井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法

本申请涉及矿井岩层压力，具体涉及井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法。

背景技术：

1、我国煤矿区成煤地质背景复杂，多数煤层具有低渗、不饱和、高吸附性、构造煤发育等特点，瓦斯抽采达标难度大，单一低渗突出煤层瓦斯高效抽采仍是煤矿区瓦斯治理亟待突破的技术难题，近年来提出了以卸压抽采和缝网改造等煤层瓦斯治理技术，特别是水力压裂技术具有卸压范围大、增透效果明显等优点。

2、水力压裂技术利用高压水对钻孔周围煤体物理力学性质、应力场和瓦斯渗流场产生扰动和改变，使之重新分布，并在钻孔周围煤体中产生驱排瓦斯和激活原生裂隙的双重作用，能显著改善煤层瓦斯流动条件、提高钻孔瓦斯抽采效果，但是在压裂过程射孔朝向，钻孔内压力等影响压裂效果和压裂半径，导致压裂效果不理想进一步的讲难以实现真正意义上的区域瓦斯治理。

3、因此有必要提供井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

技术实现思路

1、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，包括：

2、管柱，可以整体下方进入煤层钻孔中，且在所述钻孔之中还安装有桥塞；

3、水力喷射组件，固定连接在所述管柱上；

4、单向阀，固定安装在所述管柱端部，且在所述单向阀另一端依次固定连接有筛管和导头。

5、进一步，作为优选，水力喷射组件包括：

6、接头，对称布置为两个，同所述管柱固定连接；

7、承载管，固定设置在两个所述接头之间，且所述承载管中间位置处内壁开设有撑环形的余量槽，且在所述余量槽中圆周均布开设有多个喷口；

8、内滑套，可滑动设置在所述承载管内部，且所述内滑套一端同所述接头之间设置有复位弹簧，所述内滑套另一端内部固定设置有球座，且在所述内滑套中间位置处圆周开设有多个连通口；

9、喷头组件，布置为多个，且所述喷头组件一端通过所述喷口同所述承载管连接，所述喷头组件另一端通过所述连通口同所述内滑套连接。

10、进一步，作为优选，在临近所述复位弹簧的所述接头内壁圆周开设有多个卡接槽，且在所述卡接槽内部设置有自锁条，所述自锁条为依次排列的阶梯形锯齿，且所述锯齿从所述复位弹簧一端为起始由低到高排列。

11、进一步，作为优选，所述内滑套上还开设有用于安置所述复位弹簧的复位槽，且所述内滑套靠近安装所述复位弹簧的端面，圆周均布安装有多个卡接板。

12、进一步，作为优选，所述卡接板裸露端设置有卡头，所述卡头安置在所述卡接槽中，所述卡头用于同所述自锁条卡接，且在所述卡头反面设置有用于断开所述卡头和所述自锁条卡接的复位头。

13、进一步，作为优选，所述喷头组件包括：

14、伸缩底座，可滑动设置在所述连通口内，且所述伸缩底座和所述连通口之间设置有伸缩弹簧；

15、下喷头，转动设置在所述伸缩底座上；

16、上喷头，一端滑动套接在所述下喷头外，另一端转动设置所述喷口上；

17、星形支座，固定设置在所述上喷头内部，所述星形支座靠近所述喷口；

18、加塞球，滑动设置在所述下喷头内部。

19、进一步，作为优选，所述下喷头同所述伸缩底座的连接方式，与所述上喷头和所述喷口的连接方式相同，均为球头铰接的形式。

20、进一步，作为优选，所述星形支座和所述加塞球之间设置有加塞弹簧，且所述下喷头球头位置内壁设置有卡环，限制所述加塞球的滑动范围。

21、进一步，作为优选，所述下喷头内壁圆周开设有多个通槽口，且从所述下喷头端面环形切割出连通所述通槽口的导流口。

22、本申请还提出井下煤层定向压裂瓦斯抽采方法，包括：

23、ⅰ.利用定向钻进技术控制钻孔轨迹沿着煤层轴向延伸钻井，结束钻井并且最后一层套管完成固井之后拆卸钻机；

24、ⅱ.安装临时井口并下放管柱，向管柱内注入水和凝胶的混合物，混合物通过所述筛管流出所述管柱内部进入所述管柱和孔道之间，清洗井眼进行环空；

25、ⅲ.投入封口球至单向阀位置封堵所述管柱，依据对煤层裂缝监测结果，以形成最大的裂缝网络为标准，调整水力喷射组件，之后将水力喷射组件跟随管柱下方到合适位置进行射孔作业；

26、ⅳ.然后用泵车队将主要由砂子和水组成的混合物泵入井眼深处，通过加砂方式完成压裂施工，在目标煤层中形成大范围缝网，使得井点与煤层连通；

27、ⅴ.压裂液反排后下入桥塞隔离一级井段，再次调整水力喷射组件后下方，进行第二次射孔然后泵入水力压裂液进行二级压裂作业，沿井眼整个水平段重复过程，完成多级压裂施工后拆除压裂管线，用修井机钻铣掉桥塞，使石油或天然气沿井筒向上流动。

28、与现有技术相比，本申请提供井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，具有以下有益效果：

29、1.本申请中水力压裂作业通常需要利用高速水磨料混合体对地层进行射孔，但是射孔的朝向由喷射结构自身限制，导致形成的孔道单一，本申请中可对水力喷射组件进行调节，具体的向管柱中投入封口球，封口球落在球座上实现封堵，随着水压力的增加封口球带动内滑套相对承载管滑动，相应的喷头组件发生偏转，在后续进行射孔作业时，能够实现多角度射孔作业；

30、2.本申请中通过加塞球滑动控制射孔液和压裂液导通，具体的随着管道内部水压增加大于外部水压和加塞弹簧压力时通道导通，射孔液和压裂液冲击而出，内部泄压至低于外部压力重新循环形成脉冲，脉动水力对煤岩体产生损伤，并在岩石上产生疲劳损伤，主裂缝进一步延伸、交叉，并形成贯穿缝，提高压裂效果。

技术特征：

1.井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，其特征在于：水力喷射组件(2)包括：

3.根据权利要求2所述的井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，其特征在于：在临近所述复位弹簧(24)的所述接头(21)内壁圆周开设有多个卡接槽(211)，且在所述卡接槽(211)内部设置有自锁条(212)，所述自锁条(212)为依次排列的阶梯形锯齿，且所述锯齿从所述复位弹簧(24)一端为起始由低到高排列。

4.根据权利要求3所述的井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，其特征在于：所述内滑套(23)上还开设有用于安置所述复位弹簧(24)的复位槽(232)，且所述内滑套(23)靠近安装所述复位弹簧(24)的端面，圆周均布安装有多个卡接板(233)。

5.根据权利要求4所述的井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，其特征在于：所述卡接板(233)裸露端设置有卡头，所述卡头安置在所述卡接槽(211)中，所述卡头用于同所述自锁条(212)卡接，且在所述卡头反面设置有用于断开所述卡头和所述自锁条(212)卡接的复位头(234)。

6.根据权利要求5所述的井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，其特征在于：所述喷头组件(26)包括：

7.根据权利要求6所述的井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，其特征在于：所述下喷头(263)同所述伸缩底座(261)的连接方式，与所述上喷头(264)和所述喷口(222)的连接方式相同，均为球头铰接的形式。

8.根据权利要求7所述的井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，其特征在于：所述星形支座(265)和所述加塞球(266)之间设置有加塞弹簧(267)，且所述下喷头(263)球头位置内壁设置有卡环，限制所述加塞球(266)的滑动范围。

9.根据权利要求8所述的井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，其特征在于：所述下喷头(263)内壁圆周开设有多个通槽口(268)，且从所述下喷头(263)端面环形切割出连通所述通槽口(268)的导流口(269)。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备的井下煤层定向压裂瓦斯抽采方法，包括：

技术总结本申请公开了井下煤层定向压裂瓦斯抽采设备及方法，涉及矿井岩层压力技术领域包括：管柱，可以整体下方进入煤层钻孔中，且在所述钻孔之中还安装有桥塞；水力喷射组件固定连接在所述管柱上，包括：接头，对称布置为两个，同所述管柱固定连接；承载管，固定设置在两个所述接头之间；内滑套，可滑动设置在所述承载管内部，且所述内滑套一端同所述接头之间设置有复位弹簧，所述内滑套另一端内部固定设置有球座；喷头组件，布置为多个，且所述喷头组件一端通过所述喷口同所述承载管连接，所述喷头组件另一端通过所述连通口同所述内滑套连接，单向阀，固定安装在所述管柱端部，且在所述单向阀另一端依次固定连接有筛管和导头。技术研发人员：刘闯,袁瑞甫,蒋东杰,郭军杰,张浩强,胡瑞涛,司晓鹏,吴桐,李丙广,张启硕受保护的技术使用者：河南工程学院技术研发日：技术公布日：2024/7/15