一种煤岩软化活性压裂装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种煤岩软化活性压裂装置，包括输送机构和与输送机构连通的压裂机构，输送机构包括管道以及依次设置在管道上的供应单元、动力单元和调节单元，压裂机构设置在管道的输出端；压裂机构包括与管道连通且伸入到待压裂煤岩压裂孔内的压裂管和设置在压裂管上的封孔器，封孔器包括设置在压裂孔内的第一封孔胶囊和第二封孔胶囊。本实用新型专利技术结构简单、设计合理，通过将防尘水压裂液或超临界CO2活性压裂液作为压裂液，投入成本较低，压裂效果好，压裂液气液两相循环转化能够持续增加压裂能量，实现良好的压裂效果，有效防止了煤岩中粘土矿物的膨胀，减少了压裂液对地层的伤害，进而提高待压裂煤岩的渗透性，并且施工过程易于控制。

A softening active fracturing device for coal and rock

The utility model discloses a coal rock softening active fracturing device, including fracturing mechanism and conveying mechanism connected with a conveying mechanism, supply unit, power unit conveying mechanism comprises a pipeline and are arranged on the pipelines and regulating unit, set the output pipeline in fracturing mechanism; fracturing mechanism includes communicating with the pipeline and into the coal rock hole fracturing fracturing and fracturing pipe is arranged in the hole packer fracturing pipe, hole sealing device comprises a first sealing capsule and second sealing capsule set in fracturing hole. The utility model has the advantages of simple structure, reasonable design, through the dust water fracturing fluid or supercritical CO2 activity of fracturing fluid as fracturing fluid, low cost and good effect of fracturing, fracturing fluid two-phase cycle can continue to increase fracture energy, achieve good fracturing effect, effectively preventing the expansion of clay minerals in coal and rock. To reduce the damage of fracturing fluid to the reservoir, and then improve the permeability of coal and rock to fracturing, and the construction process is easy to control.

【技术实现步骤摘要】
一种煤岩软化活性压裂装置
本技术属于矿山工程
，尤其是涉及一种煤岩软化活性压裂装置。
技术介绍
我国煤矿主要采用井工开采，开采条件复杂，作业环境恶劣、致灾因子多，特别是高应力、低透气性和含硬夹矸(结核)煤岩的机械化开采、瓦斯抽采、冲击灾害及煤尘防治等难以取得成效。煤岩渗透率主要取决于介质的孔隙率、内部裂纹几何性质、裂隙分形维数、内部的应力-应变状态和孔隙压力等，这些被认为是影响煤岩渗透率的主要因素，其中前三个为直接因素，应力-应变状态和孔隙压力通过改变岩石内部孔隙和裂隙而影响渗透率。水力压裂和爆破致裂技术是煤岩增透的有效途径，虽能整体卸压增透，一定程度的提高煤层的透气性和破碎率，但是其适用性差、工艺复杂、工作量大，更重要的是这些措施不能解决低渗煤岩的疏水性，不能增强低渗煤岩的渗透性和软化性。具体体现在：水力压裂技术通过加压泵把压裂液压入钻孔来压裂煤岩，此种方式由于泵的排量和其工艺特点的限制，其压力上升时间太长，加载速度慢，峰值压力低，所以只能形成一条垂直最小主应力方向的裂纹，此裂纹易于沿着原生软弱面扩展，不易生成垂直于层面的新裂纹，使裂纹不易相互沟通，故不能显著增加煤岩的透气性。即使高压水能够压裂煤体，随着裂隙体积的增加，压裂液的压力也不断降低，快速丧失压裂作用效力。另外压裂夜比例也难以控制，分布也不均匀，煤岩的亲水性等也会影响煤岩的透气性，其压裂设备复杂，成本费用也高，故不适应于提高瓦斯排放。爆破致裂技术是将煤矿需用安全炸药或高能炸药置于钻孔，用炮泥封堵实施爆破，此方式压力上升时间短，峰值压力高，可产生无数短缝，但由于其爆炸压力远高于围岩的屈服强度，导致钻孔壁严重破碎垮塌，形成残余压力区“应力笼”，从而降低了渗透率。其它水力挤压措施，包括：水力挤出，位于应力集中带以外的卸压带，适用于软煤，通过松动煤岩卸压增透，不能用水力压裂原理解释；水力割缝，通过高压水射流在煤岩中割缝卸压增透；高压注水，类似于水力压裂，但注水压力与注水量有限，不能开启大的裂缝或使裂缝有效延伸、贯通。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种煤岩软化活性压裂装置，其结构简单、设计合理且使用操作简便、使用效果好，通过将防尘水压裂液或超临界CO2活性压裂液作为待压裂煤岩的压裂液，投入成本较低，且压裂效果好，压裂液气液两相循环转化能够持续增加压裂能量，实现良好的压裂效果，有效防止了煤岩中粘土矿物的膨胀，减少了压裂液对地层的伤害，进而提高待压裂煤岩的渗透性，并且施工过程易于控制。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：包括输送机构和与所述输送机构连通的压裂机构，所述输送机构包括管道以及依次设置在管道上的供应单元、动力单元和调节单元，所述压裂机构设置在管道的输出端；所述供应单元包括第一反应器，所述第一反应器上设置有压裂剂进液管和防尘水进液管，所述调节单元包括单向阀和与单向阀连通的三通接头；所述压裂机构包括与管道连通且伸入到待压裂煤岩压裂孔内的压裂管和设置在所述压裂管上的封孔器，所述封孔器包括设置在压裂孔内的第一封孔胶囊和第二封孔胶囊。上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：还包括与第一反应器连通的第二反应器，所述第二反应器上设置有超临界液体CO2进液管。上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：所述动力单元为高压压裂泵，所述高压压裂泵的额定压力为80MPa～120MPa，所述高压压裂泵的流量为6m3/h～14m3/h。上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：所述压裂管位于第一封孔胶囊和第二封孔胶囊之间的管路为所述压裂管的释放段，所述释放段上设置有多个释放孔，多个所述释放孔在所述释放段上呈螺旋线布设，所述释放段与压裂孔的内壁之间设置有空腔，注液管一端裸露在压裂孔外，注液管另一端穿过第一封孔胶囊伸入到所述空腔内。上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：所述管道为钢丝缠绕胶管，所述钢丝缠绕胶管的直径为30mm～135mm，所述钢丝缠绕胶管的抗压强度均大于120MPa；上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：所述三通接头的两个接头均与所述管道连通，三通接头的另外一个接头处设置有手动调压开关。上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：所述管道上还设置有用于释放所述管道压力的释放器。上述一种煤岩软化活性压裂装置，其特征是：还包括对所述动力单元的压力和流量进行监测的监测单元，所述监测单元包括控制器和为控制器供电的电源模块，所述控制器的输入端连接有压力监测模块和流量监测模块，所述控制器的输出端连接有显示模块，所述电源模块与所述控制器之间串接有通电控制开关。本技术与现有技术相比具有以下优点：1、所采用的煤岩软化活性压裂装置结构简单且制作简便，投入成本较低。2、所采用的煤岩软化活性压裂装置结构设计合理，包括输送机构和与所述输送机构连接的压裂机构，所述输送机构包括管道、依次设置在管道上的动力单元、调节单元以及连接在所述管道入口处的供应单元，所述压裂机构连接在所述管道的出口，连接简便。3、所采用的压裂液为压裂剂与防尘水混合的防尘水压裂液，或者为防尘水压裂液和超临界液体CO2混合的超临界CO2活性压裂液，投入成本较低，且压裂效果好，压裂液气液两相循环转化能够持续增加压裂能量，实现良好的压裂效果。压裂液注入煤岩压裂孔，压裂过程中一部分受热膨胀汽化，使压裂压力继续增加，压裂裂隙得以不断延伸；随着压裂液汽化，吸热量的增加，部分压裂液转变为低粘度的水隔膜，进入煤岩裂隙起到支撑剂的作用，有效的防止压裂裂隙的闭合，且压裂液的三态循环转化促进压裂压力持续增加，使煤岩的压裂裂隙范围不断扩展，直至压裂液多数转化为气态，或游离态存在于煤岩裂隙或竞争吸附于煤岩；面活性剂溶解于水，并与水反应生成弱酸性的碳酸，该反应可以降低压裂液的pH值，有效防止了煤岩中粘土矿物的膨胀，减少了压裂液对地层的伤害，进而提高待压裂煤岩的渗透性；同时，煤岩软化活性压裂装置对煤岩进行压裂的施工工艺相对于水力压裂简单，同时对煤岩具有较好的降温效果，并促进煤岩CH4分解吸收，有效防止安全事故的发生。4、该装置不仅可用于高应力、低透气性和含硬夹矸(结核)煤岩的压裂，而且还可用于冲击灾害防治、瓦斯抽采等方面。5、该装置设计合理且施工简便、使用效果好，具有以下几方面优点：第一、施工效率高：在封孔之前进行预压，使压裂孔内产生定向裂隙，有效地控制引导压裂孔中压裂液压裂方向，有利于煤岩的软化压裂，提高煤岩的渗透性；第二、成本低：压裂完成后，进行泄压，将煤岩软化活性压裂装置中的压裂液进行回收，同时煤岩软化活性压裂装置均可重复利用，节约成本，节约资源；第三、施工质量可控制，控制压裂液制备过程中的混合时间及流量，保证压裂液的质量；通过监测单元能够控制调整动力单元对压裂液施加的压力，同时通过对检测孔孔内是否渗入的压裂液或者采用便携式气体质量浓度检测仪判断压裂是否的终止；第四、施工安全性高，第一封孔胶囊和第二封孔胶囊之间的压裂管为压裂管的释放段，释放段上设置有多个释放孔，多个释放孔在释放段上呈螺旋线布设；第一封孔胶囊上套设有注液管，注液管的一端设置在压裂孔的孔口，另一端设置在第一封孔胶囊和第二封孔胶囊之间，对第一封孔胶囊与第二封孔胶囊之间的部分进行密封，采用双封孔胶囊(第一封本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤岩软化活性压裂装置，其特征在于：包括输送机构和与所述输送机构连通的压裂机构，所述输送机构包括管道(5)以及依次设置在管道(5)上的供应单元、动力单元和调节单元，所述压裂机构设置在管道(5)的输出端；所述供应单元包括第一反应器(1‑1)，所述第一反应器(1‑1)上设置有压裂剂进液管(2)和防尘水进液管(3‑1)，所述调节单元包括单向阀(9)和与单向阀(9)连通的三通接头(10)；所述压裂机构包括与管道(5)连通且伸入到待压裂煤岩(15)压裂孔(13)内的压裂管(6)和设置在所述压裂管(6)上的封孔器，所述封孔器包括设置在压裂孔(13)内的第一封孔胶囊(7‑1)和第二封孔胶囊(7‑2)。

【技术特征摘要】
1.一种煤岩软化活性压裂装置，其特征在于：包括输送机构和与所述输送机构连通的压裂机构，所述输送机构包括管道(5)以及依次设置在管道(5)上的供应单元、动力单元和调节单元，所述压裂机构设置在管道(5)的输出端；所述供应单元包括第一反应器(1-1)，所述第一反应器(1-1)上设置有压裂剂进液管(2)和防尘水进液管(3-1)，所述调节单元包括单向阀(9)和与单向阀(9)连通的三通接头(10)；所述压裂机构包括与管道(5)连通且伸入到待压裂煤岩(15)压裂孔(13)内的压裂管(6)和设置在所述压裂管(6)上的封孔器，所述封孔器包括设置在压裂孔(13)内的第一封孔胶囊(7-1)和第二封孔胶囊(7-2)。2.按照权利要求1所述的一种煤岩软化活性压裂装置，其特征在于：还包括与第一反应器(1-1)连通的第二反应器(1-2)，所述第二反应器(1-2)上设置有超临界液体CO2进液管(3-2)。3.按照权利要求1或2所述的一种煤岩软化活性压裂装置，其特征在于：所述动力单元为高压压裂泵(4)，所述高压压裂泵(4)的额定压力为80MPa～120MPa，所述高压压裂泵(4)的流量范围为6m3/h～14m3/h。4.按照权利要求1或2所述的一种煤岩软化活性压裂装置，其特征在于：所述压裂管(6)位于第一封孔胶囊(7-1)和第二封孔胶囊(...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓广哲，朱徽，贾光明，郑锐，孟杰，
申请(专利权)人：西安科技大学，库尔勒金川矿业有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61