[發明專利]一種煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置及方法

有效

• 申請號: 202011492340.2
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112610198B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 劉廳;施宇;林柏泉
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 李翩

1.一種煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置，其特征在于：包括殼體(1)，所述殼體(1)的軸向中心位置貫穿設置有進液管(2)，所述殼體(1)的外部設有致裂托盤(3)，所述致裂托盤(3)通過若干起裂部件(4)與進液管(2)連接；所述起裂部件(4)在進液管(2)軸向位置均勻布置；

所述起裂部件(4)包括外殼(4-1)、進液口(4-2)、活塞頭(4-3)、活塞桿(4-4)、彈簧(4-5)，所述外殼(4-1)一端通過進液口(4-2)與進液管(2)連接，所述活塞頭(4-3)置于外殼(4-1)內部且活塞頭(4-3)兩端分別通過彈簧(4-5)與殼體(1)連接，所述活塞桿(4-4)一端與活塞頭(4-3)固定連接，另一端與致裂托盤(3)固定連接；所述致裂托盤(3)包括分別位于殼體(1)上部、下部的上致裂托盤(3-1)、下致裂托盤(3-2)，所述進液管(2)上部、下部分別設有4個起裂部件(4)，進液管(2)上部的活塞桿(4-4)與上致裂托盤(3-1)固定連接，進液管(2)下部的活塞桿(4-4)與下致裂托盤(3-2)固定連接；所述上致裂托盤(3-1)、下致裂托盤(3-2)結構相同且截面均為半圓弧形。

2.根據權利要求1所述的煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置，其特征在于：所述進液管(2)出口端設有球閥(5)。

3.根據權利要求1所述的煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置，其特征在于：所述殼體(1)前端設有用于連接礦用鉆頭的連接螺紋(6)。

4.根據權利要求1所述的煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置，其特征在于：所述致裂托盤(3)的厚度為10-20mm。

5.利用權利要求1至4任一項所述的煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置進行煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：將煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置后端與鉆桿相連，前端連接螺紋(6)與礦用鉆頭相連，向煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置內通入低壓水，球閥(5)打開，開始在煤層內施工鉆孔，直至鉆孔施工完成；

S2：退鉆至指定位置，向煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置內通入高壓水，球閥(5)關閉，進液管(2)中的高壓水通過進液口(4-2)進入起裂部件(4)內部，并通過活塞桿(4-4)與活塞頭(4-3)將壓力傳導至致裂托盤(3)，致裂托盤(3)在指定位置和方向上預裂煤體；然后旋轉煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置，在另一個方向上再次預裂煤體，使得在鉆孔壁上形成多條預裂裂縫；

S3：沿鉆孔軸向退鉆，在鉆孔另一軸向位置重復S2步驟，繼續預裂煤體，直到整個鉆孔預裂施工完成；

S4：整個鉆孔預裂施工完成后，向煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置通入中壓水，球閥(5)打開，通過煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置前端向鉆孔內注入中壓水，驅動預裂裂縫擴展，直到壓裂施工完成。

6.根據權利要求5所述的煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂的方法，其特征在于：所述步驟S2中預裂裂縫的數量為2-6條。

7.根據權利要求5所述的煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂的方法，其特征在于：所述步驟S3中單次退鉆的距離為2-5m。

8.根據權利要求5所述的煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂的方法，其特征在于：所述低壓水壓力為1-3MPa，所述高壓水壓力為25-35MPa，所述中壓水壓力為10-20MPa。