g(shù)瞬間施工壓力高，對(duì)生產(chǎn)套管的損傷較大，而且還會(huì)對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生壓實(shí)作用。

極少部分采用水力噴砂射孔的方式，但是目前還不能實(shí)現(xiàn)水力定向壓裂射孔功能，無法保證噴射器的噴嘴對(duì)準(zhǔn)煤層方向，使得水力噴砂的利用率極低，壓裂效果較差。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明基于水力噴砂射孔提出一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置及其定位方法，能夠?qū)崿F(xiàn)定向射孔，使噴嘴對(duì)準(zhǔn)煤層方向。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種煤礦井下定向壓裂射孔裝置，其包括第一接頭、鍵槽套、定向管套、噴射器、心軸以及第二接頭，所述鍵槽套的兩端分別與第一接頭的前端、定向管套的后端固定連接，所述噴射器位于定向管套的前端與第二接頭的后端之間，所述心軸可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)于第二接頭內(nèi)，且心軸的后端伸出第二接頭的后端面并與噴射器的前端固定連接，所述噴射器具有多個(gè)噴射孔，至少一個(gè)噴射孔裝設(shè)有噴嘴，剩余的噴射孔裝設(shè)有絲堵；還包括推管、定向管、高密度球以及復(fù)位彈簧；

所述推管以可軸向移動(dòng)且不可轉(zhuǎn)動(dòng)的方式設(shè)于鍵槽套內(nèi)，所述推管后端處的內(nèi)環(huán)面具有推動(dòng)部，所述推管前端處的內(nèi)環(huán)面周向設(shè)有多個(gè)與高密度球相適配的卡位槽；

所述定向管以可轉(zhuǎn)動(dòng)且不可移動(dòng)的方式設(shè)于定向管套內(nèi)，且定向管的前端伸出定向管套的前端面并與噴射器的后端固定連接，所述定向管外環(huán)面的軸向上開設(shè)有定向槽，發(fā)所述高密度球置于定向槽內(nèi)，且高密度球的直徑大于定向槽的深度；