一种用于岩石定向致裂的装置及定向致裂方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于岩石定向致裂的装置及定向致裂方法，涉及岩石力学技术领域。该装置包括一级多功能钻杆、二级多功能钻杆、射流器、拆卸钻头，多功能钻杆的一端设置注水口，另一端设置螺纹与射流器相连接，多功能钻杆的轴向设置有第一导水管和第二导水管，多功能钻杆的外壁上套设有膨胀软管。利用该装置定向致裂包括：通过钻杆携带射流器对岩壁进行脉冲式割缝，将变径法兰与钻机、多功能钻杆连接，注水后膨胀软管张紧，在水力割缝导向作用下形成裂隙网络，致裂后连接泄压阀，取出多功能钻杆。使用该装置进行施工实现了钻孔

【技术实现步骤摘要】
一种用于岩石定向致裂的装置及定向致裂方法


[0001]本专利技术涉及岩石力学
，尤其是一种用于岩石定向致裂的装置及定向致裂方法。

技术介绍

[0002]水力压裂技术作为卸压的一种有效方法，被广泛应用于矿山开采
但由于压裂过程需要大量压裂液，同时泄露的压裂液一旦流入工作面，对井下的生产活动也会造成一定影响。化学膨胀剂致裂虽能解决前述问题，但由于化学剂反应时间长，需要人工混合，操作过程相对复杂，容易出现喷口等问题。采用爆破致裂可获得理想的致裂效果，但井下使用炸药具有一定安全隐患，且易受爆炸物管理的约束。膨胀致裂技术与化学膨胀剂致裂法类似，均采用体积膨胀的方法对岩体进行致裂，作为水力压裂技术的变种，对水力压裂技术中岩体致裂后无法保压的问题进行了优化，同时相较于爆破致裂更绿色、更安全，但由于裂缝扩展方向具有不确定性，其现场应用仍有一定约束性。

技术实现思路

[0003]为了改善水力压裂技术，减少压裂液的使用，缩短压裂时间，实现定向致裂，本专利技术提供了一种用于岩石定向致裂的装置及定向致裂方法，具体技术方案如下。
[0004]一种用于岩石定向致裂的装置，包括一级多功能钻杆、二级多功能钻杆、射流器、拆卸钻头，所述一级多功能钻杆和二级多功能钻杆相连接形成多功能钻杆段，多功能钻杆段的一端设置注水口，另一端设置螺纹与射流器相连接，多功能钻杆端的的轴向设置有第一导水管和第二导水管，多功能钻杆端的外壁上套设有膨胀软管；所述拆卸钻头固定在射流器上；所述第一导水管连通射流孔，第二导水管连通膨胀软管。/>[0005]优选的是，还包括多个二级多功能钻杆，所述二级多功能钻杆首尾相连，根据钻孔深度和致裂位置确定二级多功能钻杆的数量。
[0006]优选的是，射流器两端分别设置密封端和固定端，密封端连接一级多功能钻杆，固定端连接可拆卸钻头，射流器表面设置有射流孔。
[0007]优选的是，拆卸钻头使用金刚石微粉和硬质合金材料制成，内设螺纹，拆卸钻头的螺纹和射流器的固定端相连；所述膨胀软管呈空心圆筒状，膨胀软管的管壁包括内囊层、承压层和抗磨层。
[0008]优选的是，二级多功能钻杆的尾端设置的凸式固定端和变径法兰的紧固端相连，变径法兰沿轴线环向均匀分布有4个弧形连通管；弧形连通管与注水空腔相连。
[0009]还优选的是，膨胀软管的管壁，通过锁紧装置中的密封滑塞固定在两端，形成注水空腔；所述紧锁装置内设滑道，密封滑塞内嵌在所述紧锁装置的滑道中，紧锁装置端部设置挡块限位密封滑塞；所述挡块表面设置有开口。
[0010]还优选的是，还包括水箱、高压泵、储能器和钻车，高压泵通过管路连接水箱，高压泵还与储能器相连，储能器连接钻车上的钻机。
[0011]一种用于岩石定向致裂的方法，利用上述的一种用于岩石定向致裂的装置，步骤包括：
[0012]S1.对岩壁施工钻孔；
[0013]S2.拆卸钻头每钻进1.2
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1.5m时启动高压泵进行非均匀水力割缝，导向缝槽形成于膨胀软管的膨胀范围内；
[0014]S3.关闭高压泵，连接变径法兰与二级多功能钻杆，启动高压泵，膨胀软管挤压岩壁，在导向缝槽的作用下定向扩展裂纹；
[0015]S4.打开泄压阀，卸压结束后从钻孔内取出拆卸钻头。
[0016]进一步优选的是，水力割缝过程中水流的流向为：水箱
→
高压泵
→
储能器
→
第一导水管
→
射流器
→
射流孔；所述定向扩展裂纹过程中水流的流向为：水箱
→
高压泵
→
储能器
→
注水管
→
弧形连通管
→
第二导水管
→
注水空腔。
[0017]进一步优选的是，钻孔包括2个以上，钻孔之间的间距为2
‑
5m，钻孔孔心连线方向上的割缝距离大于垂直于钻孔的孔心连心线方向上的割缝距离。
[0018]本专利技术提供的一种用于岩石定向致裂的装置及定向致裂方法有益效果是，该装置膨胀软管能够有效锁水，解决了常规水力压裂初始起裂后压裂液流失无法保压与资源浪费等问题；另外该装置还具有加工简单的优点，膨胀软管采用柔性材料制成，可实现大幅度变形，对外可实现传递高压力的目的。该方法由于定向扩展裂纹过程中不需要压裂液，因此该方法用的压裂液少，压裂时间短，同时还取得了更好的定型破岩效果；通过脉冲式割缝以及膨胀软管膨胀致裂，能够实现裂缝定向扩展，可在多个膨胀致裂钻孔间形成定向贯通裂缝网络；另外还具有操作简单，使用方便，无需退钻和加装封孔器，实现了钻孔
‑
割缝导裂
‑
膨胀致裂的一体化操作，达到提高工效的目的，同时多功能钻杆可重复使用。
附图说明
[0019]图1是用于岩石定向致裂的装置结构示意图；
[0020]图2是多功能钻杆的截面示意图；
[0021]图3是膨胀软管结构的剖视图；
[0022]图4是膨胀软管膨胀后的剖视图；
[0023]图5是射流器结构示意图；
[0024]图6是变径法兰结构示意图；
[0025]图7是变径法兰与多功能钻杆结构连接示意图；
[0026]图8是多个钻孔水力割缝范围示意图；
[0027]图9是相邻钻孔割缝状态示意图；
[0028]图10是相邻钻孔膨胀致裂后的状态示意图；
[0029]图中：1
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一级多功能钻杆；2
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二级多功能钻杆；3
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射流器；4
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拆卸钻头；5
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射流孔；6
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膨胀软管；7
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第一导水管；8
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第二导水管；9
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紧锁装置；10
‑
紧固端；11
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紧固端；12
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凹槽式接口；13
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开口；14
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挡块；15
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注水空腔；16
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密封滑塞；17
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滑道；18
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内囊层；19
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承压层；20
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抗磨层；21
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密封端；22
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固定端；23
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变径法兰；24
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弧形连通管；25
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紧固端；26
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注水管；27
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连接尾端；28
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导向缝槽；29
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施工钻孔；30
‑
顶板；31
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水箱；32
‑
高压泵；33
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储能器；34
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钻车；35
‑
定向扩展裂纹。
具体实施方式
[0030]结合图1至图10所示，对本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于岩石定向致裂的装置，其特征在于，包括一级多功能钻杆、二级多功能钻杆、射流器、拆卸钻头，所述一级多功能钻杆和二级多功能钻杆相连接形成多功能钻杆段，多功能钻杆段的一端设置注水口，另一端设置螺纹与射流器相连接，多功能钻杆端的的轴向设置有第一导水管和第二导水管，多功能钻杆端的外壁上套设有膨胀软管；所述拆卸钻头固定在射流器上；所述第一导水管连通射流孔，第二导水管连通膨胀软管。2.根据权利要求1所述的一种用于岩石定向致裂的装置，其特征在于，还包括多个二级多功能钻杆，所述二级多功能钻杆首尾相连，根据钻孔深度和致裂位置确定二级多功能钻杆的数量。3.根据权利要求1所述的一种用于岩石定向致裂的装置，其特征在于，所述射流器两端分别设置密封端和固定端，密封端连接一级多功能钻杆，固定端连接可拆卸钻头，射流器表面设置有射流孔。4.根据权利要求1所述的一种用于岩石定向致裂的装置，其特征在于，所述拆卸钻头使用金刚石微粉和硬质合金材料制成，内设螺纹，拆卸钻头的螺纹和射流器的固定端相连；所述膨胀软管呈空心圆筒状，膨胀软管的管壁包括内囊层、承压层和抗磨层。5.根据权利要求1所述的一种用于岩石定向致裂的装置，其特征在于，所述二级多功能钻杆的尾端设置的凸式固定端和变径法兰的紧固端相连，变径法兰沿轴线环向均匀分布有4个弧形连通管；弧形连通管与注水空腔相连。6.根据权利要求5所述的一种用于岩石定向致裂的装置，其特征在于，所述膨胀软管的管壁，通过锁紧装置中的密封滑塞固定在两端，形成注水空腔；所述紧锁装置内设滑道，密封滑塞内嵌在所述紧锁装置的滑道中，紧锁装置端部设置挡块限位密封滑塞；所述挡块表面设...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡善超，韩金明，郭世豪，杨磊，王俊，黄俊鸿，高志豪，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：