[发明专利]一种煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置及方法

权利要求书

1.一种煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置，其特征在于：包括壳体(1)，所述壳体(1)的轴向中心位置贯穿设置有进液管(2)，所述壳体(1)的外部设有致裂托盘(3)，所述致裂托盘(3)通过若干起裂部件(4)与进液管(2)连接；所述起裂部件(4)在进液管(2)轴向位置均匀布置；

所述起裂部件(4)包括外壳(4-1)、进液口(4-2)、活塞头(4-3)、活塞杆(4-4)、弹簧(4-5)，所述外壳(4-1)一端通过进液口(4-2)与进液管(2)连接，所述活塞头(4-3)置于外壳(4-1)内部且活塞头(4-3)两端分别通过弹簧(4-5)与壳体(1)连接，所述活塞杆(4-4)一端与活塞头(4-3)固定连接，另一端与致裂托盘(3)固定连接；所述致裂托盘(3)包括分别位于壳体(1)上部、下部的上致裂托盘(3-1)、下致裂托盘(3-2)，所述进液管(2)上部、下部分别设有4个起裂部件(4)，进液管(2)上部的活塞杆(4-4)与上致裂托盘(3-1)固定连接，进液管(2)下部的活塞杆(4-4)与下致裂托盘(3-2)固定连接；所述上致裂托盘(3-1)、下致裂托盘(3-2)结构相同且截面均为半圆弧形。

2.根据权利要求1所述的煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置，其特征在于：所述进液管(2)出口端设有球阀(5)。

3.根据权利要求1所述的煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置，其特征在于：所述壳体(1)前端设有用于连接矿用钻头的连接螺纹(6)。

4.根据权利要求1所述的煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置，其特征在于：所述致裂托盘(3)的厚度为10-20mm。

5.利用权利要求1至4任一项所述的煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置进行煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置后端与钻杆相连，前端连接螺纹(6)与矿用钻头相连，向煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置内通入低压水，球阀(5)打开，开始在煤层内施工钻孔，直至钻孔施工完成；

S2：退钻至指定位置，向煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置内通入高压水，球阀(5)关闭，进液管(2)中的高压水通过进液口(4-2)进入起裂部件(4)内部，并通过活塞杆(4-4)与活塞头(4-3)将压力传导至致裂托盘(3)，致裂托盘(3)在指定位置和方向上预裂煤体；然后旋转煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置，在另一个方向上再次预裂煤体，使得在钻孔壁上形成多条预裂裂缝；

S3：沿钻孔轴向退钻，在钻孔另一轴向位置重复S2步骤，继续预裂煤体，直到整个钻孔预裂施工完成；

S4：整个钻孔预裂施工完成后，向煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置通入中压水，球阀(5)打开，通过煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂装置前端向钻孔内注入中压水，驱动预裂裂缝扩展，直到压裂施工完成。

6.根据权利要求5所述的煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂的方法，其特征在于：所述步骤S2中预裂裂缝的数量为2-6条。

7.根据权利要求5所述的煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂的方法，其特征在于：所述步骤S3中单次退钻的距离为2-5m。

8.根据权利要求5所述的煤层机械起裂与水力驱动协同靶向压裂的方法，其特征在于：所述低压水压力为1-3MPa，所述高压水压力为25-35MPa，所述中压水压力为10-20MPa。