[发明专利]一种井下钻孔定向压裂装置及方法

权利要求书

1.一种井下钻孔定向压裂装置，包括多节首尾相连的套管、多首尾相连的压裂管，首段套管首端封闭，首段压裂管的首端封闭、尾端与煤矿用压裂泵站连接，其中与待压裂区位置对应的套管上设有定向压裂控制装置，其中一段压裂管上设有出水孔，压裂管上的出水孔前后位置套装有封隔器；其特征在于：

所述套管单根长度为1～3m，每两个套管之间通过定向连接组件连接，套管每隔6～8根加设套管扶正器；所述定向连接组件为可控行程的螺纹连接组件或法兰连接组件；

所述可控行程的螺纹连接组件包括分别设置在两节套管连接端的内装配螺纹段、外装配螺纹段，内装配螺纹段及外装配螺纹段的螺纹装配长度、螺纹收尾、退刀槽长度误差小于0.3mm，螺距累计误差小于0.2mm，螺纹进刀角度误差范围控制在±1度；

所述可控行程的螺纹连接组件中，外装配螺纹段外径小于套管直径，与外装配螺纹段连接的套管与外装配螺纹段相接处设有O型密封圈；与所述内装配螺纹段位置对应的套管外径增大形成保护环套，该保护环套的自由端头中部下凹形成与O型密封圈配合以放置该O型密封圈的环形内台阶；

所述法兰连接组件包括分别设置在两节套管连接端的两个法兰，法兰上的螺栓孔为围绕法兰中心旋转的环形腰型孔，法兰之间设有密封垫片，法兰连接组件还包括与环形腰型孔配合的锁死插片；

装配后的套管外表面均设有周向上与定向压裂控制装置位置对应的对准刻线；

所述定向压裂控制装置包括设置在所述套管上角度可调的螺孔、与该螺孔配合的单向破坏型锥形螺丝，单向破坏型锥形螺丝由套管外部安装在螺孔上；

所述单向破坏型锥形螺丝的直径小于所述螺孔直径；单向破坏型锥形螺丝外部均匀涂抹水溶性白乳胶，安装在螺孔内。

2.根据权利要求1所述的一种井下钻孔定向压裂装置，其特征在于：所述单向破坏型锥形螺丝的直径为所述螺孔直径的0.8-1倍。

3.根据权利要求1所述的一种井下钻孔定向压裂装置，其特征在于：所述单向破坏型锥形螺丝与所述螺孔尺寸匹配，所述螺孔经过打磨，使螺纹连接的强度按照所需要的强度失效，失效压力控制在5～15MPa。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种井下钻孔定向压裂装置，其特征在于：所述单向破坏型锥形螺丝与螺孔配合处安装有密封垫。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种井下钻孔定向压裂装置，其特征在于：所述套管外径为85～140mm、厚度为10～20mm。

6.根据权利要求5所述的一种井下钻孔定向压裂装置，其特征在于：所述封隔器与所述压裂管过紧配合。

7.利用权利要求1-6任意一项所述的一种井下钻孔定向压裂装置的一种井下钻孔定向压裂装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.根据压裂目标区域范围，在煤矿井下选择合适的巷道，在巷道中布置钻场，钻孔施工完成后，将钻孔冲洗干净；

S2.根据煤矿现场实际需要，确定套管采用水压裂缝的扩展形式，利用套管间的定向连接组件依此连接并密封，其中将设有定向压裂控制装置的套管连接在与待压裂区对应的位置上，定向压裂控制装置上的螺孔分布、角度及失效压力根据水压裂缝的扩展形式提前定制；

使定向压裂控制装置及套管上的对准刻线保持在同一直线上；每隔6～8根套管，在套管外壁布置扶正器；直接采用钻机将连接后的套管逐次送入压裂钻孔；套管全部下入钻孔后，对套管和钻孔之间的环形空间进行注浆密封固定；

S3.带有定向压裂控制装置的套管施工完毕后，依此连接压裂管，封隔器的外径应与压裂管外径保持一致或小于压裂管外径2～5mm，两个封隔器之间的长度可通过接入压裂管的数量进行调节，用钻机将压裂管和封隔器送入套管中；

S4.带有双封隔器的压裂管送到覆盖定向压裂控制装置的位置后开始进行压裂作业，持续增加压裂流体压力，流体压力会使封隔器膨胀并封闭套管与压裂管之间的环形空间，从而在两个封隔器之间形成密封腔体；双封隔器间密封腔体内的流体压力持续升高，当流体压力大于套管上的单向破坏型锥形螺丝的失效压力时，单向破坏型锥形螺丝受到破坏，套管上的定向压裂控制装置开启，高压流体在螺孔的引导下，裂缝不断向压裂区域的定向扩展，实现定向煤岩层定向压裂；

S5.结束压裂工作后，关闭泵站，将压裂管和封隔器退出套管并进行排水工作，将套管连接至瓦斯抽采系统，对压裂区域进行瓦斯抽采。