CN113417619B - 一种非常规储层改造用体积压裂装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非常规储层改造用体积压裂装置，其在高压液流介质压裂后，在保持一定压力下，通过设置液氮压裂，通过液氮气化时的巨大压力冲击，提高瞬间的冲击压力，提高压裂能力，保证压裂的彻底性，巨大压力冲击对压裂管内的液流产生极大压力，保证对储煤层的压裂效果；本发明在第一次高压液流介质压裂机构压裂后，回液控制机构能够实现回液，将压裂产生的碎屑回流出一部分，之后在进行空气加压机构加压清理碎屑，然后再冲洗压裂，有效提高压裂效果与彻底性。

Description

一种非常规储层改造用体积压裂装置

技术领域

本发明具体是一种非常规储层改造用体积压裂装置，涉及煤储层压裂相关领域。

背景技术

目前，对于煤储层改造用体积压裂来说，一般在压裂时采用压裂液进行高压压裂，这种压裂方式虽然简单，但是，在液压压裂时，由于压裂时液体在压裂时，在煤储层的裂缝处容易产生堵塞，尤其是煤层的碎屑与液体之间在高压压裂下，往往对小裂隙产生堵塞，继而导致压裂不彻底，这就需要增大压裂设备的压裂压力，然而，这需要较大的设备并增加设备成本，因此，这种常规的体积压裂设备难以满足压裂彻底的要求。

发明内容

因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种非常规储层改造用体积压裂装置。

本发明是这样实现的，构造一种非常规储层改造用体积压裂装置，其包括高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构、液氮压裂机构、压裂控制头和压裂管，其中，所述高压液流介质压裂机构的输出端连接至所述压裂控制头，所述压裂管伸入待压裂的煤储层内，所述压裂管的外端连接所述压裂控制头，所述压裂控制头还分别与所述回液控制机构、空气加压机构连通，且所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构并联布置，其特征在于，位于所述压裂控制头位置的所述煤储层的上开设有开槽，所述开槽内固定锚固有U型座，所述U型座的U型开口朝向所述煤储层内，所述U型座的U型腔内固定设置有所述液氮压裂机构，所述液氮压裂机构与所述压裂控制头能够连通的设置，所述压裂控制头能够控制所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构、液氮压裂机构与压裂管之间是否处于连通状态。

进一步，作为优选，还包括压裂控制器，所述压裂控制器控制所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构、液氮压裂机构的动作，且所述压裂控制器构设为在压裂时按照以下顺序进行：先控制所述高压液流介质压裂机构通过压裂管对煤储层进行压裂，压裂一设定时间后，停止高压液流介质压裂机构，并开启回液控制机构使得压裂液回流，之后停止回液控制机构，再用空气加压机构进行加压一定时间，然后重新开启高压液流介质压裂机构进行压裂一定时间，最后通过控制压裂控制头，使得压裂管内保持压裂压力，并去除高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构，之后对压裂控制头进行加固处理，然后启动液氮压裂机构对煤储层进行压裂处理。

进一步，作为优选，所述高压液流介质压裂机构包括液体介质罐、高压泵组、高压液流管、第一单向阀和压力表，其中，所述液体介质罐内通过高压泵组连接与高压液流管连通，所述高压液流管的输出端所述压裂控制头，所述高压液流管上设置有所述第一单向阀和压力表。

进一步，作为优选，所述回液控制机构包括回液泵组、回液管、第二单向阀，其中，所述回液管的一端连接至所述压裂控制头，所述回液管的另一端连接所述回液泵组，所述回液泵组通过回液管还连接至所述液体介质罐或者连接至液体介质罐的外部，所述回液管上设置有第二单向阀。

进一步，作为优选，所述空气加压机构包括高压吹气泵和吹气管，其中，所述高压吹气泵的输出端连接至所述吹气管，所述吹气管连接至所述压裂控制头。

进一步，作为优选，所述液氮压裂机构包括液氮罐和处于液氮罐内的控制器，所述控制器通过加热的方式来控制液氮罐的压裂。

进一步，作为优选，所述压裂控制头包括接头主体、第一接头、第二接头和接头控制组件，其中，所述接头主体为中空结构，所述接头主体的一端与所述压裂管连通，所述接头主体的另一端设置有所述接头控制组件，所述接头控制组件朝向远离煤储层的一端，所述接头主体固定在所述U型座上，且所述接头主体的径向方向上设置有第一接头和第二接头，所述第二接头位于所述液氮罐的位置，所述第一接头与所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构连通，所述第二接头与所述液氮罐连通，通过控制所述接头控制组件能够实现对所述第一接头处的封堵。

进一步，作为优选，所述接头控制组件包括旋转螺帽、螺纹杆和密封塞盘，其中，所述旋转螺帽可转动且不可轴向移动的设置在所述接头主体的端部，所述旋转螺帽的内孔设置有内螺纹，且内螺纹螺纹连接有所述螺纹杆，所述螺纹杆的内端固定在所述密封塞盘上，通过旋转所述旋转螺帽实现对所述螺纹杆的轴向移动，进而使得所述密封塞盘能够离开或者封堵所述第一接头的接头孔。

进一步，作为优选，所述接头主体的外周壁设置有外螺纹，还包括加固帽座，所述加固帽座上设置有盲孔，所述盲孔内壁设置有连接内螺纹，所述接头主体的外周壁设置有连接外螺纹，所述连接外螺纹与所述连接内螺纹能够螺纹锁紧，以便使得所述加固帽座加固固定在所述接头主体外，以便于保证液氮罐内的液氮进行压裂时的抗冲击力，所述加固帽座的端部抵靠在所述U型座上，所述第一接头与所述接头主体之间为可拆卸的设置。

此外，本发明还提供了一种非常规煤储层改造用体积压裂方法，其特征在于，其采用本发明所述一种非常规储层改造用体积压裂装置，其包括以下步骤：

(1)在待压裂的位置的煤储层处开设有开槽，并所述开槽内固定锚固有U型座，在锚固时，将液氮压裂机构置于U型座的U型腔内，并使得液氮压裂机构与压裂控制头连通，并连接好高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构；

(2)控制所述高压液流介质压裂机构通过压裂管对煤储层进行压裂，压裂一设定时间后，停止高压液流介质压裂机构；

(3)开启回液控制机构使得压裂液回流；

(4)停止回液控制机构，再用空气加压机构进行加压一定时间；

(5)重新开启高压液流介质压裂机构进行压裂一定时间；

(6)通过控制压裂控制头，使得压裂管内保持压裂压力，并去除高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构，之后利用加固帽座对压裂控制头进行加固处理，然后启动液氮压裂机构对煤储层进行压裂处理，即可。

本发明具有如下优点：本发明提供的一种非常规储层改造用体积压裂装置，与同类型设备相比，具有如下优点：

(1)本发明所述一种非常规储层改造用体积压裂装置，其在高压液流介质压裂后，在保持一定压力下，通过设置液氮压裂，通过液氮气化时的巨大压力冲击，提高瞬间的冲击压力，提高压裂能力，保证压裂的彻底性，巨大压力冲击对压裂管内的液流产生极大压力，保证对煤储层的压裂效果；

(2)本发明在压裂时，先控制所述高压液流介质压裂机构通过压裂管对煤储层进行压裂，压裂一设定时间后，停止高压液流介质压裂机构，并开启回液控制机构使得压裂液回流，之后停止回液控制机构，再用空气加压机构进行加压一定时间，然后重新开启高压液流介质压裂机构进行压裂一定时间，最后通过控制压裂控制头，使得压裂管内保持压裂压力，并去除高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构，之后对压裂控制头进行加固处理，然后启动液氮压裂机构对煤储层进行压裂处理，这样，在第一次高压液流介质压裂机构压裂后，回液控制机构能够实现回液，将压裂产生的碎屑回流出一部分，之后在进行空气加压机构加压清理碎屑，然后再冲洗压裂，有效提高压裂效果与彻底性。

附图说明

图1是本发明的整体主视结构示意图；

图2是本发明的压裂控制头的密封塞盘离开第一接头的接头孔时内部主视结构示意图；

图3是本发明的压裂控制头的密封塞盘封堵第一接头的接头孔时内部主视结构示意图；

图4是本发明压裂控制头套设上加固帽座后的结构示意图；

图5是本发明的液氮罐内的电热控制器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图1-5对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明通过改进在此提供一种非常规储层改造用体积压裂装置，其包括高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构、液氮压裂机构、压裂控制头13和压裂管，其中，所述高压液流介质压裂机构的输出端连接至所述压裂控制头，所述压裂管伸入待压裂的煤储层1内，所述压裂管的外端连接所述压裂控制头13，所述压裂控制头13还分别与所述回液控制机构、空气加压机构连通，且所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构并联布置，其特征在于，位于所述压裂控制头位置的所述煤储层1的上开设有开槽，所述开槽内固定锚固有U型座3，所述U型座的U型开口朝向所述煤储层内，所述U型座的U型腔内固定设置有所述液氮压裂机构，所述液氮压裂机构与所述压裂控制头13能够连通的设置，所述压裂控制头13能够控制所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构、液氮压裂机构与压裂管之间是否处于连通状态。

在本实施例中，本发明还包括压裂控制器，所述压裂控制器控制所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构、液氮压裂机构的动作，且所述压裂控制器构设为在压裂时按照以下顺序进行：先控制所述高压液流介质压裂机构通过压裂管对煤储层进行压裂，压裂一设定时间后，停止高压液流介质压裂机构，并开启回液控制机构使得压裂液回流，之后停止回液控制机构，再用空气加压机构进行加压一定时间，然后重新开启高压液流介质压裂机构进行压裂一定时间，最后通过控制压裂控制头13，使得压裂管内保持压裂压力，并去除高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构，之后对压裂控制头13进行加固处理，然后启动液氮压裂机构对煤储层进行压裂处理。

所述高压液流介质压裂机构包括液体介质罐9、高压泵组8、高压液流管6、第一单向阀5和压力表4，其中，所述液体介质罐内通过高压泵组连接与高压液流管连通，所述高压液流管的输出端所述压裂控制头13，所述高压液流管上设置有所述第一单向阀5和压力表4。

所述回液控制机构包括回液泵组7、回液管11、第二单向阀10，其中，所述回液管的一端连接至所述压裂控制头13，所述回液管的另一端连接所述回液泵组，所述回液泵组通过回液管还连接至所述液体介质罐或者连接至液体介质罐的外部，所述回液管上设置有第二单向阀。

所述空气加压机构包括高压吹气泵和吹气管12，其中，所述高压吹气泵的输出端连接至所述吹气管，所述吹气管连接至所述压裂控制头13。

所述液氮压裂机构包括液氮罐2和处于液氮罐内的控制器，所述控制器通过加热的方式来控制液氮罐的压裂，具体的，液氮罐2内可以设置电热控制器，所述电热控制器包括电热控制筒26、长发热片组25和短发热片组27，长发热片组25和短发热片组27设在电热控制筒26的两侧，通过长发热片组25和短发热片组27的发热来对液氮的气化压裂进行控制，长发热片组25和短发热片组27的长度不同，可以实现不同速度的加热，这样，差异的温度可以利用氮气罐内液氮的气化的不均匀性以及流动性，提高压裂能力以及延长压裂爆发的时间。

所述压裂控制头13包括接头主体21、第一接头15、第二接头14和接头控制组件，其中，所述接头主体为中空结构，所述接头主体的一端与所述压裂管连通，所述接头主体的另一端设置有所述接头控制组件，所述接头控制组件朝向远离煤储层的一端，所述接头主体固定在所述U型座3上，且所述接头主体的径向方向上设置有第一接头和第二接头，所述第二接头位于所述液氮罐2的位置，所述第一接头与所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构连通，所述第二接头与所述液氮罐2连通，通过控制所述接头控制组件能够实现对所述第一接头处的封堵。

所述接头控制组件包括旋转螺帽19、螺纹杆18和密封塞盘16，其中，所述旋转螺帽可转动且不可轴向移动的设置在所述接头主体的端部，所述旋转螺帽的内孔设置有内螺纹，且内螺纹螺纹连接有所述螺纹杆，所述螺纹杆的内端固定在所述密封塞盘上，通过旋转所述旋转螺帽实现对所述螺纹杆的轴向移动，进而使得所述密封塞盘能够离开或者封堵所述第一接头的接头孔。

所述接头主体的外周壁设置有外螺纹，还包括加固帽座24，所述加固帽座上设置有盲孔，所述盲孔内壁设置有连接内螺纹，所述接头主体的外周壁设置有连接外螺纹20，所述连接外螺纹与所述连接内螺纹能够螺纹锁紧，以便使得所述加固帽座24加固固定在所述接头主体外，以便于保证液氮罐内的液氮进行压裂时的抗冲击力，所述加固帽座24的端部抵靠在所述U型座3上，所述第一接头与所述接头主体之间为可拆卸的设置。

此外，本发明还提供了一种非常规煤储层改造用体积压裂方法，其特征在于，其采用本发明所述一种非常规储层改造用体积压裂装置，其包括以下步骤：

(1)在待压裂的位置的煤储层处开设有开槽，并所述开槽内固定锚固有U型座3，在锚固时，将液氮压裂机构置于U型座的U型腔内，并使得液氮压裂机构与压裂控制头13连通，并连接好高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构；

(2)控制所述高压液流介质压裂机构通过压裂管对煤储层进行压裂，压裂一设定时间后，停止高压液流介质压裂机构；

(3)开启回液控制机构使得压裂液回流；

(4)停止回液控制机构，再用空气加压机构进行加压一定时间；

(5)重新开启高压液流介质压裂机构进行压裂一定时间；

(6)通过控制压裂控制头13，使得压裂管内保持压裂压力，并去除高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构，之后利用加固帽座24对压裂控制头13进行加固处理，然后启动液氮压裂机构对煤储层进行压裂处理，即可。

本发明所述一种非常规储层改造用体积压裂装置，其在高压液流介质压裂后，在保持一定压力下，通过设置液氮压裂，通过液氮气化时的巨大压力冲击，提高瞬间的冲击压力，提高压裂能力，保证压裂的彻底性，巨大压力冲击对压裂管内的液流产生极大压力，保证对煤储层的压裂效果；本发明在压裂时，先控制所述高压液流介质压裂机构通过压裂管对煤储层进行压裂，压裂一设定时间后，停止高压液流介质压裂机构，并开启回液控制机构使得压裂液回流，之后停止回液控制机构，再用空气加压机构进行加压一定时间，然后重新开启高压液流介质压裂机构进行压裂一定时间，最后通过控制压裂控制头，使得压裂管内保持压裂压力，并去除高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构，之后对压裂控制头进行加固处理，然后启动液氮压裂机构对煤储层进行压裂处理，这样，在第一次高压液流介质压裂机构压裂后，回液控制机构能够实现回液，将压裂产生的碎屑回流出一部分，之后在进行空气加压机构加压清理碎屑，然后再冲洗压裂，有效提高压裂效果与彻底性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,并且本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买,异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制,各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中,常规的型号,加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式,在此不再详述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.一种非常规储层改造用体积压裂装置，其包括高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构、液氮压裂机构、压裂控制头(13)和压裂管，其中，所述高压液流介质压裂机构的输出端连接至所述压裂控制头，所述压裂管伸入待压裂的煤储层(1)内，所述压裂管的外端连接所述压裂控制头(13)，所述压裂控制头(13)还分别与所述回液控制机构、空气加压机构连通，且所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构并联布置，其特征在于，位于所述压裂控制头位置的所述煤储层(1)的上开设有开槽，所述开槽内固定锚固有U型座(3)，所述U型座的U型开口朝向所述煤储层内，所述U型座的U型腔内固定设置有所述液氮压裂机构，所述液氮压裂机构与所述压裂控制头(13)能够连通的设置，所述压裂控制头(13)能够控制所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构、液氮压裂机构与压裂管之间是否处于连通状态；

还包括压裂控制器，所述压裂控制器控制所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构、液氮压裂机构的动作，且所述压裂控制器构设为在压裂时按照以下顺序进行：先控制所述高压液流介质压裂机构通过压裂管对煤储层进行压裂，压裂一设定时间后，停止高压液流介质压裂机构，并开启回液控制机构使得压裂液回流，之后停止回液控制机构，再用空气加压机构进行加压一定时间，然后重新开启高压液流介质压裂机构进行压裂一定时间，最后通过控制压裂控制头(13)，使得压裂管内保持压裂压力，并去除高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构，之后对压裂控制头(13)进行加固处理，然后启动液氮压裂机构对煤储层进行压裂处理；

所述高压液流介质压裂机构包括液体介质罐(9)、高压泵组(8)、高压液流管(6)、第一单向阀(5)和压力表(4)，其中，所述液体介质罐内通过高压泵组连接与高压液流管连通，所述高压液流管的输出端所述压裂控制头(13)，所述高压液流管上设置有所述第一单向阀(5)和压力表(4)；

所述回液控制机构包括回液泵组(7)、回液管(11)、第二单向阀(10)，其中，所述回液管的一端连接至所述压裂控制头(13)，所述回液管的另一端连接所述回液泵组，所述回液泵组通过回液管还连接至所述液体介质罐或者连接至液体介质罐的外部，所述回液管上设置有第二单向阀；

所述空气加压机构包括高压吹气泵和吹气管(12)，其中，所述高压吹气泵的输出端连接至所述吹气管，所述吹气管连接至所述压裂控制头(13)；

所述液氮压裂机构包括液氮罐(2)和处于液氮罐内的控制器，所述控制器通过加热的方式来控制液氮罐的压裂；

所述压裂控制头(13)包括接头主体(21)、第一接头(15)、第二接头(14)和接头控制组件，其中，所述接头主体为中空结构，所述接头主体的一端与所述压裂管连通，所述接头主体的另一端设置有所述接头控制组件，所述接头控制组件朝向远离煤储层的一端，所述接头主体固定在所述U型座(3)上，且所述接头主体的径向方向上设置有第一接头和第二接头，所述第二接头位于所述液氮罐(2)的位置，所述第一接头与所述高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构连通，所述第二接头与所述液氮罐(2)连通，通过控制所述接头控制组件能够实现对所述第一接头处的封堵；

所述接头控制组件包括旋转螺帽(19)、螺纹杆(18)和密封塞盘(16)，其中，所述旋转螺帽可转动且不可轴向移动的设置在所述接头主体的端部，所述旋转螺帽的内孔设置有内螺纹，且内螺纹螺纹连接有所述螺纹杆，所述螺纹杆的内端固定在所述密封塞盘上，通过旋转所述旋转螺帽实现对所述螺纹杆的轴向移动，进而使得所述密封塞盘能够离开或者封堵所述第一接头的接头孔。

2.根据权利要求1所述一种非常规储层改造用体积压裂装置，其特征在于：所述接头主体的外周壁设置有外螺纹，还包括加固帽座(24)，所述加固帽座上设置有盲孔，所述盲孔内壁设置有连接内螺纹，所述接头主体的外周壁设置有连接外螺纹(20)，所述连接外螺纹与所述连接内螺纹能够螺纹锁紧，以便使得所述加固帽座(24)加固固定在所述接头主体外，以便于保证液氮罐内的液氮进行压裂时的抗冲击力，所述加固帽座(24)的端部抵靠在所述U型座(3)上，所述第一接头与所述接头主体之间为可拆卸的设置。

3.一种非常规煤储层改造用体积压裂方法，其特征在于，其采用权利要求1-2任意一项所述一种非常规储层改造用体积压裂装置，其包括以下步骤：

(1)在待压裂的位置的煤储层处开设有开槽，并所述开槽内固定锚固有U型座(3)，在锚固时，将液氮压裂机构置于U型座的U型腔内，并使得液氮压裂机构与压裂控制头(13)连通，并连接好高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构；

(2)控制所述高压液流介质压裂机构通过压裂管对煤储层进行压裂，压裂一设定时间后，停止高压液流介质压裂机构；

(3)开启回液控制机构使得压裂液回流；

(4)停止回液控制机构，再用空气加压机构进行加压一定时间；

(5)重新开启高压液流介质压裂机构进行压裂一定时间；

(6)通过控制压裂控制头(13)，使得压裂管内保持压裂压力，并去除高压液流介质压裂机构、回液控制机构、空气加压机构，之后利用加固帽座(24)对压裂控制头(13)进行加固处理，然后启动液氮压裂机构对煤储层进行压裂处理，即可。

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