CN113790051A - 一种基于液态co2相变的煤矿井下压裂装备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于煤矿瓦斯治理领域，具体公开了一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，包括基座，所述基座的内部安装有推动件，所述推动件的上端面延伸有推台，所述推台的上端面延伸有安装凸台，所述安装凸台的上端面固定安装有压裂增透泵，所述推台的上端面安装凸台的侧方延伸有固定件，所述固定件的上端面设置有转连件，所述转连件的一端与压裂增透泵相连接，所述转连件的另一端设置有增透管，所述增透管的外表面开设有螺旋槽，所述基座的前后端面均安装有稳固件，所述增透管的外表面贯穿开设有多组射孔。本发明能够提高工作效率以及使用方便度，且能够提高工作时的稳固性。

Description

一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备及方法
技术领域
本发明属于煤矿瓦斯治理领域，具体公开了一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备及方法。
背景技术
在煤矿开采过程中，通常会对煤层进行水力压裂，但是水力压裂在应用工艺及适用范围方面还存在一定问题，水力压裂技术在注水过程中易于形成一条或几条垂直于最小水平主应力的人工裂缝，裂隙数目少，易形成残余压力区“应力笼区”，降低了煤层的渗透率，且水力压裂存在污染煤层的情况，为此人们通过采用液态CO2压裂替代水力压裂，以通过煤层压裂装备将液态CO2压裂入煤层中，在高压CO2压裂造缝之后，液态CO2在地层中吸热相变膨胀，液态CO2相变体积膨胀标准接近600倍，有效保证人工裂缝持久性，然而现有的基于液态CO2相变的煤层压裂装备，在使用时需要通过人工预先在煤层上打孔并将增透管放入打好的孔中才能达到将增透管打入煤层中的目的，该种方式操作较为繁琐，工作效率较低，且在使用时不够方便。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，提出一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备及方法，以解决现有技术中所存在的问题。
为达到以上目的，本发明提供了一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，包括基座，所述基座的内部安装有推动件，所述推动件的上端面延伸有推台，所述推台的上端面延伸有安装凸台，所述安装凸台的上端面固定安装有压裂增透泵，所述推台的上端面安装凸台的侧方延伸有固定件，所述固定件的上端面设置有转连件，所述转连件的一端与压裂增透泵相连接，所述转连件的另一端设置有增透管，所述增透管的外表面开设有螺旋槽，所述基座的前后端面均安装有稳固件，所述增透管的外表面贯穿开设有多组射孔。
在上述技术方案中，优选的，所述推动件包括开设在基座的上端面中部的滑动槽，所述滑动槽的内部滑动安装有支撑滑块，所述基座的侧面中部转动贯穿安装有驱动螺纹杆，所述驱动螺纹杆贯穿旋紧于支撑滑块的内部，所述支撑滑块的上端面与推台的下端面固定连接。
优选的，所述基座的上端面侧边缘处延伸有二号电机，所述二号电机的端部与驱动螺纹杆的端部固定连接，所述基座的侧面中部贯穿镶嵌有轴承体，所述驱动螺纹杆贯穿镶嵌于轴承体的内部，所述推台的下端面前后边缘处分别线性阵列延伸有两组滚动轮，所述基座的上端面前后边缘处分别开设有两组滚轮槽，两组所述滚动轮分别滚动于两组滚轮槽的内部底面。
优选的，所述固定件包括延伸在推台的上端面安装凸台的侧方的主固定架，所述主固定架的数量为三组，三组所述主固定架呈线性排布，三组所述主固定架的侧面分别倾斜延伸有三组加强斜板，三组所述加强斜板的上端面分别垂直延伸有三组副固定架。
优选的，所述转连件包括分别转动镶嵌在三组主固定架的上端部的三组驱动管，其中位于中部的所述主固定架的侧面固定安装有一号电机，所述一号电机的上端部与位于中部的驱动管的外侧分别镶嵌有两组传动斜齿轮，两组所述传动斜齿轮相啮合，三组所述驱动管的外侧均镶嵌有传动带轮，其中相邻两组所述驱动管上的传动带轮之间连接有同步带，所述传动带轮位于传动斜齿轮的侧方。
优选的，所述压裂增透泵的端部固定连通有输送管，所述输送管的侧面贯穿镶嵌有流量传感器，所述输送管的侧面流量传感器的前方贯穿镶嵌有压力传感器，所述输送管的侧面压力传感器的前方贯穿镶嵌有温度传感器，所述输送管的上端面贯穿固定连通有三组连通管，三组所述连通管的端部分别与三组驱动管的一端转动连接，所述副固定架的上端面延伸有圆环，所述连通管贯穿镶嵌于圆环的内部。
优选的，所述驱动管的另一端开设有凹槽，所述增透管的外表面贴合于凹槽的内部外表面，所述增透管的外表面靠近边缘处开设有承载槽，所述承载槽的内部滑动安装有定位板，所述定位板的上端面延伸有固定凸块，所述定位板与固定凸块一体成型，所述凹槽的内部外表面开设有通孔，所述固定凸块滑动贯穿于通孔的内部外表面，所述承载槽的内部底面延伸有弹簧体，所述弹簧体的端部与定位板的下端面固定连接，所述凹槽的内部底面延伸有密封环，所述密封环贯穿于增透管的端部，所述密封环的外表面延伸有橡胶垫。
优选的，所述稳固件包括延伸在基座的前后端面的连接槽，所述连接槽的内部转动安装有连接块，所述连接块的端部镶嵌有承载架，所述承载架的上端面中部贯穿旋紧有推动螺柱，所述承载架的内部前后端面分别滑动安装有两组定向块，两组所述定向块的下端部均延伸有穿刺板，所述推动螺柱的下端面与穿刺板的上端面转动连接，所述穿刺板的下端面延伸有多组穿刺柱，所述推动螺柱的上端面同轴延伸有转动盘。
还提供了一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备的使用方法，包括以下步骤：
S1：将增透管组装在驱动管上，并将稳固件打开穿刺入地面中；
S2：随后启动转连件以及推动件，使其增透管能够水平移动同时进行转动，以增透管利用表面的螺旋槽旋入煤层中；
S3：继而将液态CO2通过压裂增透泵、输送管以及连通管、驱动管注入增透管中，以通过增透管表面的射孔压裂进入煤层中完成对煤层的压裂操作。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、通过设置的转连件，能够利用驱动一号电机通过相啮合的两组传动斜齿轮带动驱动管进行转动，进而带动组装在驱动管上的增透管进行转动，同时二号电机驱动，以带动驱动螺纹杆转动，使其旋紧在驱动螺纹杆上的支撑滑块能够在滑动槽中滑动，进而推台移动，使其推台上的增透管水平移动，使其转动的增透管能够和煤层相接触，并利用增透管的外表面的螺旋槽直接旋入煤层中，以此避免了需要先在煤层上打孔的繁琐操作，提高了工作效率。
2、可以将增透管插放在驱动管上的凹槽中，同时增透管上的固定凸块在凹槽内壁的推动下进入承载槽中，当增透管的端部和凹槽的底部相接触后，固定凸块在弹簧体的推动下进入凹槽内壁的通孔中，以此将增透管固定在驱动管上的凹槽中，方便了增透管和驱动管的组装，提高了使用方便度，且组装后密封环会进入增透管的端部以对增透管和凹槽之间的缝隙进行密封，以保证组装后的密封性。
3、通过设置的稳固件，能够转动承载架，使其连接块能够在连接槽中转动，以将承载架转动至和基座垂直的角度，进而转动转动盘，以带动推动螺柱转动，使其推动螺柱能够对穿刺板推动，让其穿刺板能够下移，以将穿刺板上的穿刺柱穿刺入地面中，以避免在工作过程中因驱动力的作用而造成基座出现位移而影响增透工作的现象，以此提高工作时的稳固性的好处。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的局部视图；
图3为本发明的增透管的固定剖视图；
图4为本发明的剖视图；
图5为本发明的另一视角局部视图；
图6为本发明的另一视角示意图。
图中：1、基座；2、推台；3、安装凸台；4、压裂增透泵；5、输送管；6、流量传感器；7、压力传感器；8、温度传感器；9、主固定架；10、加强斜板；11、副固定架；12、增透管；13、连通管；14、传动带轮；15、同步带；16、一号电机；17、传动斜齿轮；18、驱动管；19、滚轮槽；20、滚动轮；21、二号电机；22、滑动槽；23、支撑滑块；24、驱动螺纹杆；25、承载槽；26、弹簧体；27、定位板；28、固定凸块；29、密封环；30、连接槽；31、连接块；32、推动螺柱；33、穿刺板；34、定向块；35、穿刺柱；36、承载架；37、转动盘；38、轴承体。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施例的限制。
如图1-图6所示的一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，包括基座1，基座1的内部安装有推动件，推动件的上端面延伸有推台2，推台2的上端面延伸有安装凸台3，安装凸台3的上端面固定安装有压裂增透泵4，推台2的上端面安装凸台3的侧方延伸有固定件，固定件的上端面设置有转连件，转连件的一端与压裂增透泵4相连接，转连件的另一端设置有增透管12，增透管12的外表面开设有螺旋槽，基座1的前后端面均安装有稳固件，增透管12的外表面贯穿开设有多组射孔，通过在增透管12的外表面开设有螺旋槽，能够便于将增透管12打入煤层中，螺旋槽的形状与钻头上的螺旋槽相同。
推动件包括开设在基座1的上端面中部的滑动槽22，滑动槽22的内部滑动安装有支撑滑块23，基座1的侧面中部转动贯穿安装有驱动螺纹杆24，驱动螺纹杆24贯穿旋紧于支撑滑块23的内部，支撑滑块23的上端面与推台2的下端面固定连接，通过设置的滑动槽22能够对支撑滑块23进行限制，支撑滑块23和驱动螺纹杆24，能够带动推台2水平移动。
基座1的上端面侧边缘处延伸有二号电机21，二号电机21的端部与驱动螺纹杆24的端部固定连接，基座1的侧面中部贯穿镶嵌有轴承体38，驱动螺纹杆24贯穿镶嵌于轴承体38的内部，推台2的下端面前后边缘处分别线性阵列延伸有两组滚动轮20，基座1的上端面前后边缘处分别开设有两组滚轮槽19，两组滚动轮20分别滚动于两组滚轮槽19的内部底面，通过设置的滚动轮20能够对推台2进行支撑，滚轮槽19能够对滚动轮20进行引导，轴承体38能够保证驱动螺纹杆24稳定转动，二号电机21能够带动驱动螺纹杆24转动。
固定件包括延伸在推台2的上端面安装凸台3的侧方的主固定架9，主固定架9的数量为三组，三组主固定架9呈线性排布，三组主固定架9的侧面分别倾斜延伸有三组加强斜板10，三组加强斜板10的上端面分别垂直延伸有三组副固定架11，通过设置的主固定架9能够对驱动管18进行限制，副固定架11能够对连通管13进行固定，加强斜板10起到连接、加固的作用。
转连件包括分别转动镶嵌在三组主固定架9的上端部的三组驱动管18，其中位于中部的主固定架9的侧面固定安装有一号电机16，一号电机16的上端部与位于中部的驱动管18的外侧分别镶嵌有两组传动斜齿轮17，两组传动斜齿轮17相啮合，三组驱动管18的外侧均镶嵌有传动带轮14，其中相邻两组驱动管18上的传动带轮14之间连接有同步带15，传动带轮14位于传动斜齿轮17的侧方，通过设置的传动斜齿轮17能够进行传动，传动带轮14和同步带15能够使其三组驱动管18同步转动，一号电机16能够带动中部的驱动管18进行转动。
压裂增透泵4的端部固定连通有输送管5，输送管5的侧面贯穿镶嵌有流量传感器6，输送管5的侧面流量传感器6的前方贯穿镶嵌有压力传感器7，输送管5的侧面压力传感器7的前方贯穿镶嵌有温度传感器8，输送管5的上端面贯穿固定连通有三组连通管13，三组连通管13的端部分别与三组驱动管18的一端转动连接，副固定架11的上端面延伸有圆环，连通管13贯穿镶嵌于圆环的内部，通过设置的输送管5、连通管13能够将液态CO2输送入驱动管18中，圆环起到连接的作用，流量传感器6、压力传感器7、温度传感器8能够对液态CO2的流量、压力以及温度进行监测。
驱动管18的另一端开设有凹槽，增透管12的外表面贴合于凹槽的内部外表面，增透管12的外表面靠近边缘处开设有承载槽25，承载槽25的内部滑动安装有定位板27，定位板27的上端面延伸有固定凸块28，定位板27与固定凸块28一体成型，凹槽的内部外表面开设有通孔，固定凸块28滑动贯穿于通孔的内部外表面，承载槽25的内部底面延伸有弹簧体26，弹簧体26的端部与定位板27的下端面固定连接，凹槽的内部底面延伸有密封环29，密封环29贯穿于增透管12的端部，密封环29的外表面延伸有橡胶垫，通过设置的橡胶垫能够提高密封性，弹簧体26能够对固定凸块28进行固定，定位板27能够对固定凸块28进行限位，承载槽25能够对定位板27进行限制，凹槽能够对增透管12的端部进行限制。
稳固件包括延伸在基座1的前后端面的连接槽30，连接槽30的内部转动安装有连接块31，连接块31的端部镶嵌有承载架36，承载架36的上端面中部贯穿旋紧有推动螺柱32，承载架36的内部前后端面分别滑动安装有两组定向块34，两组定向块34的下端部均延伸有穿刺板33，推动螺柱32的下端面与穿刺板33的上端面转动连接，穿刺板33的下端面延伸有多组穿刺柱35，推动螺柱32的上端面同轴延伸有转动盘37，通过设置的定向块34能够使其穿刺板33垂直上下移动，连接槽30、连接块31起到连接的作用，穿刺柱35起到穿刺入地面提高工作时的稳固性的作用，推动螺柱32起到对穿刺板33进行推动的作用，转动盘37能够便于对推动螺柱32进行转动。
还提供了一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备的使用方法，包括以下步骤：
S1：将增透管12组装在驱动管18上，并将稳固件打开穿刺入地面中；
S2：随后启动转连件以及推动件，使其增透管12能够水平移动同时进行转动，以增透管12利用表面的螺旋槽旋入煤层中；
S3：继而将液态CO2通过压裂增透泵4、输送管5以及连通管13、驱动管18注入增透管12中，以通过增透管12表面的射孔压裂进入煤层中完成对煤层的压裂操作。
使用时，使用者将增透管12插放在驱动管18上的凹槽中，同时增透管12上的固定凸块28在凹槽内壁的推动下进入承载槽25中，当增透管12的端部和凹槽的底部相接触后，固定凸块28在弹簧体26的推动下进入凹槽内壁的通孔中，以此将增透管12固定在驱动管18上的凹槽中，以将增透管12和驱动管18组装在一起，同时组装后密封环29会进入增透管12的端部以对增透管12和凹槽之间的缝隙进行密封，随后使用者转动承载架36，使其连接块31能够在连接槽30中转动，以将承载架36转动至和基座1垂直的角度，进而使用者转动转动盘37，以带动推动螺柱32转动，使其推动螺柱32能够对穿刺板33推动，让其穿刺板33能够下移，以将穿刺板33上的穿刺柱35穿刺入地面中，随后使用者驱动一号电机16以带动传动斜齿轮17进行转动，通过相啮合的两组传动斜齿轮17带动驱动管18进行转动，进而带动连接在驱动管18上的增透管12进行转动，同时二号电机21驱动，以带动驱动螺纹杆24转动，使其旋紧在驱动螺纹杆24上的支撑滑块23能够在滑动槽22中滑动，进而推台2移动，使其推台2上的增透管12水平移动，使其转动的增透管12能够和煤层相接触，并利用增透管12的外表面的螺旋槽直接旋入煤层中，进入煤层中后，使用者可以将液态CO2输送入压裂增透泵4中，以通过压裂增透泵4、输送管5以及连通管13、驱动管18注入增透管12中，进而通过增透管12表面的射孔压裂进入煤层中完成对煤层的压裂操作。
在本发明中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，若出现术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (9)

1.一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，包括基座(1)，其特征在于，所述基座(1)的内部安装有推动件，所述推动件的上端面延伸有推台(2)，所述推台(2)的上端面延伸有安装凸台(3)，所述安装凸台(3)的上端面固定安装有压裂增透泵(4)，所述推台(2)的上端面安装凸台(3)的侧方延伸有固定件，所述固定件的上端面设置有转连件，所述转连件的一端与压裂增透泵(4)相连接，所述转连件的另一端设置有增透管(12)，所述增透管(12)的外表面开设有螺旋槽，所述基座(1)的前后端面均安装有稳固件，所述增透管(12)的外表面贯穿开设有多组射孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，其特征在于，所述推动件包括开设在基座(1)的上端面中部的滑动槽(22)，所述滑动槽(22)的内部滑动安装有支撑滑块(23)，所述基座(1)的侧面中部转动贯穿安装有驱动螺纹杆(24)，所述驱动螺纹杆(24)贯穿旋紧于支撑滑块(23)的内部，所述支撑滑块(23)的上端面与推台(2)的下端面固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，其特征在于，所述基座(1)的上端面侧边缘处延伸有二号电机(21)，所述二号电机(21)的端部与驱动螺纹杆(24)的端部固定连接，所述基座(1)的侧面中部贯穿镶嵌有轴承体(38)，所述驱动螺纹杆(24)贯穿镶嵌于轴承体(38)的内部，所述推台(2)的下端面前后边缘处分别线性阵列延伸有两组滚动轮(20)，所述基座(1)的上端面前后边缘处分别开设有两组滚轮槽(19)，两组所述滚动轮(20)分别滚动于两组滚轮槽(19)的内部底面。
4.根据权利要求1所述的一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，其特征在于，所述固定件包括延伸在推台(2)的上端面安装凸台(3)的侧方的主固定架(9)，所述主固定架(9)的数量为三组，三组所述主固定架(9)呈线性排布，三组所述主固定架(9)的侧面分别倾斜延伸有三组加强斜板(10)，三组所述加强斜板(10)的上端面分别垂直延伸有三组副固定架(11)。
5.根据权利要求4所述的一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，其特征在于，所述转连件包括分别转动镶嵌在三组主固定架(9)的上端部的三组驱动管(18)，其中位于中部的所述主固定架(9)的侧面固定安装有一号电机(16)，所述一号电机(16)的上端部与位于中部的驱动管(18)的外侧分别镶嵌有两组传动斜齿轮(17)，两组所述传动斜齿轮(17)相啮合，三组所述驱动管(18)的外侧均镶嵌有传动带轮(14)，其中相邻两组所述驱动管(18)上的传动带轮(14)之间连接有同步带(15)，所述传动带轮(14)位于传动斜齿轮(17)的侧方。
6.根据权利要求5所述的一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，其特征在于，所述压裂增透泵(4)的端部固定连通有输送管(5)，所述输送管(5)的侧面贯穿镶嵌有流量传感器(6)，所述输送管(5)的侧面流量传感器(6)的前方贯穿镶嵌有压力传感器(7)，所述输送管(5)的侧面压力传感器(7)的前方贯穿镶嵌有温度传感器(8)，所述输送管(5)的上端面贯穿固定连通有三组连通管(13)，三组所述连通管(13)的端部分别与三组驱动管(18)的一端转动连接，所述副固定架(11)的上端面延伸有圆环，所述连通管(13)贯穿镶嵌于圆环的内部。
7.根据权利要求5所述的一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，其特征在于，所述驱动管(18)的另一端开设有凹槽，所述增透管(12)的外表面贴合于凹槽的内部外表面，所述增透管(12)的外表面靠近边缘处开设有承载槽(25)，所述承载槽(25)的内部滑动安装有定位板(27)，所述定位板(27)的上端面延伸有固定凸块(28)，所述定位板(27)与固定凸块(28)一体成型，所述凹槽的内部外表面开设有通孔，所述固定凸块(28)滑动贯穿于通孔的内部外表面，所述承载槽(25)的内部底面延伸有弹簧体(26)，所述弹簧体(26)的端部与定位板(27)的下端面固定连接，所述凹槽的内部底面延伸有密封环(29)，所述密封环(29)贯穿于增透管(12)的端部，所述密封环(29)的外表面延伸有橡胶垫。
8.根据权利要求1所述的一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备，其特征在于，所述稳固件包括延伸在基座(1)的前后端面的连接槽(30)，所述连接槽(30)的内部转动安装有连接块(31)，所述连接块(31)的端部镶嵌有承载架(36)，所述承载架(36)的上端面中部贯穿旋紧有推动螺柱(32)，所述承载架(36)的内部前后端面分别滑动安装有两组定向块(34)，两组所述定向块(34)的下端部均延伸有穿刺板(33)，所述推动螺柱(32)的下端面与穿刺板(33)的上端面转动连接，所述穿刺板(33)的下端面延伸有多组穿刺柱(35)，所述推动螺柱(32)的上端面同轴延伸有转动盘(37)。
9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种基于液态CO2相变的煤矿井下压裂装备的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将增透管(12)组装在驱动管(18)上，并将稳固件打开穿刺入地面中；
S2：随后启动转连件以及推动件，使其增透管(12)能够水平移动同时进行转动，以增透管(12)利用表面的螺旋槽旋入煤层中；
S3：继而将液态CO2通过压裂增透泵(4)、输送管(5)以及连通管(13)、驱动管(18)注入增透管(12)中，以通过增透管(12)表面的射孔压裂进入煤层中完成对煤层的压裂操作。
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