[发明专利]一种非常规储层改造用体积压裂装置

权利要求书

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。