[发明专利]基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统及其操作方法

权利要求书

1.一种基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统，其特征在于，包括封孔子系统、压裂子系统、超声波激励子系统和控制单元，其中：

所述封孔子系统包括封孔组件，所述封孔组件设置于煤层的压裂钻孔内以用于封堵压裂钻孔并使压裂钻孔的里侧形成密闭的压裂空间；

所述压裂子系统包括压裂管、压裂泵、回流管、回流泵、压裂返排液处理站和压力监测装置，所述压裂管和所述回流管分别贯穿所述封孔组件并延伸至所述压裂空间，所述压裂泵和所述回流泵分别设置在所述压裂钻孔外部，所述压裂泵与所述压裂泵连接以用于将压裂液泵入到所述压裂空间内，所述回流泵与所述回流管连接以用于将所述压裂空间内的压裂废液抽出，所述压裂返排液处理站连接所述压裂泵和所述回流泵，所述压力监测装置设置在压裂管与压裂泵的衔接处用于监测所述压裂管内压裂液的压力；

所述超声波激励子系统包括超声波发生电源、超声波连接线和超声波换能器，所述超声波发生电源设置在压裂钻孔外，所述超声波换能器设置在所述压裂空间内，所述超声波连接线贯穿所述封孔组件并电性连接所述超声波发生电源和所述超声波换能器；

所述控制单元电性连接所述压力监测装置、压裂泵、回流泵和超声波发生电源，所述控制单元通过接收压力监测装置的监测信号并控制压裂泵、回流泵和超声波发生电源运行。

2.根据权利要求1所述的基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统，其特征在于，所述封孔组件包括两个间隔设置在压裂钻孔内的支撑护板，两个所述支撑护板间形成有注浆区段，所述注浆区段内填充有水泥砂浆。

3.根据权利要求2所述的基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统，其特征在于，所述封孔子系统还包括注浆管、封孔泵和水泥砂浆箱，所述水泥砂浆箱通过所述封孔泵与所述注浆管的一端连接，所述注浆管的另一端贯穿一侧的所述支撑护板并延伸至所述注浆区段内，所述封孔泵用于将所述水泥砂浆箱内的水泥砂浆经所述注浆管注入到所述注浆区段内，以实现填充并封闭压裂钻孔。

4.根据权利要求3所述的基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统，其特征在于，所述支撑护板为聚氨酯材质。

5.根据权利要求1所述的基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统，其特征在于，所述压裂返排液处理站中设有压裂液仓和废液池，所述压裂液仓与所述压裂泵连接，所述废液池与所述回流泵连接，所述回流泵将从所述压裂空间内抽出的压裂废液输出到废液池，所述废液池内的压裂废液经所述压裂返排液处理站处理后排入所述压裂液仓，所述压裂泵通过泵取所述压裂液仓内的压裂液输送至所述压裂空间内。

6.根据权利要求1所述的基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统，其特征在于，所述压裂返排液处理站采用Fe/C微电解工艺技术处理压裂废液，并得到压裂液。

7.根据权利要求1所述的基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统，其特征在于，所述超声波激励子系统还包括超声波护管，所述超声波护管贯穿所述封孔组件设置于所述压裂钻孔内，所述超声波连接线通过所述超声波护管延伸至所述压裂空间内，且所述超声波换能器连接在所述超声波护管的端部。

8.根据权利要求1-7任一项所述的基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统，其特征在于，所述压裂液为水基压裂液。

9.根据权利要求1-7任一项所述的基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统，其特征在于，所述控制单元为计算机。

10.根据权利要求1-9任一项所述的基于压裂与超声激励一体化的煤层注水系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在巷道沿煤层走向布置压裂钻孔，并将压裂管、回流管和超声波连接线均铺设并延伸至该压裂钻孔的里侧，超声波换能器位于该压裂钻孔的里侧并与超声波连接线连接，再将封孔组件设置于压裂钻孔内并封堵压裂钻孔以使压裂钻孔的里侧形成密闭的压裂空间；

2)启动压裂泵将压裂液经压裂管注入到压裂空间以对煤层进行压裂，并由压力监测装置实时监测压力变化情况；

3)启动回流泵将压裂空间内的压裂废液通过回流管抽出，运行压裂返排液处理站将抽出的压裂废液处理后形成压裂返排液，处理后的压裂返排液由压裂泵再次注入压裂空间中以对煤层进行压裂，并由压力监测装置实时监测压力变化情况；其中，在所述步骤2)或步骤3)中执行压裂的过程中，可选择性地启动超声波发生电源，以产生高频交流电信号经超声波连接线传递至超声波换能器，超声波换能器再将高频交流电信号转换为超声波信号向周围发射，实现压裂液与超声波共同作用于煤层。