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申请/专利权人：中国矿业大学

摘要：本发明公开了一种气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置及方法，装置包括：钻机通过高压管路连接分段压裂装置，排水卸压管路通过第一三通与高压管路连接，电磁阀A端通过第二三通与高压管路连接；高压注液泵站通过高压流体管路与电磁阀P端连接；高压流体管路上设有注液开关、高压流体管路压力表；高压气动力装置通过高压气体管路与电磁阀R端连接；高压气体管路上依次设有高压气罐、气动力开关；钻机和第一三通之间的高压管路上设有挡销。本发明通过操作控制系统就可以控制起裂与压裂；通过设计起裂前胶囊封隔器的初始坐封环节，避免了胶囊封隔器受高压冲击而破裂，实现了气动力冲击起裂；通过多级分段压裂，实现了煤岩层的整体均匀压裂。

主权项：1.一种基于气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置的起裂与分段压裂方法，其特征在于：气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置包括：钻机2、控制系统3、排水卸压管路4-3、电磁阀10、高压注液泵站5、高压气动力装置6、分段压裂装置7，其特征在于：钻机2通过高压管路4连接分段压裂装置7，高压管路4上靠近钻机2的一端依次设有第一三通15-1、第二三通15-2；排水卸压管路4-3通过第一三通15-1与高压管路4连接，排水卸压管路4-3上设有卸压开关16，卸压开关16和第一三通15-1之间设有排水卸压管路压力表17；电磁阀10A端通过第二三通15-2与高压管路4连接；高压注液泵站5通过高压流体管路4-1与电磁阀10P端连接；高压流体管路4-1上设有注液开关11、高压流体管路压力表12；高压气动力装置6通过高压气体管路4-2与电磁阀10R端连接；高压气体管路4-2上依次设有高压气罐8、第一气动力开关9-1、第二气动力开关9-2；钻机2和第一三通15-1之间的高压管路4上设有挡销13；控制系统3分别与高压注液泵站5、高压气动力装置6、电磁阀10、注液开关11、第一气动力开关9-1、第二气动力开关9-2连接；起裂与分段压裂方法包括如下步骤：S1：布置钻孔：通过钻机2在煤岩层1中钻出具有预设长度的钻孔14，钻孔14用清水冲洗，保证孔壁光滑；S2：设备安装：通过钻机2下入分段压裂装置7和依次连接的多节高压管路4，高压管路4尾端通过钻机2固定；S3：进行起裂压裂前的密封性检测：电磁阀10处于断电状态，卸压开关16和挡销13处于闭合状态，电磁阀10A端和P端相通，打开控制系统3中的总开关A、高压注液泵站开关B、注液开关F；经触发时间T1后，高压注液泵站5开始工作，流体通过高压流体管路4-1、电磁阀10逐渐充满高压管路4内部；当高压流体管路压力表12读数达到密封性检测压力P1时，关闭控制系统3中的高压注液泵站开关B和注液开关F，经静置时间T2后，若T2时间段内高压流体管路压力表12读数P1下降不超过△P，表明管路系统密封性良好；若T2时间段内高压流体管路压力表12读数P1下降超过△P，则需要对管路系统进行检修，检修后再次对管路密封性进行检测，直到达到要求；S4：封隔器初始坐封：打开控制系统3中的高压注液泵站开关B和注液开关F，经触发时间T1后，高压注液泵站5开始工作，流体通过高压流体管路4-1、电磁阀10持续向高压管路4中注入流体；当高压流体管路压力表12读数达到封隔器单向阀7-7开启压力Pf1后，封隔器单向阀7-7被打开，胶囊封隔器内部逐渐充入流体并不断膨胀，并逐渐与孔壁紧密贴合形成环形封闭空间，实现初始坐封；S5：气动力冲击流体起裂：关闭控制系统3中高压注液泵站开关B、注液开关F，打开控制系统3的高压气动力装置开关C、电磁阀开关E；经触发时间T1后，电磁阀10处于接通状态，电磁阀10A端和R端相通，高压气动力装置6开启，高压气动力装置6形成的高压气体进入高压气罐8；打开控制系统3中的气动力开关D，经触发时间T1后，高压气体管路4-2上的第一气动力开关9-1、第二气动力开关9-2同时开启，高压气罐8中存储的高压气体瞬间释放，在极短时间内冲击高压管路4内部的流体，胶囊封隔器受高压流体冲击进一步贴合孔壁完成加强坐封，分段压裂装置7中部的高压钢管单向阀7-1在高压气体冲击作用下瞬间打开，高压流体进入两个胶囊封隔器与高压管路4之间的环形封闭空间，瞬间破裂煤岩体，实现高压气动力冲击流体起裂；S6：水力压裂：关闭控制系统3的高压气动力装置开关C、气动力开关D和电磁阀开关E，经过触发时间T1后，高压气动力装置6、第一气动力开关9-1、第二气动力开关9-2和电磁阀10关闭，再打开控制系统3的高压注液泵站开关B和注液开关F；经过触发时间T1后，高压注液泵站5开启，电磁阀10A端和P端相通，高压流体进入高压管路4，高压管路4内的流体压力持续升高，当流体压力大于高压钢管单向阀7-1开启压力Pf2时，高压钢管单向阀7-1开启，高压流体进入两个胶囊封隔器与高压管路4之间的封闭空间，使起裂裂缝扩展，实现煤岩层1的分段压裂；S7：静置与排水卸压：依次关闭控制系统3的高压注液泵站开关B、注液开关F、总开关A，经过静置时间T3后，手动打开卸压开关16进行排液卸压，胶囊封隔器收缩；S8：将分段压裂装置7移动预定距离，重复步骤S4至步骤S7，从里向外逐级分段对煤岩层1进行压裂，使得整个钻孔14的轴向范围的煤岩层1均匀压裂；直至整个钻孔14压裂全部完成后，将高压管路4和分段压裂装置7退出煤岩层1。

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百度查询： 中国矿业大学 一种基于气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置的起裂与分段压裂方法