[发明专利]一种近煤层顶板定向射孔-压裂一体化装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种近煤层顶板定向射孔‑压裂一体化装置及其使用方法，属于煤矿井下水力压裂技术领域，依次包括通过中心管串联的前封隔器、前滚球轴承、偏心射孔器、后滚球轴承和后封隔器，偏心射孔器后部、后滚球轴承和后封隔器中穿设的中心管外套装有双液路连接管，前封隔器内的中心管上开设有若干中心管出液孔，后封隔器内的双液路连接管上开设有若干外管出液孔，偏心射孔器内开设有凸字形空腔，该空腔内设置有一体成型且贯穿中心管的导轨滑块和滑块限位挡板，偏心射孔器外壁上开设有与偏心射孔器内空腔相通的喷嘴，偏心射孔器上喷嘴开设在偏心射孔器厚壁侧，高压水沿射孔点导向往煤层开始注水压裂，从而实现定向射孔压裂一体化。

技术领域

本发明属于煤矿井下水力压裂技术领域，涉及一种近煤层顶板定向射孔-压裂一体化装置及其使用方法。

背景技术

水力压裂是改造低透气性煤层的一项常用技术手段，其实质是将流体以大于地层滤失速率的排量和大于破裂压力的压力使煤岩破裂形成裂缝，从而增加煤层的渗透率，达到增产的目的。通过压裂液在原岩煤体中实现压裂造缝，形成瓦斯流动的通道，能够有效的增加煤层透气性，使煤体卸压，提高瓦斯抽放量。相对于其它水力化措施，增渗范围大，水力压裂除具有增渗作用以外，在防突、降尘、防自燃等方面均具有显著效果，并已经开始在我国大中型煤矿中广泛应用，并取得较好的效果。

碎软、低渗煤层的瓦斯治理一直是业界难题，由于在碎软煤层中钻进存在塌孔、堵孔、护孔难等问题，为了提高碎软、低渗煤层的透气性，在钻孔成型好的岩层中钻进，通过造缝把压裂液导向压入煤层成为一种新方法新工艺，而如何实现定向压裂成为解决问题的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决目前煤矿处理碎软、低渗煤层透气性时，选择在钻孔成型好的岩层中钻进，通过造缝把压裂液导向压入煤层，但无法实现定向压裂，导致难以实现对于采场矿压的有效控制，对矿厂安全生产造成隐患的问题，提供一种近煤层顶板定向射孔-压裂一体化装置。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种近煤层顶板定向射孔-压裂一体化装置，依次包括通过中心管串联的前封隔器、前滚球轴承、偏心射孔器、后滚球轴承和后封隔器，偏心射孔器后部、后滚球轴承和后封隔器中穿设的中心管外套装有双液路连接管，前封隔器内的中心管上开设有若干中心管出液孔，后封隔器内的双液路连接管上开设有若干外管出液孔，偏心射孔器内开设有凸字形空腔，该空腔内设置有一体成型且贯穿中心管的导轨滑块和滑块限位挡板，偏心射孔器外壁上开设有与偏心射孔器内空腔相通的喷嘴，偏心射孔器上喷嘴开设在偏心射孔器厚壁侧。

本基础方案的有益效果在于：高压水从双液路连接管进入管柱系统，中心管将高压水导入前封隔器，高压水从中心管出液孔进入前封隔器膨胀坐封；高压水从外管出液孔进入后封隔器膨胀坐封。前滚球轴承和后滚球轴承可使偏心射孔器环向转动，在自重作用下使得厚壁端朝下，因此喷嘴始终指向煤层。高压水持续增压推动导轨滑块前移，使喷嘴打开，此处的导轨即为中心管，高压水从喷嘴往煤层方向射孔，通过调节注水压力，形成脉冲水射流。当射孔一段时间后，高压水充满前封隔器与后封隔器之间的腔体，高压水沿射孔点导向往煤层开始注水压裂，从而实现定向射孔压裂一体化。

进一步，偏心射孔器呈锥形，偏心射孔器上喷嘴开设在远离锥形端的厚壁侧。有益效果：偏心射孔器环向转动过程中，在重力作用下使得厚壁端朝下，进而喷嘴始终指向煤层射孔。

进一步，偏心射孔器内导轨滑块和滑块限位挡板与偏心射孔器内空腔内径相适配，长度小于对应位置内腔长度，滑块限位挡板与偏心射孔器内空腔之间固定安装有若干弹簧。有益效果：导轨滑块中间有开孔，包裹着中心管，高压水沿双液路连接管的中心管壁与外壁之间的环形通道进入偏心射孔器内部，推动导轨滑块往前移动，压紧弹簧，使喷嘴暴露，高压水井喷嘴压出往煤层方向射孔。

进一步，导轨滑块外包覆有滑块耐磨活塞。有益效果：由于导轨滑块需要往复移动，滑块耐磨活塞能够增强导轨滑块的耐磨性，提高其使用寿命。