[发明专利]一种上向钻孔低温流体分级致裂方法

权利要求书

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。