CN111980650B - 一种上向钻孔低温流体分级致裂方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，先采用射孔枪预制出三个裂缝区，然后通过水管注水使水压封堵器充起，从而形成三个密封压裂室；向三个密封压裂室内依次注满过冷水，最后将低温流体依次流经三个密封压裂室内的内螺纹换热管和外螺纹换热管，在低温流体流经各个密封压裂室时，各个密封压裂室内的过冷水与低温流体发生热交换，此时过冷水的温度快速下降，使水相变成冰体积增大，从而利用其冰胀力对各个密封压裂室进行压裂，持续一定时间后，停止并多次循环，完成过冷水冰胀致裂过程；不仅能有效保证煤岩体的致裂效果及降低水力压裂所需的高压，而且由于过冷水无化学剂添加，因此泄漏后不会对周围环境造成污染。

Description

一种上向钻孔低温流体分级致裂方法

技术领域

本发明涉及一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，属于煤岩体增透技术领域。

背景技术

中国煤层气资源丰富，发展潜力大，可采资源量约为10.87×10¹²m³，未来10～20年，中国煤层气产量将显著增长，在弥补常规油气产量短缺中扮演日益重要的角色。随着开采深度的增加，煤层中的煤层气含量、压力也逐渐增大，煤层渗透率逐渐减下，煤层气爆炸、煤与瓦斯突出等瓦斯灾害也日趋严重，煤层气抽采必不可少。通过调研发现，目前煤层气抽采普遍出现抽放浓度低、抽放量小的问题，传统增透措施多为水力化措施，如水力压裂、水射流割缝等，无法形成复杂的抽采裂隙网络且用水量巨大，由于压裂液内添加特殊化学试剂，一旦泄露会污染地下水体，并且水力压裂在坚硬地层内启动压力高、水资源大量浪费等。

另外现有水力压裂均是通过高压水对煤岩层进行压裂，因此需要持续较大的高压，才能保证水对煤岩层的持续压裂，这样导致耗能较大且水资源浪费严重；因此如何有效降低水力压裂过程中的耗能及防止泄漏后污染地下水体为本行业的研究方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，通过过冷水与低温流体进行热交换，利用过冷水相变产生的冻胀力进行压裂过程，不仅能有效保证煤岩体的致裂效果及降低水力压裂所需的高压，而且由于过冷水无化学剂添加，因此泄漏后不会对周围环境造成污染。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，具体步骤为：

A、先在巷道内打设上向钻孔，然后将水射流割缝设备伸入到上向钻孔内，以上向钻孔的轴线为中心沿垂直于上向钻孔的方向等间距的割出三个裂缝区，分别为第一裂缝区、第二裂缝区和第三裂缝区；

B、设置三组橡胶封堵装置，分别为第一橡胶封堵装置、第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置，每组橡胶封堵装置由两个未充起的水压封堵器相互平行组成，注水管依次与各个水压封堵器固定连接且注水管内部分别与各个水压封堵器内部的注水通道连通，第三橡胶封堵装置中的一个水压封堵器上安装排气管，且排气管上装有电控阀和湿度传感器；设置第一过冷水管、第二过冷水管和第三过冷水管，第一过冷水管一端伸入第一橡胶封堵装置内，第二过冷水管处于第一橡胶封堵装置和第二橡胶封堵装置之间、且第二过冷水管两端分别伸入第一橡胶封堵装置和第二橡胶封堵装置内；第三过冷水管处于第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置之间、且第三过冷水管两端分别伸入第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置内；在第一橡胶封堵装置、第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置内分别装有第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；

设置第一低温流体注入管、第一低温流体抽出管、第二低温流体注入管、第二低温流体抽出管、第三低温流体注入管、第三低温流体抽出管、第一外螺旋换热管、第一内螺旋换热管、第二外螺旋换热管、第二内螺旋换热管、第三外螺旋换热管和第三内螺旋换热管，第一外螺旋换热管和第一内螺旋换热管相互交错设置在第一橡胶封堵装置内，第二外螺旋换热管和第二内螺旋换热管相互交错设置在第二橡胶封堵装置内，第三外螺旋换热管和第三内螺旋换热管相互交错设置在第三橡胶封堵装置内；第一低温流体注入管套在第一低温流体抽出管外部，且第一低温流体注入管一端伸入第一橡胶封堵装置内与第一外螺旋换热管一端密封连接，第一低温流体抽出管一端伸入第一橡胶封堵装置内与第一内螺旋换热管一端密封连接；第二低温流体抽出管和第二低温流体注入管处于第一橡胶封堵装置和第二橡胶封堵装置之间、且第二低温流体注入管套在第二低温流体抽出管外部，第二低温流体注入管一端伸入第一橡胶封堵装置内与第一外螺旋换热管另一端密封连接，第二低温流体抽出管一端伸入第一橡胶封堵装置内与第一内螺旋换热管另一端密封连接，第二低温流体注入管另一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二外螺旋换热管一端密封连接，第二低温流体抽出管另一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二内螺旋换热管一端密封连接；第三低温流体抽出管和第三低温流体注入管处于第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置之间、且第三低温流体注入管套在第三低温流体抽出管外部，第三低温流体注入管一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二外螺旋换热管另一端密封连接，第三低温流体抽出管一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二内螺旋换热管另一端密封连接，第三低温流体注入管另一端伸入第三橡胶封堵装置内与第三外螺旋换热管一端密封连接，第三低温流体抽出管另一端伸入第三橡胶封堵装置内与第三内螺旋换热管一端密封连接；第三外螺旋换热管另一端和第三内螺旋换热管另一端密封连接，完成压裂系统的初步组装；

C、将压裂系统从伸入上向钻孔内、且使第一裂缝区处于第一橡胶封堵装置的两个水压封堵器之间，第二裂缝区处于第二橡胶封堵装置的两个水压封堵器之间，第三裂缝区处于第三橡胶封堵装置的两个水压封堵器之间；然后将上向钻孔的孔口进行密封，在巷道内设有水箱、过冷水箱和低温流体存储箱，水箱上装有注水泵，过冷水箱上装有过冷水注水泵，低温流体存储箱上装有低温流体注入泵和低温流体抽出泵；第一过冷水管另一端伸出上向钻孔并与过冷水注水泵连接；注水管伸出上向钻孔并与注水泵连接；第一低温流体注入管另一端伸出上向钻孔并伸入低温流体存储箱内；第一低温流体抽出管另一端伸出上向钻孔并与低温流体抽出泵连接；在伸出上向钻孔的第一过冷水管、注水管、第一低温流体注入管和第一低温流体抽出管上均装有控制阀，从而完成压裂系统的布设过程；

D、先开启注水管上的控制阀及注水泵，使水箱内的水以一定水压沿注水管注入各个橡胶封堵装置的水压封堵器内，使各个水压封堵器受力充起与水平钻井的内壁压紧密封并保持当前水压，从而形成第一密封压裂室、第二密封压裂室和第三密封压裂室；

E、开启第三压裂室排气口处电控阀，然后开启第一过冷水管上的控制阀及过冷水注水泵使过冷水箱内的过冷水以一定水压沿过第一过冷水管先注入第一密封压裂室内，直至第一密封压裂室注满后，过冷水通过第二过冷水管进入第二密封压裂室，直至第二密封压裂室注满后，过冷水通过第三过冷水管进入第三密封压裂室，为保证过冷水最大程度充满三个密封压裂室，原三个密封压裂室内的空气由第三密封压裂室的排气管排出，待排气管处湿度传感器监测到有水流出时，关闭电控阀，直至第三压力传感器检测到第三密封压裂室内的水压达到2MPa时停止过冷水注水泵工作，并关闭第一过冷水管上的控制阀，此时各个压裂密封室内注满过冷水，且过冷水对压裂密封室周围岩体施加压力；

F、同时开启低温流体注入泵、低温流体抽出泵、第一低温流体注入管上的控制阀和第一低温流体抽出管上的控制阀，此时低温流体进入第一低温流体注入管，并依次流经第一外螺旋换热管、第二低温流体注入管、第二外螺旋换热管、第三低温流体注入管、第三外螺旋换热管、第三内螺旋换热管、第三低温流体抽出管、第二内螺旋换热管、第二低温流体抽出管、第一内螺旋换热管和第一低温流体抽出管，最后回到低温流体存储箱进行回收；在低温流体经过第一外螺旋换热管和第一内螺旋换热管时，第一密封压裂室内的过冷水与低温流体发生热交换，此时过冷水的温度快速下降，使水相变成冰，从而利用其冰胀力对第一密封压裂室进行压裂，同时经过热交换的低温流体部分相变形成气体，并随低温流体流动；同理，在低温流体经过第二密封压裂室和第三密封压裂室时分别对两者通过冰胀力进行压裂；如此持续，直至第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器各自检测的压力值均超过30Mpa时，停止低温流体注入泵和低温流体抽出泵，完成一次分段式过冷水冰胀致裂过程；

G、随着时间推移，冰受地热影响会再次融化，使其冰胀力降低，当第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器各自检测的压力值均低于2Mpa时，再次重复步骤E至F，如此循环多次，从而进行分段式过冷水冰胀致裂过程，最终完成水平钻井的致裂过程。

进一步，所述低温流体为液态氮、液态二氧化碳的其中一种。

进一步，所述过冷水为温度预冷到0°或接近0°的低温水。

优选的，所述水压封堵器由带有注水通道的钢制堵头和橡胶密封环组成，橡胶密封环固定在钢制堵头的外沿。水压封堵器可以采用本结构也可以采用全橡胶制备，采用本结构能有效增加水压封堵器的封堵强度及支撑强度，从而提高封堵效果。

与现有技术相比，本发明先采用射孔枪预制出三个裂缝区，然后通过过冷水管、注水管、橡胶封堵装置、内螺旋换热管、外螺旋换热管、低温流体注入管和低温流体抽出管组成压裂系统，将压裂系统伸入到上向钻孔内完成装配，通过注水管注水使水压封堵器充起，从而形成三个密封压裂室，每个密封压裂室分别处于三个裂缝区；通过三个过冷水管依次向三个密封压裂室内注入过冷水，直至过冷水注满三个密封压裂室，且第三密封压裂室内的水压达到2MPa时完成注入过程；最后将低温流体依次流经第一低温流体注入管、第一外螺旋换热管、第二低温流体注入管、第二外螺旋换热管、第三低温流体注入管、第三外螺旋换热管、第三内螺旋换热管、第三低温流体抽出管、第二内螺旋换热管、第二低温流体抽出管、第一内螺旋换热管和第一低温流体抽出管，最后回到低温流体存储车进行回收；在低温流体流经各个密封压裂室时，各个密封压裂室内的过冷水与低温流体发生热交换，此时过冷水的温度快速下降，使水相变成冰从而利用其冰胀力对各个密封压裂室进行压裂，同时经过热交换的低温流体部分相变形成气体，并随低温流体流动循环；如此持续直至三个密封压裂室内的压力值均超过30Mpa时停止低温流体注入循环，完成一次分段式过冷水冰胀致裂过程；间隔一段时间后再重复上述致裂过程多次，最终完成水平钻井的致裂过程；因此本发明不仅能有效保证煤岩体的致裂效果及降低水力压裂所需的高压，而且由于过冷水无化学剂添加，因此泄漏后不会对周围环境造成污染。

附图说明

图1是本发明的致裂过程示意图；

图2是图1中井巷部分的局部放大图；

图3是图1中各个密封压裂室部分的局部放大图。

图中：1、煤层，2、上向钻孔，3、过冷水箱，4、过冷水注水泵，5、第一过冷水管，6、第一低温流体注入管，7、第一低温流体抽出管，8、低温流体注入泵，9、低温流体抽出泵，10、低温流体存储箱，11、巷道，12、注水管，13、注水泵，14、水箱，15、第一密封压裂室，16、第二密封压裂室，17、第三密封压裂室，18、第二过冷水管，19、第三过冷水管，20、第二低温流体注入管，21、第二低温流体抽出管，22、第三低温流体注入管，23、第三低温流体抽出管，24、第一外螺旋换热管，25、第一内螺旋换热管，26、第一橡胶封堵装置，27、排气管。

具体实施方式

下面将对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，本发明的具体步骤为：

A、先在巷道11内打设上向钻孔2，然后将水射流割缝设备伸入到上向钻孔2内，以上向钻孔2的轴线为中心沿垂直于上向钻孔2的方向等间距的割出三个裂缝区，分别为第一裂缝区、第二裂缝区和第三裂缝区；

B、设置三组橡胶封堵装置，分别为第一橡胶封堵装置26、第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置，每组橡胶封堵装置由两个未充起的水压封堵器相互平行组成，注水管12依次与各个水压封堵器固定连接且注水管12内部分别与各个水压封堵器内部的注水通道连通，第三橡胶封堵装置中的一个水压封堵器上安装排气管27，且排气管27上装有电控阀和湿度传感器；设置第一过冷水管5、第二过冷水管18和第三过冷水管19，第一过冷水管5一端伸入第一橡胶封堵装置26内，第二过冷水管18处于第一橡胶封堵装置26和第二橡胶封堵装置之间、且第二过冷水管18两端分别伸入第一橡胶封堵装置26和第二橡胶封堵装置内；第三过冷水管19处于第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置之间、且第三过冷水管两端分别伸入第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置内；在第一橡胶封堵装置26、第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置内分别装有第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；

设置第一低温流体注入管6、第一低温流体抽出管7、第二低温流体注入管20、第二低温流体抽出管21、第三低温流体注入管22、第三低温流体抽出管23、第一外螺旋换热管24、第一内螺旋换热管25、第二外螺旋换热管、第二内螺旋换热管、第三外螺旋换热管和第三内螺旋换热管，第一外螺旋换热管24和第一内螺旋换热管25相互交错设置在第一橡胶封堵装置26内，第二外螺旋换热管和第二内螺旋换热管相互交错设置在第二橡胶封堵装置内，第三外螺旋换热管和第三内螺旋换热管相互交错设置在第三橡胶封堵装置内；第一低温流体注入管6套在第一低温流体抽出管7外部，且第一低温流体注入管6一端伸入第一橡胶封堵装置26内与第一外螺旋换热管24一端密封连接，第一低温流体抽出管7一端伸入第一橡胶封堵装置26内与第一内螺旋换热管25一端密封连接；第二低温流体抽出管21和第二低温流体注入管20处于第一橡胶封堵装置26和第二橡胶封堵装置之间、且第二低温流体注入管20套在第二低温流体抽出管21外部，第二低温流体注入管20一端伸入第一橡胶封堵装置26内与第一外螺旋换热管24另一端密封连接，第二低温流体抽出管21一端伸入第一橡胶封堵装置26内与第一内螺旋换热管25另一端密封连接，第二低温流体注入管20另一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二外螺旋换热管一端密封连接，第二低温流体抽出管21另一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二内螺旋换热管一端密封连接；第三低温流体抽出管23和第三低温流体注入管22处于第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置之间、且第三低温流体注入管22套在第三低温流体抽出管23外部，第三低温流体注入管22一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二外螺旋换热管另一端密封连接，第三低温流体抽出管23一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二内螺旋换热管另一端密封连接，第三低温流体注入管22另一端伸入第三橡胶封堵装置内与第三外螺旋换热管一端密封连接，第三低温流体抽出管23另一端伸入第三橡胶封堵装置内与第三内螺旋换热管一端密封连接；第三外螺旋换热管另一端和第三内螺旋换热管另一端密封连接，完成压裂系统的初步组装；

C、将压裂系统从伸入上向钻孔2内、且使第一裂缝区处于第一橡胶封堵装置26的两个水压封堵器之间，第二裂缝区处于第二橡胶封堵装置的两个水压封堵器之间，第三裂缝区处于第三橡胶封堵装置的两个水压封堵器之间；然后将上向钻孔2的孔口进行密封，在巷道内设有水箱14、过冷水箱3和低温流体存储箱10，水箱14上装有注水泵13，过冷水箱3上装有过冷水注水泵4，低温流体存储箱10上装有低温流体注入泵8和低温流体抽出泵9；第一过冷水管5另一端伸出上向钻孔2并与过冷水注水泵4连接；注水管12伸出上向钻孔2并与注水泵13连接；第一低温流体注入管6另一端伸出上向钻孔2并伸入低温流体存储箱10内；第一低温流体抽出管7另一端伸出上向钻孔2并与低温流体抽出泵9连接；在伸出上向钻孔2的第一过冷水管5、注水管12、第一低温流体注入管6和第一低温流体抽出管7上均装有控制阀，从而完成压裂系统的布设过程；

D、先开启注水管12上的控制阀及注水泵13，使水箱14内的水以一定水压沿注水管12注入各个橡胶封堵装置的水压封堵器内，使各个水压封堵器受力充起与水平钻井的内壁压紧密封并保持当前水压，从而形成第一密封压裂室15、第二密封压裂室16和第三密封压裂室17；

E、开启第三压裂室排气口27处电控阀，然后开启第一过冷水管5上的控制阀及过冷水注水泵4使过冷水箱3内的过冷水以一定水压沿过第一过冷水管5先注入第一密封压裂室15内，直至第一密封压裂室15注满后，过冷水通过第二过冷水管18进入第二密封压裂室16，直至第二密封压裂室16注满后，过冷水通过第三过冷水管19进入第三密封压裂室17，为保证过冷水最大程度充满三个密封压裂室，原三个密封压裂室内的空气由第三密封压裂室17的排气管27排出，待排气管27处湿度传感器监测到有水流出时，关闭电控阀，直至压力传感器检测到第三密封压裂室17内的水压达到2MPa时停止过冷水注水泵4工作，并关闭第一过冷水管5上的控制阀，此时各个压裂密封室内注满过冷水，且过冷水对压裂密封室周围岩体施加压力；

F、同时开启低温流体注入泵8、低温流体抽出泵9、第一低温流体注入管6上的控制阀和第一低温流体抽出管7上的控制阀，此时低温流体进入第一低温流体注入管6，并依次流经第一外螺旋换热管24、第二低温流体注入管20、第二外螺旋换热管、第三低温流体注入管22、第三外螺旋换热管、第三内螺旋换热管、第三低温流体抽出管23、第二内螺旋换热管、第二低温流体抽出管21、第一内螺旋换热管25和第一低温流体抽出管7，最后回到低温流体存储箱10进行回收；在低温流体经过第一外螺旋换热管24和第一内螺旋换热管25时，第一密封压裂室15内的过冷水与低温流体发生热交换，此时过冷水的温度快速下降，使水相变成冰，从而利用其冰胀力对第一密封压裂室15进行压裂，同时经过热交换的低温流体部分相变形成气体，并随低温流体流动；同理，在低温流体经过第二密封压裂室16和第三密封压裂室17时分别对两者通过冰胀力进行压裂；如此持续，直至第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器各自检测的压力值均超过30Mpa时，停止低温流体注入泵8和低温流体抽出泵9，完成一次分段式过冷水冰胀致裂过程；

G、随着时间推移，冰受地热影响会再次融化，使其冰胀力降低，当第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器各自检测的压力值均低于2Mpa时，再次重复步骤E至F，如此循环多次，从而进行分段式过冷水冰胀致裂过程，最终完成水平钻井的致裂过程。

上述水压封堵器为现有部件。

进一步，所述低温流体为液态氮、液态二氧化碳的其中一种。

进一步，所述过冷水为温度预冷到0°或接近0°的低温水。

优选的，所述水压封堵器由带有注水通道的钢制堵头和橡胶密封环组成，橡胶密封环固定在钢制堵头的外沿。水压封堵器可以采用本结构也可以采用全橡胶制备，采用本结构能有效增加水压封堵器的封堵强度及支撑强度，从而提高封堵效果。

Claims (4)

1.一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，其特征在于，具体步骤为：

A、先在巷道内打设上向钻孔，然后将水射流割缝设备伸入到上向钻孔内，以上向钻孔的轴线为中心沿垂直于上向钻孔的方向割出多圈裂缝形成一个裂缝区，并在水平钻井的轴线方向上等间距的割出三个裂缝区，分别为第一裂缝区、第二裂缝区和第三裂缝区；

B、设置三组橡胶封堵装置，分别为第一橡胶封堵装置、第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置，每组橡胶封堵装置由两个未充起的水压封堵器相互平行组成，注水管依次与各个水压封堵器固定连接且注水管内部分别与各个水压封堵器内部的注水通道连通，每组橡胶封堵装置中的一个水压封堵器上均安装排气管，且每个排气管上均装有电控阀和湿度传感器；设置第一过冷水管、第二过冷水管和第三过冷水管，第一过冷水管一端伸入第一橡胶封堵装置内，第二过冷水管处于第一橡胶封堵装置和第二橡胶封堵装置之间、且第二过冷水管两端分别伸入第一橡胶封堵装置和第二橡胶封堵装置内；第三过冷水管处于第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置之间、且第三过冷水管两端分别伸入第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置内；在第一橡胶封堵装置、第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置内分别装有第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器；

设置第一低温流体注入管、第一低温流体抽出管、第二低温流体注入管、第二低温流体抽出管、第三低温流体注入管、第三低温流体抽出管、第一外螺旋换热管、第一内螺旋换热管、第二外螺旋换热管、第二内螺旋换热管、第三外螺旋换热管和第三内螺旋换热管，第一外螺旋换热管和第一内螺旋换热管相互交错设置在第一橡胶封堵装置内，第二外螺旋换热管和第二内螺旋换热管相互交错设置在第二橡胶封堵装置内，第三外螺旋换热管和第三内螺旋换热管相互交错设置在第三橡胶封堵装置内；第一低温流体注入管套在第一低温流体抽出管外部，且第一低温流体注入管一端伸入第一橡胶封堵装置内与第一外螺旋换热管一端密封连接，第一低温流体抽出管一端伸入第一橡胶封堵装置内与第一内螺旋换热管一端密封连接；第二低温流体抽出管和第二低温流体注入管处于第一橡胶封堵装置和第二橡胶封堵装置之间、且第二低温流体注入管套在第二低温流体抽出管外部，第二低温流体注入管一端伸入第一橡胶封堵装置内与第一外螺旋换热管另一端密封连接，第二低温流体抽出管一端伸入第一橡胶封堵装置内与第一内螺旋换热管另一端密封连接，第二低温流体注入管另一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二外螺旋换热管一端密封连接，第二低温流体抽出管另一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二内螺旋换热管一端密封连接；第三低温流体抽出管和第三低温流体注入管处于第二橡胶封堵装置和第三橡胶封堵装置之间、且第三低温流体注入管套在第三低温流体抽出管外部，第三低温流体注入管一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二外螺旋换热管另一端密封连接，第三低温流体抽出管一端伸入第二橡胶封堵装置内与第二内螺旋换热管另一端密封连接，第三低温流体注入管另一端伸入第三橡胶封堵装置内与第三外螺旋换热管一端密封连接，第三低温流体抽出管另一端伸入第三橡胶封堵装置内与第三内螺旋换热管一端密封连接；第三外螺旋换热管另一端和第三内螺旋换热管另一端密封连接，完成压裂系统的初步组装；

C、将压裂系统从伸入上向钻孔内、且使第一裂缝区处于第一橡胶封堵装置的两个水压封堵器之间，第二裂缝区处于第二橡胶封堵装置的两个水压封堵器之间，第三裂缝区处于第三橡胶封堵装置的两个水压封堵器之间；然后将上向钻孔的孔口进行密封，在巷道内设有水箱、过冷水箱和低温流体存储箱，水箱上装有注水泵，过冷水箱上装有过冷水注水泵，低温流体存储箱上装有低温流体注入泵和低温流体抽出泵；第一过冷水管另一端伸出上向钻孔并与过冷水注水泵连接；注水管伸出上向钻孔并与注水泵连接；第一低温流体注入管另一端伸出上向钻孔并与低温流体注入泵连接；第一低温流体抽出管另一端伸出上向钻孔并与低温流体抽出泵连接；在伸出上向钻孔的第一过冷水管、注水管、第一低温流体注入管和第一低温流体抽出管上均装有控制阀，从而完成压裂系统的布设过程；

D、先开启注水管上的控制阀及注水泵，使水箱内的水以一定水压沿注水管注入各个橡胶封堵装置的水压封堵器内，使各个水压封堵器受力充起与水平钻井的内壁压紧密封并保持当前水压，从而形成第一密封压裂室、第二密封压裂室和第三密封压裂室；

E、开启第三压裂室排气口处电控阀，然后开启第一过冷水管上的控制阀及过冷水注水泵使过冷水箱内的过冷水以一定水压沿过第一过冷水管先注入第一密封压裂室内，直至第一密封压裂室注满后，过冷水通过第二过冷水管进入第二密封压裂室，直至第二密封压裂室注满后，过冷水通过第三过冷水管进入第三密封压裂室，为保证过冷水最大程度充满三个压裂室，原三个压裂室内的空气由第三密封压裂室排气口排出，待排气口出湿度传感器监测到有水流出时，关闭电控阀，直至压力传感器检测到第三密封压裂室内的水压达到2MPa时停止过冷水注水泵工作，并关闭第一过冷水管上的控制阀，此时各个压裂密封室内注满过冷水，且过冷水对压裂密封室周围岩体施加压力；

F、同时开启低温流体注入泵、低温流体抽出泵、第一低温流体注入管上的控制阀和第一低温流体抽出管上的控制阀，此时低温流体进入第一低温流体注入管，并依次流经第一外螺旋换热管、第二低温流体注入管、第二外螺旋换热管、第三低温流体注入管、第三外螺旋换热管、第三内螺旋换热管、第三低温流体抽出管、第二内螺旋换热管、第二低温流体抽出管、第一内螺旋换热管和第一低温流体抽出管，最后回到低温流体存储箱进行回收；在低温流体经过第一外螺旋换热管和第一内螺旋换热管时，第一密封压裂室内的过冷水与低温流体发生热交换，此时过冷水的温度快速下降，使水相变成冰，从而利用其冰胀力对第一密封压裂室进行压裂，同时经过热交换的低温流体部分相变形成气体，并随低温流体流动；同理，在低温流体经过第二密封压裂室和第三密封压裂室时分别对两者通过冰胀力进行压裂；如此持续，直至第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器各自检测的压力值均超过30Mpa时，停止低温流体注入泵和低温流体抽出泵，完成一次分段式过冷水冰胀致裂过程；

G、随着时间推移，冰受地热影响会再次融化，使其冰胀力降低，当第一压力传感器、第二压力传感器和第三压力传感器各自检测的压力值均低于2Mpa时，再次重复步骤E至F，如此循环多次，从而进行分段式过冷水冰胀致裂过程，最终完成水平钻井的致裂过程。

2. 根据权利要求1 所述的一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，其特征在于，所述低温流体为液态氮、液态二氧化碳的其中一种。

3. 根据权利要求1 所述的一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，其特征在于，所述过冷水为温度预冷到0°或接近0°的低温水。

4. 根据权利要求1 所述的一种上向钻孔低温流体分级致裂方法，其特征在于，所述水压封堵器由带有注水通道的钢制堵头和橡胶密封环组成，橡胶密封环固定在钢制堵头的外沿。

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