[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

本發明公開了一種煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置及方法，該裝置包括殼體，殼體的軸向中心位置貫穿設置有進液管，殼體的外部設有致裂托盤，致裂托盤通過若干起裂部件與進液管連接；起裂部件在進液管軸向位置均勻布置，起裂部件包括外殼、進液口、活塞頭、活塞桿、彈簧，外殼一端通過進液口與進液管連接，活塞頭置于外殼內部且兩端分別通過彈簧與殼體連接，活塞桿一端與活塞頭固定連接，另一端與致裂托盤固定連接。本發明通過水力驅動煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置在鉆孔內預裂煤體，能夠實現起裂位置的定點定向控制，保證裂縫沿著目標方向起裂。

技術領域

本發明涉及煤層壓裂改造技術領域，具體涉及一種煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置及方法。

背景技術

隨著淺部煤炭資源的逐漸枯竭，未來深部煤炭資源開采將成為常態。由于深部煤層普遍具有瓦斯含量高、壓力大的特點，導致深部煤炭開采過程中瓦斯動力災害更加嚴重，威脅礦井的安全生產。此外，瓦斯還是一種清潔高效能源和強溫室氣體。因此，實現瓦斯的高效開發對于保障采礦安全，實現資源利用以及環境保護都具有重要意義。

但是由于我國煤層透氣性普遍較差，常規的瓦斯抽采技術效果差，難以實現資源的高效開發。為此，煤層水力壓裂技術被廣泛應用于低透氣性煤層的儲層改造過程中。但是傳統的煤層水力壓裂技術由于很難實現裂縫起裂和擴展過程的可控，常導致壓裂效果差、瓦斯抽采不理想的問題。

因此，為了實現水力壓裂裂縫擴展的可控，提高煤層改造效率和瓦斯抽采效果，急需尋求全新的煤層水力壓裂技術和裝備，以滿足煤礦井下儲層高效改造和瓦斯抽采的要求。

發明內容

為了解決傳統的煤層水力壓裂技術導致壓裂效果差、瓦斯抽采不理想的問題，本發明提出一種煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置及方法。

為了實現上述技術目的，本發明采用如下技術方案：

一種煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂裝置，包括殼體，殼體的軸向中心位置貫穿設置有進液管，殼體的外部設有致裂托盤，致裂托盤通過若干起裂部件與進液管連接；起裂部件在進液管軸向位置均勻布置；起裂部件包括外殼、進液口、活塞頭、活塞桿、彈簧，外殼一端通過進液口與進液管連接，活塞頭置于外殼內部且活塞頭兩端分別通過彈簧與殼體連接，活塞桿一端與活塞頭固定連接，另一端與致裂托盤固定連接。

優選地，致裂托盤包括分別位于殼體的上部、下部的上致裂托盤、下致裂托盤，進液管上部、下部分別設有4個起裂部件，進液管上部的活塞桿與上致裂托盤固定連接，進液管下部的活塞桿與下致裂托盤固定連接。

優選地，上致裂托盤、下致裂托盤結構相同且截面均為半圓弧形。

優選地，進液管出口端設有球閥。

優選地，殼體前端設有用于連接礦用鉆頭的連接螺紋。

優選地，致裂托盤的厚度為10-20mm。

本發明還提供一種煤層機械起裂與水力驅動協同靶向壓裂的方法，包括以下步驟：

S1：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，前端連接螺紋與鉆頭相連，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，球閥關閉，進液管中的高壓水通過進液口進入起裂部件內部，并通過活塞桿與活塞頭將壓力傳導至致裂托盤，致裂托盤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；