[發明專利]一種基于液氮-冰粒復合壓裂的裝置及破碎煤巖體的方法

有效

• 申請號: 202110588447.5
• 申請日: 2021-05-28
• 公開（公告）號: CN113338927B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 種照輝;張舒胤;姚強嶺;李學華;薛熠;夏澤;徐強
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21C37/14
• 分類號: E21C37/14;E21F17/00
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

1.一種利用液氮-冰粒復合壓裂裝置破碎煤巖體的方法，利用一種基于液氮-冰粒復合壓裂的裝置，包括液氮儲罐、液氮增壓泵、復合裝置、高壓水泵和儲水罐，以及多個止回閥和多個閘閥；所述液氮儲罐與液氮管路相連，液氮管路上設置有第一止回閥、第一閘閥和液氮增壓泵，液氮增壓泵和復合裝置之間的液氮管路上設置有第二止回閥；所述儲水罐通過注水管路依次與第三止回閥、第二閘閥、高壓水泵、第四止回閥相連；所述復合裝置包括液氮注入口、注水口、霧化噴嘴、混砂管、液氮噴嘴、封孔器和壓裂管，所述封孔器設置在壓裂管上，霧化噴嘴和液氮噴嘴均設置在混砂管的同一端，壓裂管和混砂管相連，壓裂管伸入鉆孔中，通過壓裂管向鉆孔注入高壓液氮-冰粒磨料的混合液體；其特征在于，步驟包括：

S1.在巷道內向頂板施工鉆孔，鉆孔完成后將壓裂管插入鉆孔內，并利用封孔器封堵鉆孔，固定壓裂管；

S2.連接液氮管路和液氮儲罐，連接注水管路和儲水罐；

S3.打開第一止回閥、第一閘閥、液氮增壓泵和第二止回閥，液氮增壓泵將液氮管路中的液氮增壓值60-70MPa，增壓后的液氮注入復合裝置；

S4.打開第四止回閥、第二閘閥、高壓水泵和第三止回閥，高壓水泵將注水管路中的水加壓至60-70MPa，增壓后的水注入復合裝置；

S5.霧化噴嘴的霧化水滴和液氮噴嘴的液氮相遇后凝結為冰粒，液氮和冰粒在混砂管內混合均勻后，流經壓裂管，進入鉆孔內的通道壓裂巖體；

S6.液氮和冰粒混合液體進入鉆孔后沖擊頂板巖體產生主裂隙，沿主裂隙擴散的微裂隙在液氮汽化過程中擴展聯通，形成裂隙網絡；

S7.鉆孔壓裂結束24小時后，進行下一鉆孔的液氮-冰粒復合壓裂施工。

2.根據權利要求1所述的一種利用液氮-冰粒復合壓裂裝置破碎煤巖體的方法，其特征在于，所述液氮管路與復合裝置的液氮注入口相連，所述注水管路和復合裝置的注水口相連。

3.根據權利要求1所述的一種利用液氮-冰粒復合壓裂裝置破碎煤巖體的方法，其特征在于，所述液氮注入口和液氮噴嘴同軸布置，液氮噴嘴由混砂管端部同軸入射；所述注水口和霧化噴嘴同軸布置，霧化噴嘴由混砂管的側面傾斜入射。

4.根據權利要求1所述的一種利用液氮-冰粒復合壓裂裝置破碎煤巖體的方法，其特征在于，所述封孔器固定在鉆孔的孔口處，所述鉆孔深度為10-15m，鉆孔與豎直方向的夾角為0-30°。

5.根據權利要求1所述的一種利用液氮-冰粒復合壓裂裝置破碎煤巖體的方法，其特征在于，所述液氮儲罐中液氮的溫度為-196℃；所述儲水罐中水的溫度為10-20℃。

6.根據權利要求1所述的一種利用液氮-冰粒復合壓裂裝置破碎煤巖體的方法，其特征在于，所述液氮和冰粒的混合流體壓力P大于頂板垂直地應力δ₃。

7.根據權利要求1所述的一種利用液氮-冰粒復合壓裂裝置破碎煤巖體的方法，其特征在于，在切頂施工過程中，所述鉆孔穿過直接頂，達到基本頂，鉆孔向采空區一側傾斜。

8.根據權利要求1所述的一種利用液氮-冰粒復合壓裂裝置破碎煤巖體的方法，其特征在于，所述止回閥和閘閥相互配合，分別控制液氮管路和注水管路中的流量。