煤层超声活化分段压裂装置制造方法及图纸

本申请涉及煤层瓦斯抽采技术领域，特别涉及一种超煤层超声活化分段压裂装置。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。通。通。

【技术实现步骤摘要】
煤层超声活化分段压裂装置


[0001]本申请涉及煤层瓦斯抽采
，特别涉及一种超煤层超声活化分段压裂装置。

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]现有技术中心通过超声波协助增透技术保证压裂裂缝的延伸效果，其原理是利用超声波在水中的三大效应，即热效应、振动效应、空化作用，来实现压裂裂缝的进一步扩展和延伸，达到扩大压裂范围的效果。超声波协同致裂技术多采用以下方案：在压裂孔中用钻杆送入超声波换能器，通过电缆将超声波换能器与钻孔外的超声波发生装置接通，同时在压裂孔内送入注水管，并在孔口前部完成注浆封孔，开始压裂作业时，首先通过注水管注入压裂液，开始常规压裂，同时开启超声波发生装置并调整超声波震动频率，完成协同致裂。
[0004]然而分段压裂结合超声波协助增透技术时，由于分段压裂技术的限制，导致无法装入超声波换能器，也无法通过电缆为超声波换能器供电，只能在压裂套管中安装超声波振动器，导致提供的超声波功率较低，无法较好的达到增强压裂效果的目的。因此，针对上述现有技术的不足，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供煤层超声活化分段压裂装置，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
[0006]为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：煤层超声活化分段压裂装置，所述煤层中设有若干煤层钻孔，煤层的超声活化煤层分段压裂装置包括：
[0007]管件，所述管件的一部分伸入所述煤层钻孔中；所述管件伸入所述煤层钻孔中的部分套设有第一封堵器；所述管件伸入所述煤层钻孔中的一端串联有至少两个投球滑套；相邻所述投球滑套的连接处套设有第二封堵器；最上游的所述投球滑套与所述管件的连接处套设有第二封堵器，所述第一封堵器和所述第二封堵器均用于封孔；
[0008]所述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，所述投球
滑套具有原始态和配合态；
[0009]压裂泵，所述压裂泵的输出端与所述管件伸出所述煤层钻孔的端部连通；所述压裂泵的输入端连通压裂液容器；
[0010]压裂球，各所述投球滑套均配设有所述压裂球，所述压裂球在所述管件和所述投球滑套中移动，所述压裂球进入配套的所述投球滑套后封堵所述第一过液通道；
[0011]所述投球滑套配设有限位件，所述限位件将所述投球滑套限制在所述原始态，所述第一过液通道被封堵后，所述限位件失效，所述投球滑套由原始态切换为配合态；
[0012]所述投球滑套处于原始态时，所述第一过液通道供压裂液流通，并供下游的所述投球滑套配套的所述压裂球穿过；
[0013]所述投球滑套处于配合态时，所述第二过液通道供压裂液流通；并且，所述超声波振动器和所述电源电连接，所述超声波振动器响应以对煤层进行超声活化。
[0014]进一步的，从上游至下游的所述投球滑套配设的所述压裂球的径向尺寸依次减小。
[0015]进一步的，所述限位件为限位销钉；
[0016]所述投球滑套包括第一部分和第二部分，所述第二部分滑动设置在所述第一部分中，所述限位销钉设置在所述第一部分和所述第二部分之间；
[0017]所述第一过液通道的至少一部分位于所述第二部分上，所述第一过液通道被封堵时，所述管件中压裂液的压力通过所述第一部分和所述第二部分作用到所述限位销钉上，所述限位销钉被所述第一部分和所述第二部分剪断失效，所述第二部分在所述第一部分中沿轴向滑动使所述投球滑套由原始态切换为配合态。
[0018]进一步的，所述压裂球配设有投球器，所述投球器连通于所述管件位于所述煤层钻孔之外的部分上，所述投球器用于向管件中顺次投放径向尺寸依次增大的所述压裂球。
[0019]进一步的，所述第二过液通道的至少一部分由气体发生剂容纳腔形成，所述气体发生剂容纳腔中设有气体发生剂，所述气体发生剂与所述压裂液接触后产生气体。
[0020]进一步的，各投球滑套上设有三个超声波震动器，三个所述超声波振动器沿所述第二部分的周向均匀排布；
[0021]所述电源为环形电池；所述环形电池设置在所述第一部分上，用于在所述投球滑套处于配合态时对三个所述超声波震动器供电。
[0022]进一步的，所述第二过液通道和所述气体发生剂容纳腔的数量分别为三，三个所述气体发生剂容纳腔沿所述第二部分的周向均匀排布，所述气体发生剂容纳腔与所述超声波震动器在所述第二部分的轴向上错开布置；在所述第二部分的周向上，所述气体发生剂容纳腔位于相邻的两个所述超声波震动器中间。
[0023]进一步的，所述气体发生剂为过碳酸钠。
[0024]进一步的，所述第二过液通道的入口设置在所述第二部分的端面上，所述第一部分上设有补药通道，所述补药通道与第二过液通道的入口连通；
[0025]通过所述补药通道和所述第二过液通道位于气体发生剂容纳腔上游的部分，向所述气体发生剂容纳腔中补充所述气体发生剂；
[0026]所述投球滑套处于原始态时，所述第二过液通道的入口口沿压紧在所述第一部分上，且所述补药通道管壁，压裂液无法进入所述第二过液通道。
[0027]进一步的，所述第二过液通道的一部分由位于所述第一部分上的输水孔形成；
[0028]所述投球滑套处于原始态时，所述输水孔与所述气体发生剂容纳腔的出口错开；所述投球滑套处于配合态时，所述输水孔与所述气体发生剂容纳腔的出口连通。
[0029]与最接近的现有技术相比，本申请实施例的技术方案具有如下有益效果：
[0030]超声波具有无污染、能耗低、见效快等优点，其在高温、低压下可使压裂液发生空化现象，并通过提高油岩体渗透率、降低粘性、除垢以及解堵等作用，在煤层压裂方面取得了较好的效果；通过超声振动和热效应加速过碳酸钠与压裂液化学反应，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通过输水孔进入煤层钻孔内，在超声空化作用下协同致裂；本专利技术的煤层超声活化分段压裂装置实现集超声波振动器和过碳酸钠储存于一体；一方面通过超声振动器的振动效应，利用水的不可压缩性，强化压裂效果；同时结合压裂液与过碳酸钠反应产生大量气泡，增强超声空化作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.煤层超声活化分段压裂装置，所述煤层中设有若干煤层钻孔，其特征在于，煤层超声活化分段压裂装置包括：管件，所述管件的一部分伸入所述煤层钻孔中；所述管件伸入所述煤层钻孔中的部分套设有第一封堵器；所述管件伸入所述煤层钻孔中的一端串联有至少两个投球滑套；相邻所述投球滑套的连接处套设有第二封堵器；最上游的所述投球滑套与所述管件的连接处套设有第二封堵器，所述第一封堵器和所述第二封堵器均用于封孔；所述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，所述投球滑套具有原始态和配合态；压裂泵，所述压裂泵的输出端与所述管件伸出所述煤层钻孔的端部连通；所述压裂泵的输入端连通压裂液容器；压裂球，各所述投球滑套均配设有所述压裂球，所述压裂球在所述管件和所述投球滑套中移动，所述压裂球进入配套的所述投球滑套后封堵所述第一过液通道；所述投球滑套配设有限位件，所述限位件将所述投球滑套限制在所述原始态，所述第一过液通道被封堵后，所述限位件失效，所述投球滑套由原始态切换为配合态；所述投球滑套处于原始态时，所述第一过液通道供压裂液流通，并供下游的所述投球滑套配套的所述压裂球穿过；所述投球滑套处于配合态时，所述第二过液通道供压裂液流通；并且，所述超声波振动器和所述电源电连接，所述超声波振动器响应以对煤层进行超声活化。2.根据权利要求1所述的煤层超声活化分段压裂装置，其特征在于，从上游至下游的所述投球滑套配设的所述压裂球的径向尺寸依次减小。3.根据权利要求2所述的煤层超声活化分段压裂装置，其特征在于，所述限位件为限位销钉；所述投球滑套包括第一部分和第二部分，所述第二部分滑动设置在所述第一部分中，所述限位销钉设置在所述第一部分和所述第二部分之间；所述第一过液通道的至少一部分位于所述第二部分上，所述第一过液通道被封堵时，所述管件中压裂液的压力通过所述第一部分和所述第二部分作用到所述限位销钉上，所述限位销钉被所述第一部分和所述第二部分剪断失效，所述第二部分在所述第一部分中沿轴向滑动使所述投球滑套由原始态切换为配合态。4.根据权利要求2所述的煤层...

【专利技术属性】
技术研发人员：李全贵，刘继川，胡千庭，梁运培，刘鹏，何将福，邹全乐，宋明洋，邓羿泽，张跃兵，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：