脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種脈沖高壓水力割縫?壓裂裝置及方法，涉及煤礦瓦斯抽采領(lǐng)域。該裝置包括中央控制臺、輸水器、水力割縫及壓裂系統(tǒng)和脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)；脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)包括高壓水子系統(tǒng)和脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)；高壓水子系統(tǒng)和輸水器的進(jìn)水口通過注水管連接，輸水器的出水口與水力割縫及壓裂系統(tǒng)連通；脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)包括電動機(jī)和球形閥，球形閥設(shè)置在注水管上，電動機(jī)與球形閥連接；中央控制臺分別與高壓水子系統(tǒng)和電動機(jī)連接。該方法包括施工割縫?壓裂孔與抽放孔；通過脈沖高壓水力割縫?壓裂裝置對割縫?壓裂孔進(jìn)行脈沖水力徑向割縫以及水力壓裂。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中有效抽放半徑小、裂紋擴(kuò)展無序的技術(shù)問題。
【專利說明】
脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及煤礦瓦斯抽采領(lǐng)域，尤其涉及一種脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國煤礦隨著開采年限的增加，每年以20-50m的速度向深部延伸，大量礦井已進(jìn)入深部開采，由于地質(zhì)構(gòu)造與煤層賦存條件復(fù)雜，導(dǎo)致煤層瓦斯抽采效果差，無法消除煤層突出危險(xiǎn)性，特別是單一低透氣性煤層的瓦斯治理難題亟待解決。我國各大礦區(qū)單一低透氣性煤層普遍存在，具有突出危險(xiǎn)性的單一煤層占比約為35-49%，易導(dǎo)致煤與瓦斯突出事故的發(fā)生?，F(xiàn)階段，煤礦水力增透普遍采用單一恒定壓力的水力割縫或壓裂技術(shù)，包括供水系統(tǒng)和水力割縫及壓裂系統(tǒng)，由供水系統(tǒng)給水力割縫及壓裂系統(tǒng)供水實(shí)施水力割縫和壓裂。所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)包括鉆機(jī)，所述鉆機(jī)的鉆桿連接壓控鉆頭，現(xiàn)有的鉆機(jī)及壓控鉆頭都是使用恒定壓力水進(jìn)行水力割縫及壓裂。實(shí)際應(yīng)用中割縫深度淺、有效抽放半徑小、裂紋擴(kuò)展無序、持續(xù)時(shí)間短，導(dǎo)致煤層增透效果較差、瓦斯抽采率較低，煤層開采過程中瓦斯頻繁超限時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重威脅礦井的安全生產(chǎn)。
[0003]基于此，本發(fā)明提供了一種脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置及方法以解決上述的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，以解決現(xiàn)有的恒定壓力水力割縫或壓裂技術(shù)有效抽放半徑小、裂紋擴(kuò)展無序、持續(xù)時(shí)間短，導(dǎo)致煤層增透效果較差、瓦斯抽采率較低的技術(shù)問題，可有效提高單一低透氣性煤層卸壓效果、透氣性系數(shù)與持續(xù)時(shí)間，明顯提升低透氣性煤層的瓦斯抽采效率。
[0005]基于上述目的，本發(fā)明提供了一種脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，包括中央控制臺、輸水器、水力割縫及壓裂系統(tǒng)和脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng);所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)包括高壓水子系統(tǒng)和脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)；
[0006]所述高壓水子系統(tǒng)用于提供高壓水;所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)用于煤層的水力割縫及壓裂；
[0007]所述高壓水子系統(tǒng)和所述輸水器的進(jìn)水口通過注水管連接，所述輸水器的出水口與所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)連通；
[0008]所述脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)包括電動機(jī)和球形閥，所述球形閥設(shè)置在所述注水管上，所述電動機(jī)與所述球形閥連接；
[0009]所述中央控制臺分別與所述高壓水子系統(tǒng)和所述電動機(jī)連接，用于控制所述高壓水子系統(tǒng)和所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0010]可選的，脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)還包括減速器和變頻器;所述中央控制臺與所述變頻器連接;所述變頻器與所述電動機(jī)連接，所述電動機(jī)與所述減速器連接，所述減速器與所述球形閥連接。
[0011 ]可選的，所述高壓水子系統(tǒng)包括水箱，所述水箱的出水口通過輸水管與注水栗連接;所述注水栗通過所述注水管與所述輸水器連接；
[0012]所述注水管上還設(shè)置有壓力傳感器，所述壓力傳感器位于所述球形閥以及所述注水栗之間；
[0013]所述壓力傳感器和所述注水栗均與所述中央控制臺相連接。
[0014]可選的，所述注水管上還設(shè)置有截止閥，所述截止閥與所述中央控制臺相連接;所述截止閥位于所述壓力傳感器和所述注水栗之間；
[0015]所述注水管在所述截止閥和所述注水栗之間設(shè)置有回水支路，所述回水支路與所述水箱的回水口連通，所述回水支路上設(shè)置有溢流閥。
[0016]可選的，所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)包括鉆機(jī)，所述鉆機(jī)的鉆桿連接壓控鉆頭；
[0017]所述輸水器的出水口與所述鉆機(jī)的管路連通。
[0018]可選的，所述中央控制臺以PLC控制系統(tǒng)為中心控制系統(tǒng)。
[0019]基于上述目的，本發(fā)明還提供了一種脈沖高壓水力割縫-壓裂方法，
[0020]所述脈沖高壓水力割縫-壓裂方法包括步驟1、施工割縫-壓裂孔與抽放孔；
[0021]步驟2、通過所述脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置對所述割縫-壓裂孔進(jìn)行脈沖水力徑向割縫；
[0022]步驟3、通過所述脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置對所述割縫-壓裂孔進(jìn)行脈沖水力壓裂。
[0023]可選的，所述步驟I中，所述割縫-壓裂孔與所述抽放孔的施工方法為，首先確定煤層中施工時(shí)的鉆孔位置以及鉆孔間距，然后施工兩個(gè)抽放孔，兩個(gè)抽放孔的間距為兩倍鉆孔間距，然后在兩個(gè)所述抽放孔的中心施工割縫-壓裂孔。
[0024]可選的，所述步驟2中，脈沖徑向割縫施工方法包括:
[0025]步驟21，將孔口排渣裝置通過封孔管路與所述割縫-壓裂孔相連；
[0026]步驟22，保持所述球形閥處于關(guān)閉狀態(tài)，所述中央控制臺啟動所述高壓水子系統(tǒng)向所述注水管內(nèi)供水；
[0027]步驟23，當(dāng)所述注水管中的水壓達(dá)到一定值時(shí)，所述中央控制臺發(fā)出指令開啟所述電動機(jī)，通過所述電動機(jī)控制所述球形閥的連續(xù)開閉，形成脈沖高壓水；
[0028]步驟24，所述脈沖高壓水通過所述輸水器輸送至水力割縫及壓裂系統(tǒng)對所述割縫-壓裂孔實(shí)施水力割縫，產(chǎn)生的廢水、煤渣與瓦斯通過所述割縫-壓裂孔以及所述封孔管路排入所述孔口排渣裝置；
[0029]可選的，脈沖水力壓裂施工方法為:脈沖徑向割縫實(shí)施完畢后，退出所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)至設(shè)定位置、降低水壓至設(shè)定值，并在壓裂孔口裝設(shè)封孔器，通過所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)對割縫-壓裂孔實(shí)施脈沖水力壓裂。
[0030]本發(fā)明提供的脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，在現(xiàn)有的水力割縫或壓裂的基礎(chǔ)上，設(shè)定水流壓力與變化頻率，由現(xiàn)有的單一恒定壓力的水流，變成了脈沖高壓水，通過脈沖高壓水進(jìn)行水力割縫。本裝置包括中央控制臺、輸水器、水力割縫及壓裂系統(tǒng)和脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng);所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)包括高壓水子系統(tǒng)和脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)。首先由高壓水子系統(tǒng)供水，注入注水管中，由中央控制臺控制電動機(jī)，再由電動機(jī)控制球形閥。初始狀態(tài)球形閥關(guān)閉，當(dāng)注水管中水壓達(dá)到一定值時(shí)，中央控制臺發(fā)出指令啟動電動機(jī)，以控制所述球形閥持續(xù)的規(guī)律性的開閉，從而形成脈沖高壓水。然后由所述輸水器供給所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)脈沖水力割縫和壓裂。
[0031]本發(fā)明提供的所述脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，改變了現(xiàn)有的恒定壓力水的水力割縫及壓裂，改恒壓水為脈沖水，使用脈沖水進(jìn)行壓裂和割縫，能夠使煤體反復(fù)承受拉應(yīng)力與壓應(yīng)力的作用，致使煤體發(fā)生拉伸破壞、拉剪破壞與壓剪破壞。
[0032]其有益效果為:(I)在脈沖水力割縫的基礎(chǔ)上進(jìn)行脈沖水力壓裂，可使鉆孔有效抽放半徑比采用單一水力割縫或壓裂技術(shù)明顯增加，能有效減少鉆孔施工的工程量；
[0033](2)脈沖高壓水力割縫-壓裂技術(shù)能使煤體充分卸壓增透，可有效提升煤體透氣性系數(shù)，且可明顯增加高流量瓦斯抽放持續(xù)時(shí)間，可有效提升煤層的瓦斯抽采效率；
[0034](3)脈沖高壓水力割縫-壓裂技術(shù)可有效控制脈沖水力壓裂中裂紋擴(kuò)展方向，可有效防止煤層頂、底板次生災(zāi)害事故發(fā)生。
【附圖說明】
[0035]為了更清楚地說明本發(fā)明【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對【具體實(shí)施方式】或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0036]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置示意圖；
[0037]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中孔口排渣裝置主視圖；
[0038]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中孔口排渣裝置俯視圖；
[0039]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中孔口排渣裝置右視圖；
[0040]圖5本發(fā)明實(shí)施例中脈沖高壓水力割縫-壓裂鉆孔布置示意圖。
[0041]附圖標(biāo)記:
[0042]1-中央控制臺； 2-輸水器；3-水箱；
[0043]4-輸水管；5-注水栗；6-注水管；
[0044]7-電動機(jī)；8-球形閥；9-壓力傳感器；
[0045]10-截止閥；11-溢流閥；12-鉆機(jī)；
[0046]13-壓控鉆頭；14-減速器；15-變頻器；
[0047]16-割縫-壓裂孔；17-抽放孔；18-孔口排渣裝置；
[0048]181-箱體；182-進(jìn)渣口； 183-出水口；
[0049]184-出渣口；185-瓦斯排放口； 19-煤層。
【具體實(shí)施方式】
[0050]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0051]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0052]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī)械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0053]實(shí)施例一
[0054]如圖1所示，在本實(shí)施例中提供了一種脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，所述脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置包括中央控制臺1、輸水器2、水力割縫及壓裂系統(tǒng)和脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng);所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)包括高壓水子系統(tǒng)和脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)；
[0055]所述高壓水子系統(tǒng)用于提供高壓水;所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)用于煤層的水力割縫及壓裂;所述高壓水子系統(tǒng)包括水箱3，所述水箱3的出水口通過輸水管4與注水栗5連接；所述注水栗5通過所述注水管6與所述輸水器2連接；
[0056]所述脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)包括電動機(jī)7和球形閥8，所述球形閥8設(shè)置在所述注水管6上，所述電動機(jī)7與所述球形閥8連接；
[0057]所述注水管6上還設(shè)置有壓力傳感器9，所述壓力傳感器9位于所述球形閥8以及所述注水栗5之間；
[0058]所述壓力傳感器9和所述注水栗5均與所述中央控制臺I相連接;所述注水管6上還設(shè)置有截止閥10，所述截止閥10與所述中央控制臺I相連接;所述截止閥10位于所述壓力傳感器9和所述注水栗5之間；
[0059]所述注水管6在所述截止閥10和所述注水栗5之間設(shè)置有回水支路，所述回水支路與所述水箱3的回水口連通，所述回水支路上設(shè)置有溢流閥11;
[0060]所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)包括鉆機(jī)12，所述鉆機(jī)12的鉆桿連接壓控鉆頭13;
[0061]所述輸水器2的出水口與所述鉆機(jī)12的管路連通；
[0062]所述中央控制臺I分別與所述高壓水子系統(tǒng)和所述電動機(jī)7連接，用于控制所述高壓水子系統(tǒng)和所述電動機(jī)7連接的開閉。
[0063]本發(fā)明提供的脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，在現(xiàn)有的水力割縫或壓裂的基礎(chǔ)上，設(shè)定水流壓力與變化頻率，由現(xiàn)有的單一恒定壓力的水流，變成了脈沖高壓水，通過脈沖高壓水進(jìn)行水力割縫。有現(xiàn)有的單一恒定壓力的水流，變成了脈沖水流，通過脈沖水力進(jìn)行割縫。本裝置包括中央控制臺1、輸水器2、水力割縫及壓裂系統(tǒng)和脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng);所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)包括高壓水子系統(tǒng)和脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)。首先，中央控制臺I發(fā)出指令啟動所述注水栗5，將水箱3中的水注入所述注水管6中。由中央控制臺I控制電動機(jī)7，再由電動機(jī)7控制球形閥8，通過電動機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動，帶動球形閥8的閥門不停轉(zhuǎn)動開閉。初始狀態(tài)球形閥8關(guān)閉，當(dāng)注水管6中水壓達(dá)到一定值時(shí)(壓力由壓力傳感器9探測，達(dá)到一定值回饋給中央控制臺I)，中央控制臺I發(fā)出指令啟動電動機(jī)7，由電動機(jī)7控制所述球形閥8持續(xù)的規(guī)律性的開閉，從而形成脈沖高壓水。脈充高壓水通過輸水器2輸送至鉆機(jī)12上的鉆桿，將脈沖高壓水輸送至壓控鉆頭13。壓控鉆頭13是常用的多功能鉆-割一體化鉆頭，能夠?qū)崿F(xiàn)鉆孔與割縫一體化，當(dāng)割縫完畢后，降低水壓至設(shè)定值以更改壓控鉆頭13的工作模式，實(shí)現(xiàn)壓裂功能。脈沖高壓水輸送至壓控鉆頭13后，由鉆機(jī)12控制實(shí)施脈沖水力割縫。當(dāng)割縫完畢，中央控制臺I發(fā)出指令開啟截止閥10;當(dāng)回水支路中水壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，溢流閥11自動開啟，高壓水回流至水箱3。脈沖水力割縫實(shí)施完畢后，退出鉆桿和鉆頭至設(shè)定位置、降低水壓至設(shè)定值，并在壓裂孔口裝設(shè)封孔器，并更改壓控鉆頭13至壓裂模式，重復(fù)上述產(chǎn)生脈沖水的步驟，輸送脈沖水至壓控鉆頭13，繼續(xù)實(shí)施脈沖水力壓裂。
[0064]本發(fā)明提供的所述脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，改變了現(xiàn)有的恒定壓力水的水力割縫及壓裂，改恒壓水為脈沖水，使用脈沖水進(jìn)行壓裂和割縫，能夠使煤體反復(fù)承受拉應(yīng)力與壓應(yīng)力的作用，致使煤體發(fā)生拉伸破壞、拉剪破壞與壓剪破壞。
[0065]其有益效果為:(I)在脈沖水力割縫的基礎(chǔ)上進(jìn)行脈沖水力壓裂，可使鉆孔有效抽放半徑比采用單一水力割縫或壓裂技術(shù)明顯增加，能有效減少鉆孔施工的工程量；
[0066](2)脈沖高壓水力割縫-壓裂技術(shù)能使煤體充分卸壓增透，增加高流量瓦斯抽放持續(xù)時(shí)間，可有效提升煤層的瓦斯抽采效率；
[0067](3)脈沖高壓水力割縫-壓裂技術(shù)可有效控制脈沖水力壓裂中裂紋擴(kuò)展方向，不僅可增加鉆孔有效抽放半徑，而且可防止頂、底板次生災(zāi)害事故發(fā)生。
[0068]如圖1，本實(shí)施例的可選方案中，脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)還包括減速器14和變頻器15;所述中央控制臺I與所述變頻器15連接;所述變頻器15與所述電動機(jī)7連接，所述電動機(jī)7與所述減速器14連接，所述減速器與所述球形閥8連接。
[0069]所述電動機(jī)7通過數(shù)據(jù)傳輸線與變頻器15相連，通過中央控制臺I進(jìn)行控制，控制電動機(jī)7啟動，通過變頻器15調(diào)節(jié)電動機(jī)7轉(zhuǎn)速，經(jīng)過減速器降低輸出轉(zhuǎn)速，從而自動調(diào)節(jié)球形閥8的開啟與關(guān)閉頻率，可在注水管6中產(chǎn)生脈沖高壓水并自動調(diào)節(jié)高壓水的脈沖頻率。變頻器15和減速器的設(shè)置實(shí)現(xiàn)了脈沖頻率的調(diào)節(jié)，便于控制。
[0070]本實(shí)施例的可選方案中，所述中央控制臺I以PLC控制系統(tǒng)為中心控制系統(tǒng)。
[0071]PLC為邏輯控制器，所述中央控制臺I以PLC控制系統(tǒng)為中心進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能:
[0072](I)控制注水栗5的啟動與關(guān)閉；
[0073](2)控制截止閥10的啟動與關(guān)閉；
[0074](3)顯示壓力傳感器9的水壓大?。?br>[0075](4)控制脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)，以設(shè)定頻率開啟與關(guān)閉。
[0076]本實(shí)施例的可選方案中，所述輸水管4和所述注水管6采用鋼鞭管。
[0077]球形閥適宜于在管路上使用控制液體流動的開閉，技術(shù)成熟便于使用。
[0078]本實(shí)施例的可選方案中，所述壓控鉆頭13的割縫噴嘴2-3個(gè)，呈180°或120°分布，割縫噴嘴直徑2.5mm。
[0079]實(shí)施例二
[0080]本實(shí)施例提供的所述脈沖高壓水力割縫-壓裂方法，不同于現(xiàn)有的恒定壓力水的恒定水力割縫-壓裂方法，是在實(shí)施例一提供的所述脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的脈沖高壓水力割縫-壓裂方法。
[0081]具體而言，如圖1-5，所述脈沖高壓水力割縫-壓裂方法包括:
[0082]步驟1、施工割縫-壓裂孔16與抽放孔17;
[0083]首先確定煤層19中施工時(shí)的鉆孔位置以及鉆孔間距d，然后施工鉆出兩個(gè)抽放孔17，兩個(gè)抽放孔17的間距為兩倍鉆孔間距及2d，然后在兩個(gè)所述抽放孔17的中心鉆出割縫-壓裂孔16。
[0084]步驟2、通過所述脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置對所述割縫-壓裂孔16進(jìn)行脈沖水力徑向割縫，壓控鉆頭13的割縫噴嘴2-3個(gè)，呈180°或120°分布，割縫噴嘴直徑2.5mm；
[0085](I)將孔口排渣裝置18通過封孔管路與所述割縫-壓裂孔16相連；
[0086](2)當(dāng)施工完割縫-壓裂孔16以后，保持所述球形閥8處于關(guān)閉狀態(tài)，所述中央控制臺I啟動所述高壓水子系統(tǒng)向所述注水管6內(nèi)供水。也就是所述中央控制臺I發(fā)出指令啟動注水栗5，將水箱3中的水注入注水管6中；
[0087](3)當(dāng)注水管6中的水壓達(dá)到一定值時(shí)(壓力由壓力傳感器9探測，達(dá)到一定值回饋給中央控制臺I)，中央控制臺I發(fā)出指令開啟所述電動機(jī)7，通過變頻器15調(diào)節(jié)電動機(jī)7轉(zhuǎn)速，經(jīng)過減速器降低輸出轉(zhuǎn)速，從而自動調(diào)節(jié)球形閥8的開啟與關(guān)閉頻率，可在注水管6中產(chǎn)生脈沖高壓水并自動調(diào)節(jié)高壓水的脈沖頻率；
[0088](4)將壓控鉆頭置于割縫模式，所述脈沖高壓水通過所述輸水器2輸送送至水力割縫及壓裂系統(tǒng)，也就是最終輸送至壓控鉆頭13后，由鉆機(jī)12控制實(shí)施脈沖水力割縫;產(chǎn)生的廢水、煤渣與瓦斯通過所述割縫-壓裂孔16以及所述封孔管路排入孔口排渣裝置18;脈動水力割縫以一定的步距從鉆孔末端逐步移至鉆孔始端。所述孔口排渣裝置18采用現(xiàn)有的孔口排渣裝置18，包括箱體181，箱體上設(shè)置有進(jìn)渣口 182、出水口 183、出渣口 184和瓦斯排放口185。所述孔口排渣裝置18的進(jìn)渣口通過封孔管路與割縫-壓裂孔16相連，通過瓦斯排放口與礦井的瓦斯抽放管路相連。
[0089]步驟3、通過所述脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置對所述割縫-壓裂孔16進(jìn)行脈沖水力壓裂。
[0090]脈沖水力割縫實(shí)施完畢后，央控制臺發(fā)出指令開啟截止閥10;當(dāng)回水支路中水壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，溢流閥11自動開啟，高壓水回流至水箱3。退出鉆桿和鉆頭至設(shè)定位置、降低水壓至設(shè)定值，并更改壓控鉆頭13至壓裂模式，并在壓裂孔口裝設(shè)封孔器，重復(fù)上述產(chǎn)生脈沖水及輸送水的步驟，輸送脈沖水至壓控鉆頭13，繼續(xù)實(shí)施脈沖水力壓裂。
[0091]完成脈沖水力割縫-壓裂增透技術(shù)全部工藝流程后，將割縫-壓裂孔16與兩個(gè)抽放孔17并入礦井瓦斯抽放管路并考察瓦斯抽放效果。
[0092]最后應(yīng)說明的是:以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照前述各實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，其特征在于，包括中央控制臺、輸水器、水力割縫及壓裂系統(tǒng)和脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng);所述脈沖水壓發(fā)生系統(tǒng)包括高壓水子系統(tǒng)和脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)； 所述高壓水子系統(tǒng)用于提供高壓水;所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)用于煤層的水力割縫及壓裂； 所述高壓水子系統(tǒng)和所述輸水器的進(jìn)水口通過注水管連接，所述輸水器的出水口與所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)連通； 所述脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)包括電動機(jī)和球形閥，所述球形閥設(shè)置在所述注水管上，所述電動機(jī)與所述球形閥連接； 所述中央控制臺分別與所述高壓水子系統(tǒng)和所述電動機(jī)連接，用于控制所述高壓水子系統(tǒng)和所述電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，其特征在于，脈沖高壓水頻率發(fā)生子系統(tǒng)還包括減速器和變頻器;所述中央控制臺與所述變頻器連接;所述變頻器與所述電動機(jī)連接，所述電動機(jī)與所述減速器連接，所述減速器與所述球形閥連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，其特征在于，所述高壓水子系統(tǒng)包括水箱，所述水箱的出水口通過輸水管與注水栗連接;所述注水栗通過所述注水管與所述輸水器連接； 所述注水管上還設(shè)置有壓力傳感器，所述壓力傳感器位于所述球形閥以及所述注水栗之間； 所述壓力傳感器和所述注水栗均與所述中央控制臺相連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，其特征在于，所述注水管上還設(shè)置有截止閥，所述截止閥與所述中央控制臺相連接;所述截止閥位于所述壓力傳感器和所述注水栗之間； 所述注水管在所述截止閥和所述注水栗之間設(shè)置有回水支路，所述回水支路與所述水箱的回水口連通，所述回水支路上設(shè)置有溢流閥。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，其特征在于，所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)包括鉆機(jī)，所述鉆機(jī)的鉆桿連接壓控鉆頭； 所述輸水器的出水口與所述鉆機(jī)的管路連通。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置，其特征在于，所述中央控制臺以PLC控制系統(tǒng)為中心控制系統(tǒng)。7.—種基于權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置的脈沖高壓水力割縫-壓裂方法，其特征在于，所述脈沖高壓水力割縫-壓裂方法包括: 步驟1、施工割縫-壓裂孔與抽放孔； 步驟2、通過所述脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置對所述割縫-壓裂孔進(jìn)行脈沖水力徑向割縫; 步驟3、通過所述脈沖高壓水力割縫-壓裂裝置對所述割縫-壓裂孔進(jìn)行脈沖水力壓裂。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的脈沖高壓水力割縫-壓裂方法，其特征在于，所述步驟I中，所述割縫-壓裂孔與所述抽放孔的施工方法為，首先確定煤層中施工時(shí)的鉆孔位置以及鉆孔間距，然后施工兩個(gè)抽放孔，兩個(gè)抽放孔的間距為兩倍鉆孔間距，然后在兩個(gè)所述抽放孔的中心施工割縫-壓裂孔。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的脈沖高壓水力割縫-壓裂方法，其特征在于，所述步驟2中，脈沖徑向割縫施工方法包括: 步驟21，將孔口排渣裝置通過封孔管路與所述割縫-壓裂孔相連； 步驟22，保持所述球形閥處于關(guān)閉狀態(tài)，所述中央控制臺啟動所述高壓水子系統(tǒng)向所述注水管內(nèi)供水； 步驟23，當(dāng)所述注水管中的水壓達(dá)到一定值時(shí)，所述中央控制臺發(fā)出指令開啟所述電動機(jī)，通過所述電動機(jī)控制所述球形閥的連續(xù)開閉，形成脈沖高壓水； 步驟24，所述脈沖高壓水通過所述輸水器輸送至水力割縫及壓裂系統(tǒng)對所述割縫-壓裂孔實(shí)施水力割縫，產(chǎn)生的廢水、煤渣與瓦斯通過所述割縫-壓裂孔以及所述封孔管路排入所述孔口排渣裝置；10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的脈沖高壓水力割縫-壓裂方法，其特征在于，脈沖水力壓裂施工方法為:脈沖徑向割縫實(shí)施完畢后，退出所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)至設(shè)定位置、降低水壓至設(shè)定值，并在壓裂孔口裝設(shè)封孔器，通過所述水力割縫及壓裂系統(tǒng)對割縫-壓裂孔實(shí)施脈沖水力壓裂。
【文檔編號】E21B43/26GK105909228SQ201610496407
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】李峰
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)(北京)