一种孔道压裂装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种孔道压裂装置，包括钻杆，所述钻杆轴心处设置有贯通孔，所述贯通孔用于将外部压裂液传导至欲压裂的孔道内部，所述钻杆的外圆柱面上设置有凹台，所述凹台上设置有弹性密封机构，所述弹性密封机构靠近所述钻杆轴心的一面设置有膨胀腔，所述膨胀腔与所述贯通孔之间设置有导流孔。本发明专利技术还提供了一种孔道压裂方法。本发明专利技术提供的该孔道压裂装置及方法能有效降低能耗。

Channel fracturing device and method

The invention discloses a hole fracturing device, including pipe, the pipe axis is arranged at the through hole, the through hole is used for external conduction to fracturing fracturing fluid pore inside, the outer cylindrical surface of the drill rod is arranged on the concave table, the concave table with elastic sealing mechanism is arranged, the elastic sealing mechanism near the axis of the pipe surface is provided with an expanding cavity, the expansion diversion hole is arranged between the cavity and the through hole. The invention also provides a channel fracturing method. The channel fracturing device and method provided by the invention can effectively reduce energy consumption.

【技术实现步骤摘要】
一种孔道压裂装置及方法
本专利技术涉及工程机械领域，更具体地说，特别涉及一种孔道压裂装置及方法。
技术介绍
工程施工中，常常需要在岩石地层进行钻掘作业，由于岩石的硬度比较大，因此钻掘的难度极高，尤其是在单轴抗压强度(单向受压条件下岩石试件破坏时的极限压应力值)较大的致密硬岩。早期作业中，钻掘作业一般是通过钻爆法，即在巷道断面按一定方向和间距钻出炮孔，再充填炸药进行爆破，将预定长度的岩体碎裂成小块再运出，从而实现巷道的掘进，但是该种方法很难对爆破量进行精准掌控，且爆破冲击波很容易影响周边地层。为减少超挖欠挖情况，减少爆破冲击波对周边地层的扰动，工程人员后来又专利技术了预裂爆破工法，其关键是在掘进断面周边孔时，减量装药爆破以产生沿孔壁连线贯通的裂缝，然后再配合其他掘进机械作业。但是，采用该种方法时，为了按预定方向形成裂缝，要求周边孔间距较小，钻孔数量较多，影响了施工经济性。尽管爆破破岩研究已非常充分，但其在安全环保方面的先天缺陷无法根除，在对冲击影响较敏感的地方适用性差。随着安全施工要求的提升，我国对非炸药破岩方面进行了积极研究，尤其是水力压裂技术得到了极大发展。高压水射流破岩技术在上世纪70年代在国内外曾广泛研究，但研究方向集中在以高速喷出的水射流对岩石的冲击破坏方面，能量经过势能-动能-势能的转换，损耗较大，效果并不理想，随着增压设备能力的提高，直接利用高压水势能的水力压裂技术得以快速发展。实际操作中，由于现有依靠水力压裂技术的压裂装置结构设计上存在局限性，现代压裂装置使用时，往往需要大量压裂液，如此，现有压裂装置往往能耗非常高。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为提供一种孔道压裂装置，该孔道压裂装置通过其结构设计，能够有效降低能耗。一种孔道压裂装置，包括钻杆，所述钻杆轴心处设置有贯通孔，所述贯通孔用于将外部压裂液传导至欲压裂的孔道内部，所述钻杆的外圆柱面上设置有凹台，所述凹台上设置有弹性密封机构，所述弹性密封机构靠近所述钻杆轴心的一面设置有膨胀腔，所述膨胀腔与所述贯通孔之间设置有导流孔。优选地，所述弹性密封机构为橡胶密封环。优选地，所述弹性密封机构的两侧设置有卡条，所述凹台上设置有与所述卡条匹配的卡口。优选地，所述弹性密封机构的横截面为梯形。优选地，所述钻杆的前端设置有钻头。优选地，所述钻头内设置有输液通道，所述输液通道的进口端连接在所述贯通孔上，所述输液通道的出口端延伸至欲压裂的孔道内壁。本专利技术还提供了一种孔道压裂方法，通过该方法，可以非常有效、方便的实现孔道的压裂。一种孔道压裂方法，包括步骤：S01、将钻杆伸入欲压裂的孔道内直至达到规定位置；S02、向贯通孔内导入压裂液，压裂液流向欲压裂的孔道内部及膨胀腔，当膨胀腔内的受压超过设计压力时弹性密封机构径向扩张，从而在欲压裂的孔道内形成密封将孔道内外隔断；S03、将压裂液继续导入欲压裂的孔道内部加压，孔道内壁受压产生裂纹；S04、孔道内部泄压，膨胀腔内的压力减小，弹性密封机构回缩从而解除密封状态，将钻杆从压裂后的孔道中退出。优选地，在步骤S01前还包括步骤S010，将带钻头的钻杆旋进至岩体上钻掘孔道。优选地，在步骤S010中，将外部冷却液或/和润滑液导入贯通孔，冷却液或/和润滑液从贯通孔经输液通道流向钻掘的孔道内。优选地，在步骤S010中，钻头旋进时在孔道进口段采用高转速低进给方式钻掘，从而形成光滑孔壁以强化步骤S02中的孔道密封。优选地，在步骤S010中，钻头旋进时在孔道内部段采用低转速高进给方式钻掘，从而形成应力集中的粗糙孔壁以强化步骤S03中裂纹的产生。优选地，在步骤S010中，钻头钻掘的孔道直径为30mm至60mm。优选地，在步骤S010中，钻头钻掘的孔道深度为孔道直径的5至10倍。优选地，在步骤S04中，压裂液推胀孔道内壁直至产生裂纹，当裂纹与岩体外部截断面贯通时形成破岩，压裂液从裂纹内渗漏至外部从而孔道内部泄压。优选地，还包括步骤S05，将钻杆从压裂后的孔道中退出伸入下一个欲压裂的孔道，其中，根据孔道压裂程度在需压裂的孔道之间保留部分孔道不进行压裂。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的该孔道压裂装置在钻杆轴心处设置有贯通孔用于传导压裂液，在钻杆的外圆柱面设置的凹台上设置弹性密封机构，弹性密封机构内设置有与贯通孔相通的膨胀腔，压裂过程中，压裂液可以流入膨胀腔使弹性密封机构向径向扩张从而形成密封，能有效防止压裂液从孔道内部流出，从而能有效降低能耗。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1所公开的孔道压裂装置弹性密封机构收缩时的结构示意图；图2为本专利技术实施例1所公开的孔道压裂装置弹性密封机构扩张时的结构示意图；图3为本专利技术实施例2所公开的孔道压裂装置钻孔时的结构示意图；图4为本专利技术实施例2所公开的孔道压裂装置弹性密封机构扩张时的结构示意图；图5为本专利技术实施例3所公开的孔道压裂方法进行孔道压裂时压裂孔布局结构示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。实施例1：参见图1和图2，图1和图2提供了本专利技术一种孔道压裂装置的具体实施例，其中，图1为本专利技术实施例1所公开的孔道压裂装置弹性密封机构收缩时的结构示意图；图2为本专利技术实施例1所公开的孔道压裂装置弹性密封机构扩张时的结构示意图。如图1和图2所示，本实施例公开了一种孔道压裂装置，可以用于隧道施工等工程作业中孔道的压裂，该孔道压裂装置包括钻杆1，贯通孔2，凹台3，弹性密封机构4，膨胀腔5与导流孔6。本方案中，钻杆1主要用于起支撑作用。钻杆1轴心处设置有贯通孔2，贯通孔2用于将外部压裂液传导至欲压裂的孔道内部。一般的，压裂液为高压水流，其中，压裂液需提供的压裂压力由孔道间距、岩石强度、致密度等决定，孔道间距越小、岩石强度越高、致密度越高，需要压裂压力越高，最佳的参数匹配可通过实验确定。本实施例通过实验研究表面，油气开采中水力压裂最高可采用140MPa的压力，破岩掘进压裂可以选用压力在250～600MPa左右。钻杆1的外圆柱面上设置有凹台3，凹台3用于给弹性密封机构4的安装提供空间。加压压裂时，钻杆1需要承受的轴向反作用力F＝P*πD*D/4，P为压裂水压，单位MPa(兆帕)，D为成孔直径，单位mm(毫米)，F为反作用力，单位N(牛顿)。其他的各零部件按最高压裂水压选型或校核强度。凹台3上设置有弹性密封机构4，具体地，弹性密封机构4可以优选为橡胶密封环。弹性密封机构4靠近钻杆1轴心的一面设置有膨胀腔5，膨胀腔5与贯通孔2之间设置有导流孔6。弹性密封机构4一般状态下保持收缩，其径向尺寸小于孔壁的径向尺寸，此时孔道的内外无法形成密封；当贯通孔2内通入压裂液，压裂液通过导流孔6进入膨胀腔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种孔道压裂装置，其特征在于，包括钻杆，所述钻杆轴心处设置有贯通孔，所述贯通孔用于将外部压裂液传导至欲压裂的孔道内部，所述钻杆的外圆柱面上设置有凹台，所述凹台上设置有弹性密封机构，所述弹性密封机构靠近所述钻杆轴心的一面设置有膨胀腔，所述膨胀腔与所述贯通孔之间设置有导流孔。

【技术特征摘要】
1.一种孔道压裂装置，其特征在于，包括钻杆，所述钻杆轴心处设置有贯通孔，所述贯通孔用于将外部压裂液传导至欲压裂的孔道内部，所述钻杆的外圆柱面上设置有凹台，所述凹台上设置有弹性密封机构，所述弹性密封机构靠近所述钻杆轴心的一面设置有膨胀腔，所述膨胀腔与所述贯通孔之间设置有导流孔。2.根据权利要求1所述的孔道压裂装置，其特征在于，所述弹性密封机构为橡胶密封环。3.根据权利要求1所述的孔道压裂装置，其特征在于，所述弹性密封机构的两侧设置有卡条，所述凹台上设置有与所述卡条匹配的卡口。4.根据权利要求1所述的孔道压裂装置，其特征在于，所述弹性密封机构的横截面为梯形。5.根据权利要求1所述的孔道压裂装置，其特征在于，所述钻杆的前端设置有钻头，所述钻头内设置有输液通道，所述输液通道的进口端连接在所述贯通孔上，所述输液通道的出口端延伸至欲压裂的孔道内壁。6.一种孔道压裂方法，其特征在于，包括步骤：S01、将钻杆伸入欲压裂的孔道内直至达到规定位置；S02、向贯通孔内导入压裂液，压裂液流向欲压裂的孔道内部及膨胀腔，当膨胀腔内的受压超过设计压力时弹性密封机构径向扩张，从而在欲压裂的孔道内形成密封将孔道内外隔断；S03、将压裂液继续导入欲压裂的孔道内部加压，孔道内壁受压产生裂纹；S04、孔道...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘飞香，程永亮，祝爽，唐崇茂，
申请(专利权)人：中国铁建重工集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43