一种煤层超声活化分段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煤层超声活化分段压裂装置及方法，涉及到煤层超声活化分段压裂领域，包括钻杆，钻杆呈圆筒状结构，钻杆上设置有钻头、压裂机构、调节机构、超声波活化机构和管道。本发明专利技术中在钻杆的端部设置有用于在煤层中钻进的钻头，使得钻杆方便伸入煤层中，当钻杆伸入煤层时，利用管道给压裂机构中加压，压力传递到煤层后使得煤层被压裂，煤层被压裂时，超声波活化机构产生的超声波也作用在煤层中，使得煤层变得疏松，基于钻杆端部连接有管道，使得钻杆可伸入煤层中钻进，而增加了钻进深度，且调节机构可调整钻头的钻进方向，便于控制钻杆在煤层中的位置，降低了施工成本。降低了施工成本。降低了施工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种煤层超声活化分段压裂装置及方法


[0001]本专利技术涉及煤层超声活化分段压裂领域，特别涉及一种煤层超声活化分段压裂装置及方法。

技术介绍

[0002]煤层瓦斯又称煤层气，是引起煤矿瓦斯灾害的致灾性气体，同时还是一种赋存在煤层中、与煤共伴生的清洁能源。随着开采深度的逐年增加，煤层瓦斯压力不断升高，地应力条件愈加复杂，煤层透气性不断降低，抽采过程中瓦斯解吸困难，严重影响了煤矿的正常接续生产和人员安全。为提升瓦斯抽采效果，需提高煤层透气性(增透)，对此一种基于定向长钻孔的煤矿井下分段压裂技术逐渐被采用，该技术通过在底板巷或者顶板巷设置钻场，在硬煤、顶底板中施工定向长钻孔，通过封隔器实现分段压裂。长钻孔分段压裂技术对煤层的硬度要求较高，软煤施工长钻孔会出现塌孔，抱钻等现象，无法实现分段压裂。针对软煤一般采取顶底板长钻孔分段压裂，使硬岩产生的裂缝延伸至煤层，从而为瓦斯移动提供通道。但在岩层中施工钻孔，钻孔的层位会直接影响压裂裂缝的延伸效果，可能导致裂缝无法延伸进煤层，从而降低压裂效果。
[0003]中国专利：煤层超声活化分段压裂装置(专利申请号为：CN202210282249.0)中公开了煤层超声活化分段压裂装置，包括：管件，管件的一部分伸入煤层钻孔中管件伸入煤层钻孔中的一端串联有至少两个投球滑套；投球滑套具有第一过液通道、第二过液通道、超声波振动器和电源，投球滑套具有原始态和配合态；各投球滑套均配设有压裂球，压裂球进入配套的投球滑套后封堵第一过液通道；投球滑套配设有限位件，限位件将投球滑套限制在原始态，第一过液通道被封堵后，限位件失效，投球滑套由原始态切换为配合态；投球滑套处于原始态时，第一过液通道供压裂液流通，并供下游的投球滑套配套的压裂球穿过；投球滑套处于配合态时，第二过液通道供压裂液流通。
[0004]但是其工作过程包括煤层钻孔、对电池进行充电、封孔、压裂、超声振动、热效应加速化学反应，生成碳酸钠溶液，氧气和水，产生的大量气泡随着压裂液在水压作用下进入煤层钻孔内，在超声空化作用下协同致裂。但是整个过程耗时较长。
[0005]且每次需要均需对电池进行充电，每次均需事先对煤层进行钻孔、封孔。施工周期长，且成本高。
[0006]因此，提出一种煤层超声活化分段压裂装置及方法来解决上述问题很有必要。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种煤层超声活化分段压裂装置及方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种煤层超声活化分段压裂装置，包括钻杆，所述钻杆呈圆筒状结构，钻杆上设置有钻头、压裂机构、调节机构、超声波活化机构和管道，所述钻头设置于钻杆的端部，钻头用于在煤层中钻进，所述压裂机构用于给煤层加
压使得煤层被压裂，超声波活化机构用于产生超声波，超声波辅助煤层被压裂，压裂机构和超声波活化机构均设置于钻杆的中部，所述调节机构设置有两组，两组调节机构分别设置于钻杆的端部，调节机构用于调整钻头在煤层中钻进的方向，所述管道设置于钻杆的内部，管道的一端活动伸出钻杆远离钻头的端面。
[0009]优选的，所述钻杆靠近钻头的一端内部设置有隔板，所述隔板将钻杆内部隔离成靠近钻头的副腔室和远离钻头的主腔室，所述副腔室中设置有电机，所述电机的端部传动连接有电机转轴，所述电机转轴活动伸出钻杆端面，电机转轴活动伸出钻杆端部的位置与钻头之间固定连接，所述副腔室中还安装有GPS定位芯片。
[0010]本专利技术中在钻杆的端部设置有用于在煤层中钻进的钻头，使得钻杆方便伸入煤层中，当钻杆伸入煤层时，利用管道给压裂机构中加压，压力传递到煤层后使得煤层被压裂，煤层被压裂时，超声波活化机构产生的超声波也作用在煤层中，使得煤层变得疏松，基于钻杆端部连接有管道，使得钻杆可伸入煤层中钻进，而增加了钻进深度，且调节机构可调整钻头的钻进方向，便于控制钻杆在煤层中的位置，代替了现有技术中钻杆只能伸入煤层中一定深度而对煤层进行超声活化分段压裂的方式。
[0011]当电机启动时，电机带动钻头转动，钻头在煤层中钻进，钻头在煤层中钻进的同时钻杆伸入煤层中，当钻杆到达煤层中合适的位置后，向管道中充入介质加压，第七电磁阀打开，介质通过连接管道进入压力腔的内部，当压力腔中介质达到一定压力后，弹性防爆金属片在极限压力下从十字孔的位置破裂，使得介质从释放孔处快速的被压入煤层中，实现了煤层被压裂的目的。
[0012]优选的，所述管道中设置有导线，所述导线的一端连接电机。
[0013]导线用于连接电源并给电机供电，导线外部有绝缘层。
[0014]优选的，所述压裂机构包括压力箱、压力腔、释放孔和弹性防爆金属片，所述压力箱固定设置于钻杆内壁上，所述压力腔位于压力箱内壁和钻杆内壁之间，所述释放孔设置于钻杆外圈处，释放孔连通钻杆外部和压力腔之间，所述弹性防爆金属片固定设置在释放孔中，所述弹性防爆金属片中部设置有十字孔，所述管道与压力腔之间通过连接管道连通，所述连接管道中设置有第七电磁阀。
[0015]优选的，所述超声波活化机构包括超声波发生器和壳体，所述壳体固定设置在钻杆内壁上，超声波发生器设置于壳体的内部，所述壳体内部填充有液体。
[0016]当煤层被压裂之后，超声波发生器启动，超声波发生器将超声波传递给被压裂的煤层中，使得煤层进一步的疏松，起到了超声活动煤层的目的。
[0017]基于钻杆可在煤层中不断的前进，无需多次定位打孔，提高施工效率，随着钻杆在煤层中不断前进，可将煤层中每隔一段合适的距离后即压裂一次，实用性强。
[0018]优选的，所述调节机构包括控制箱、弹簧、推板、推槽、连接杆和压力推板，所述控制箱固定设置在钻杆的内壁上，所述压力推板滑动设置在控制箱内部，所述压力推板远离管道的一面与连接杆之间固定连接，所述连接杆远离压力推板的一端活动穿过控制箱外表面，所述推槽设置于钻杆外圈处，推槽连通钻杆内外，所述推板活动设置于推槽中，所述推板靠近控制箱的一面与连接杆端部之间固定连接，所述弹簧的一端固定焊接在压力推板靠近连接杆的一面，弹簧的另一端固定焊接在控制箱远离管道的一侧内壁上，所述压力推板靠近管道的一面与控制箱内部之间组成蓄压腔室，所述控制箱靠近管道的一面固定连接有
第一对接管道，所述管道的外圈处固定设置有第二对接管道，所述第一对接管道与第二对接管道对接，所述第二对接管道中设置有第六电磁阀，所述蓄压腔室与第一对接管道连通，所述第二对接管道与管道内部连通。
[0019]调整钻头在煤层中的钻进方向时，可将对应的第六电磁阀打开，使得管道中的介质进入蓄压腔室中，介质推动压力推板向远离管道的方向移动，从而使得推板伸出推槽，起到推动抵触在煤层内部结构中的目的，调整钻杆外圈不同位置的推板，从而控制钻头整体的钻进方向，而GPS定位芯片可用于监测钻杆在煤层中的位置，便于控制，使用方便。
[0020]优选的，所述控制箱的一侧设置有第一放气孔，所述第一放气孔中设置有第四电磁阀，所述第一放气孔连通在蓄压腔室和控制箱外部之间，所述钻杆远离钻头本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤层超声活化分段压裂装置，包括钻杆(1)，其特征在于：所述钻杆(1)呈圆筒状结构，钻杆(1)上设置有钻头(2)、压裂机构(3)、调节机构(4)、超声波活化机构(5)和管道(6)，所述钻头(2)设置于钻杆(1)的端部，钻头(2)用于在煤层(7)中钻进，所述压裂机构(3)用于给煤层(7)加压使得煤层(7)被压裂，超声波活化机构(5)用于产生超声波，超声波辅助煤层(7)被压裂，压裂机构(3)和超声波活化机构(5)均设置于钻杆(1)的中部，所述调节机构(4)设置有两组，两组调节机构(4)分别设置于钻杆(1)的端部，调节机构(4)用于调整钻头(2)在煤层(7)中钻进的方向，所述管道(6)设置于钻杆(1)的内部，管道(6)的一端活动伸出钻杆(1)远离钻头(2)的端面。2.根据权利要求1所述的一种煤层超声活化分段压裂装置，其特征在于：所述钻杆(1)靠近钻头(2)的一端内部设置有隔板(35)，所述隔板(35)将钻杆(1)内部隔离成靠近钻头(2)的副腔室(34)和远离钻头(2)的主腔室(31)，所述副腔室(34)中设置有电机(32)，所述电机(32)的端部传动连接有电机转轴(36)，所述电机转轴(36)活动伸出钻杆(1)端面，电机转轴(36)活动伸出钻杆(1)端部的位置与钻头(2)之间固定连接，所述副腔室(34)中还安装有GPS定位芯片(33)。3.根据权利要求1所述的一种煤层超声活化分段压裂装置，其特征在于：所述管道(6)中设置有导线(22)，所述导线(22)的一端连接电机(32)。4.根据权利要求1所述的一种煤层超声活化分段压裂装置，其特征在于：所述压裂机构(3)包括压力箱(26)、压力腔(25)、释放孔(27)和弹性防爆金属片(41)，所述压力箱(26)固定设置于钻杆(1)内壁上，所述压力腔(25)位于压力箱(26)内壁和钻杆(1)内壁之间，所述释放孔(27)设置于钻杆(1)外圈处，释放孔(27)连通钻杆(1)外部和压力腔(25)之间，所述弹性防爆金属片(41)固定设置在释放孔(27)中，所述弹性防爆金属片(41)中部设置有十字孔(42)，所述管道(6)与压力腔(25)之间通过连接管道(43)连通，所述连接管道(43)中设置有第七电磁阀(44)。5.根据权利要求1所述的一种煤层超声活化分段压裂装置，其特征在于：所述超声波活化机构(5)包括超声波发生器(30)和壳体(29)，所述壳体(29)固定设置在钻杆(1)内壁上，超声波发生器(30)设置于壳体(29)的内部，所述壳体(29)内部填充有液体。6.根据权利要求1所述的一种煤层超声活化分段压裂装置，其特征在于：所述调节机构(4)包括控制箱(28)、弹簧(17)、推板(15)、推槽(16)、连接杆(18)和压力推板(19)，所述控制箱(28)固定设置在钻杆(1)的内壁上，所述压力推板(19)滑动设置在控制箱(28)内部，所述压力推板(19)远离管道(6)的一面与连接杆(18)之间固定连接，所述连接杆(18)远离压力推板(19)的一端活动穿过控制箱(28)外表面，所述推槽(16)设置于钻杆(1)外圈处，推槽(16)连通钻杆(1)内外，所述推板(15)活动设置于推槽(16)中，所述推板(15)靠近控制箱(28)的一面与连接杆(18)端部之间固定连接，所述弹簧(17)的一端固定焊接在压力推板(19...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦波，胡永，姜维，胡振鹏，仲劼，刘蒙蒙，赵琛，
申请(专利权)人：新疆维吾尔自治区煤田地质局一五六煤田地质勘探队，
类型：发明
国别省市：