[发明专利]一种基于钻机动力的井下快速割缝定向水力压裂系统及方法

摘要

本发明公开了一种于钻机动力的井下快速割缝定向水力压裂系统及方法，定向水力压裂系统包括注水泵，注水泵上布置高压胶管与钻机相连通，钻机上安装水力压裂专用密封钻杆，该钻杆前段可与定向封孔器采用螺纹连接，螺纹连接处设置有密封圈。主要实施步骤为钻孔→割缝→封孔→压裂，首先在钻杆前端安装钻割一体刀具，钻孔完成后无需更换钻头进行水力割缝增透卸压，割缝完成后退钻安装定向封孔器推送到预定位置进行高效封孔，封孔完毕后进行高压注水压裂，以“高压渗透”为主，增大裂隙密度和范围，从而达到提高高地压低孔隙率煤层的注水效果，进而有效防治冲击地压、降低粉尘浓度、防治瓦斯以及防治火灾等灾害。

主权项

1.一种基于钻机动力的井下快速割缝定向水力压裂方法，包括基于钻机动力的井下快速割缝定向水力压裂系统，其包括钻机，注水泵和钻机之间使用高压胶管相连接，钻机上布置有专用密封钻杆；钻杆前端可布置钻割一体刀具，在钻割一体刀具的三翼钻头及扩孔钻头上设计孔径为6mm‑8mm的三个出气出水孔，钻孔完毕后无需退钻便可直接进行水力割缝；钻杆上布置有多个定向封孔器，定向封孔器包括外壳，外壳内设置有一连通管，连通管的下直通口与一过渡管相连通，连通管的上直通口与一进水管相连通，上直通口与下直通口之间的连通管上设置有侧通进水口，侧通进水口上设置有侧通口，外壳上设置有封孔胶囊，封孔胶囊两侧分别设置有密封圈，封孔胶囊内的外壳上均匀布置有多个通孔，两个相临定向封孔器之间的过渡管通过水管连接器相连接；定向封孔器与钻杆布置在钻孔内，钻杆为水力压裂专用密封钻杆，布置有密封圈，高压水可经钻杆进入到定向封孔器内，其特征在于，该方法的施步骤为钻孔→割缝→封孔→压裂，其具体操作如下：A、钻杆前段安装钻割一体刀具，启动钻机进行打钻，钻进期间，通过三翼钻头及扩孔钻头上的出气出水孔进行排碴，水力切割钻孔钻进至预定位置后，开动注水泵并切换至高压水，钻机保持旋转状态，通过钻孔内的水力切割煤体形成水力割缝；在达到割缝要求后，停止旋转、停止高压水，将钻杆缓慢拔出；B、拆卸钻割一体刀具并安装定向封孔器，钻杆与定向封孔器的螺纹连接密封好，开动钻机推送定向封孔器至预定位置，设定注水压力小于5MPa，注水泵提供的压力水经高压胶管运至钻机达到钻杆内进入定向封孔器，低压水由定向封孔器的进水管进入封孔胶囊内部，下直通口作进水口，上直通口作为出水口，侧通口向封孔胶囊内注水，外壳上有连接封孔胶囊的通孔；外壳外壁两端分别设有用于固定封孔胶囊的密封圈；当水流注满封孔胶囊时，封孔胶囊的直径大于94mm，能对钻孔进行有效的封堵，增大注水压力超过5MPa时，定向封孔器上的压力控制阀会打开，高压水进入钻孔内；C、封孔完成后，进行水力压裂，缓慢增大注水压力至30MPa，观察压力表变化，持续高压注水时间10分钟，完成第一段压裂工作，关闭注水泵卸压后，定向封孔器恢复正常大小；D、调节钻机将定向封孔器抽送到第二压裂段，重复步骤B和步骤C进行第二段压裂工作，以此类推，直至压裂工作完成。