CN111911158A - 一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，其通过先洗孔、再切割槽处理，之后再封孔和压裂的方式，可以有效的提高卸压的效率与效果，保证卸压能力，本发明在切割槽时，利用文丘里管，可以直接将切割粒子送入切割液或者洗孔液中，即可直接实现径向切槽处理，保证后续卸压效果，本发明的这种方式不需要对切割设备进行专门设置，在洗孔后不需要将压裂管抽出即可完成作业，保证操作效果，本发明可以实现径向的切槽处理，同时，本发明在切槽时，高压喷射套旋转的设置，通过其旋转，可以给予切割粒子以冲击以及旋向的喷射力，提高高压切割能力，实现快速、高效作业。
Description
技术领域
本发明具体是一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，涉及坚硬顶板的定向压裂卸压相关领域。
背景技术
坚硬顶板在煤矿开采过程中如果不能及时的卸压处理，极其的容易形成大面积悬顶，这种悬顶一旦出现断裂，会瞬间导致巷道破坏，严重威胁着煤矿安全。因此，坚硬顶板的弱化是煤矿顶板灾害控制的关键。目前，最常用的坚硬顶板弱化的方法主要为***断顶和水力压裂，由于***断顶安全隐患高，对生产干扰大；水力压裂则采用高压水破裂顶板，施工工艺相对简单，处理的可控性和操作性较强，因此，压裂卸压的方式是最为常见的方式。但是，目前的压裂卸压比较简单，一般是简单的在钻孔内进行直接高压压裂，但是，由于顶板比较坚硬，导致卸压效果并不理想，而且，所需的压力极大，所需设备要求较高，能耗也比较大。
发明内容
因此，为了解决上述不足，本发明在此提供一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置及其方法。
本发明是这样实现的，构造一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其采用定向压裂控顶卸压装置，该装置包括压裂液供给器、高压泵送机组、高压切割粒子供给机构、文丘里管、压裂管、压裂与切割头和洗孔头，其特征在于，所述压裂液供给器通过高压泵送机组连接至所述文丘里管的收缩端，所述文丘里管的扩散端连接至所述压裂管，所述高压切割粒子供给机构与所述文丘里管上的喉管连接，该喉管位于所述扩散端与收缩端之间的连接处；所述压裂管的伸入钻孔内的部位设置有多个沿着所述压裂管径向延伸的压裂与切割头，所述压裂管的端部固定连接有所述洗孔头，所述压裂与切割头和所述洗孔头均与所述压裂管的管孔连通；该定向压裂控顶卸压方法包括以下步骤：
(i)钻孔：在待定向压裂控顶卸压部位钻设压裂钻孔，并将压裂管伸入所述压力钻孔内；
(ii)洗孔：将所述高压泵送机组的进液端连接至洗孔液，然后利用高压泵送机组向压裂管内供应高压的洗孔液，在洗孔时，所述压裂与切割头处于关闭状态，利用所述压裂管端部的洗孔头对钻孔进行洗孔；
(iii)切割处理：将洗孔头关闭，并将高压切割粒子供给机构与所述文丘里管之间的开关打开，使得高压切割粒子供给机构向文丘里管内供给切割粒子，使得洗孔液内混合有切割粒子，利用高压以及切割粒子的切割作用，对钻孔的径向进行切割出多个径向切割槽；
(iv)封孔处理：切割完各个径向切割槽后，将压裂管伸入压裂孔内，并对钻孔的端部进行封孔，使得压裂管与钻孔端部之间密封设置；
(v)压裂卸压：将高压切割粒子供给机构与所述文丘里管之间的开关关闭，并将洗孔液更换为压裂液，利用压裂液供给器、高压泵送机组向压裂管内供给高压的压裂液，实现压裂卸压处理，压裂时，洗孔头处于关闭状态时利用压裂与切割头实现压裂，所述压裂与切割头处于关闭状态时，利用洗孔头进行压裂，并依次间歇的使得洗孔头、压裂与切割头打开或者关闭；
(vi)保压：压裂时，在设定的最大压裂压力下，保压压裂一定时间即可完成压裂卸压。
进一步，作为优选，所述高压泵送机组上还连接有增压泵。
进一步，作为优选，所述高压切割粒子供给机构包括切割粒子供给罐、粒子输送泵、均流罐和防堵气流嘴，其中，所述粒子输送泵一端连接至所述切割粒子供给罐，所述粒子输送泵另一端通过所述均流罐连接至输送管，所述输送管上设置有防堵气流嘴，所述输送管连接至所述喉管，且所述防堵气流嘴的出气端与所述输送管的延伸输送方向之间具有一锐角的夹角，利用所述防堵气流嘴对粒子进行输送并防止粒子堵塞。
进一步，作为优选，所述压裂与切割头包括安装外套和高压喷射套，其中，所述安装外套沿着所述压裂管的径向方向延伸固定安装，所述安装外套内可旋转转动的设置有所述高压喷射套。
进一步，作为优选，所述高压喷射套的前端设置有喷射孔，且所述高压喷射套的中心通孔内的内壁上设置有螺旋延伸的螺旋槽。
进一步，作为优选，所述安装外套与所述高压喷射套的前端部之间设置有直驱电机，利用所述直驱电机驱动所述高压喷射套相对于所述安装外套旋转。
进一步，作为优选，所述安装外套为前端大后端小的阶梯结构，其中，前端为朝向喷射孔的一端，所述安装外套的前端密封设置有密封端盖。
进一步，作为优选，所述安装外套的后端部与所述高压喷射套之间设置有油膜间隙，所述油膜间隙内填充有润滑油，所述高压喷射套的后端设置有定位段，所述定位段的外端壁与所述安装外套的内壁之间为间隙配合。
进一步，作为优选，所述压裂管的轴向方向上延伸有线缆孔，所述直驱电机、开关的线缆均传设在所述线缆孔内。
此外，本发明还提供了一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，其特征在于：该装置包括压裂液供给器、高压泵送机组、高压切割粒子供给机构、文丘里管、压裂管、压裂与切割头和洗孔头，所述压裂液供给器通过高压泵送机组连接至所述文丘里管的收缩端，所述文丘里管的扩散端连接至所述压裂管，所述高压切割粒子供给机构与所述文丘里管上的喉管连接，该喉管位于所述扩散端与收缩端之间的连接处；所述压裂管的伸入钻孔内的部位设置有多个沿着所述压裂管径向延伸的压裂与切割头，所述压裂管的端部固定连接有所述洗孔头，所述压裂与切割头和所述洗孔头均与所述压裂管的管孔连通。
本发明具有如下优点：本发明提供的一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，与同类型设备相比，具有如下优点：
本发明所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，其通过先洗孔、再切割槽处理，之后再封孔和压裂的方式，可以有效的提高卸压的效率与效果，保证卸压能力，本发明在切割槽时，利用文丘里管，可以直接将切割粒子送入切割液或者洗孔液中，即可直接实现径向切槽处理，保证后续卸压效果，本发明的这种方式不需要对切割设备进行专门设置，在洗孔后不需要将压裂管抽出即可完成作业，保证操作效果，本发明可以实现径向的切槽处理，同时，本发明在切槽时，高压喷射套旋转的设置，通过其旋转，可以给予切割粒子以冲击以及旋向的喷射力，提高高压切割能力，实现快速、高效作业。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的压裂管的前端部的结构示意图；
图3是本发明压裂与切割头的内部的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图1-3对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明通过改进在此提供一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其采用定向压裂控顶卸压装置，该装置包括压裂液供给器1、高压泵送机组3、高压切割粒子供给机构、文丘里管9、压裂管10、压裂与切割头11和洗孔头12，其特征在于，所述压裂液供给器1通过高压泵送机组连接至所述文丘里管9的收缩端，所述文丘里管9的扩散端连接至所述压裂管10，所述高压切割粒子供给机构与所述文丘里管9上的喉管连接，该喉管位于所述扩散端与收缩端之间的连接处；所述压裂管的伸入钻孔内的部位设置有多个沿着所述压裂管径向延伸的压裂与切割头11，所述压裂管的端部固定连接有所述洗孔头12，所述压裂与切割头11和所述洗孔头均与所述压裂管的管孔连通；该定向压裂控顶卸压方法包括以下步骤：
(i)钻孔：在待定向压裂控顶卸压部位钻设压裂钻孔，并将压裂管伸入所述压力钻孔内；
(ii)洗孔：将所述高压泵送机组3的进液端连接至洗孔液，然后利用高压泵送机组3向压裂管内供应高压的洗孔液，在洗孔时，所述压裂与切割头11处于关闭状态，利用所述压裂管端部的洗孔头12对钻孔进行洗孔；
(iii)切割处理：将洗孔头关闭，并将高压切割粒子供给机构与所述文丘里管9之间的开关打开，使得高压切割粒子供给机构向文丘里管内供给切割粒子，使得洗孔液内混合有切割粒子，利用高压以及切割粒子的切割作用，对钻孔的径向进行切割出多个径向切割槽；
(iv)封孔处理：切割完各个径向切割槽后，将压裂管伸入压裂孔内，并对钻孔的端部进行封孔，使得压裂管与钻孔端部之间密封设置；
(v)压裂卸压：将高压切割粒子供给机构与所述文丘里管9之间的开关关闭，并将洗孔液更换为压裂液，利用压裂液供给器1、高压泵送机组3向压裂管内供给高压的压裂液，实现压裂卸压处理，压裂时，洗孔头处于关闭状态时利用压裂与切割头11实现压裂，所述压裂与切割头11处于关闭状态时，利用洗孔头进行压裂，并依次间歇的使得洗孔头、压裂与切割头11打开或者关闭；
(vi)保压：压裂时，在设定的最大压裂压力下，保压压裂一定时间即可完成压裂卸压。
在本实施例中，所述高压泵送机组3上还连接有增压泵2。
所述高压切割粒子供给机构包括切割粒子供给罐、粒子输送泵5、均流罐6和防堵气流嘴4，其中，所述粒子输送泵5一端连接至所述切割粒子供给罐，所述粒子输送泵5另一端通过所述均流罐6连接至输送管7，所述输送管上设置有防堵气流嘴4，所述输送管连接至所述喉管，且所述防堵气流嘴4的出气端与所述输送管的延伸输送方向之间具有一锐角的夹角，利用所述防堵气流嘴4对粒子进行输送并防止粒子堵塞。
所述压裂与切割头11包括安装外套13和高压喷射套21，其中，所述安装外套沿着所述压裂管的径向方向延伸固定安装，所述安装外套内可旋转转动的设置有所述高压喷射套21。
所述高压喷射套21的前端设置有喷射孔20，且所述高压喷射套的中心通孔19内的内壁上设置有螺旋延伸的螺旋槽16，且高压喷射套的旋转方向构设为使得螺旋槽16能够助推喷射液向外喷射。
所述安装外套与所述高压喷射套的前端部之间设置有直驱电机17，利用所述直驱电机驱动所述高压喷射套相对于所述安装外套旋转。
所述安装外套为前端大后端小的阶梯结构，其中，前端为朝向喷射孔20的一端，所述安装外套的前端密封设置有密封端盖18。
所述安装外套的后端部与所述高压喷射套21之间设置有油膜间隙15，所述油膜间隙内填充有润滑油，所述高压喷射套的后端设置有定位段14，所述定位段的外端壁与所述安装外套的内壁之间为间隙配合。
所述压裂管的轴向方向上延伸有线缆孔，所述直驱电机、开关的线缆均传设在所述线缆孔内。
此外，本发明还提供了一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，其特征在于：该装置包括压裂液供给器1、高压泵送机组3、高压切割粒子供给机构、文丘里管9、压裂管10、压裂与切割头11和洗孔头12，所述压裂液供给器1通过高压泵送机组连接至所述文丘里管9的收缩端，所述文丘里管9的扩散端连接至所述压裂管10，所述高压切割粒子供给机构与所述文丘里管9上的喉管连接，该喉管位于所述扩散端与收缩端之间的连接处；所述压裂管的伸入钻孔内的部位设置有多个沿着所述压裂管径向延伸的压裂与切割头11，所述压裂管的端部固定连接有所述洗孔头12，所述压裂与切割头11和所述洗孔头均与所述压裂管的管孔连通。
本发明所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，其通过先洗孔、再切割槽处理，之后再封孔和压裂的方式，可以有效的提高卸压的效率与效果，保证卸压能力，本发明在切割槽时，利用文丘里管，可以直接将切割粒子送入切割液或者洗孔液中，即可直接实现径向切槽处理，保证后续卸压效果，本发明的这种方式不需要对切割设备进行专门设置，在洗孔后不需要将压裂管抽出即可完成作业，保证操作效果，本发明可以实现径向的切槽处理，同时，本发明在切槽时，高压喷射套旋转的设置，通过其旋转，可以给予切割粒子以冲击以及旋向的喷射力，提高高压切割能力，实现快速、高效作业。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,并且本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买,异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制,各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中,常规的型号,加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式,在此不再详述。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其采用定向压裂控顶卸压装置，该装置包括压裂液供给器(1)、高压泵送机组(3)、高压切割粒子供给机构、文丘里管(9)、压裂管(10)、压裂与切割头(11)和洗孔头(12)，其特征在于，所述压裂液供给器(1)通过高压泵送机组连接至所述文丘里管(9)的收缩端，所述文丘里管(9)的扩散端连接至所述压裂管(10)，所述高压切割粒子供给机构与所述文丘里管(9)上的喉管连接，该喉管位于所述扩散端与收缩端之间的连接处；所述压裂管的伸入钻孔内的部位设置有多个沿着所述压裂管径向延伸的压裂与切割头(11)，所述压裂管的端部固定连接有所述洗孔头(12)，所述压裂与切割头(11)和所述洗孔头均与所述压裂管的管孔连通；该定向压裂控顶卸压方法包括以下步骤：
(i)钻孔：在待定向压裂控顶卸压部位钻设压裂钻孔，并将压裂管伸入所述压力钻孔内；
(ii)洗孔：将所述高压泵送机组(3)的进液端连接至洗孔液，然后利用高压泵送机组(3)向压裂管内供应高压的洗孔液，在洗孔时，所述压裂与切割头(11)处于关闭状态，利用所述压裂管端部的洗孔头(12)对钻孔进行洗孔；
(iii)切割处理：将洗孔头关闭，并将高压切割粒子供给机构与所述文丘里管(9)之间的开关打开，使得高压切割粒子供给机构向文丘里管内供给切割粒子，使得洗孔液内混合有切割粒子，利用高压以及切割粒子的切割作用，对钻孔的径向进行切割出多个径向切割槽；
(iv)封孔处理：切割完各个径向切割槽后，将压裂管伸入压裂孔内，并对钻孔的端部进行封孔，使得压裂管与钻孔端部之间密封设置；
(v)压裂卸压：将高压切割粒子供给机构与所述文丘里管(9)之间的开关关闭，并将洗孔液更换为压裂液，利用压裂液供给器(1)、高压泵送机组(3)向压裂管内供给高压的压裂液，实现压裂卸压处理，压裂时，洗孔头处于关闭状态时利用压裂与切割头(11)实现压裂，所述压裂与切割头(11)处于关闭状态时，利用洗孔头进行压裂，并依次间歇的使得洗孔头、压裂与切割头(11)打开或者关闭；
(vi)保压：压裂时，在设定的最大压裂压力下，保压压裂一定时间即可完成压裂卸压。
2.根据权利要求1所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其特征在于：所述高压泵送机组(3)上还连接有增压泵(2)。
3.根据权利要求1所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其特征在于：所述高压切割粒子供给机构包括切割粒子供给罐、粒子输送泵(5)、均流罐(6)和防堵气流嘴(4)，其中，所述粒子输送泵(5)一端连接至所述切割粒子供给罐，所述粒子输送泵(5)另一端通过所述均流罐(6)连接至输送管(7)，所述输送管上设置有防堵气流嘴(4)，所述输送管连接至所述喉管，且所述防堵气流嘴(4)的出气端与所述输送管的延伸输送方向之间具有一锐角的夹角，利用所述防堵气流嘴(4)对粒子进行输送并防止粒子堵塞。
4.根据权利要求1所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其特征在于：所述压裂与切割头(11)包括安装外套(13)和高压喷射套(21)，其中，所述安装外套沿着所述压裂管的径向方向延伸固定安装，所述安装外套内可旋转转动的设置有所述高压喷射套(21)。
5.根据权利要求1所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其特征在于：所述高压喷射套(21)的前端设置有喷射孔(20)，且所述高压喷射套的中心通孔(19)内的内壁上设置有螺旋延伸的螺旋槽(16)，且高压喷射套的旋转方向构设为使得螺旋槽(16)能够助推喷射液向外喷射。
6.根据权利要求5所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其特征在于：所述安装外套与所述高压喷射套的前端部之间设置有直驱电机(17)，利用所述直驱电机驱动所述高压喷射套相对于所述安装外套旋转。
7.根据权利要求6所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其特征在于：所述安装外套为前端大后端小的阶梯结构，其中，前端为朝向喷射孔(20)的一端，所述安装外套的前端密封设置有密封端盖(18)。
8.根据权利要求1所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其特征在于：所述安装外套的后端部与所述高压喷射套(21)之间设置有油膜间隙(15)，所述油膜间隙内填充有润滑油，所述高压喷射套的后端设置有定位段(14)，所述定位段的外端壁与所述安装外套的内壁之间为间隙配合。
9.根据权利要求1所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其特征在于：所述压裂管的轴向方向上延伸有线缆孔，所述直驱电机、开关的线缆均传设在所述线缆孔内。
10.一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压装置，其用于权利要求1-9任意一项所述一种用于坚硬顶板的定向压裂控顶卸压方法，其特征在于：该装置包括压裂液供给器(1)、高压泵送机组(3)、高压切割粒子供给机构、文丘里管(9)、压裂管(10)、压裂与切割头(11)和洗孔头(12)，所述压裂液供给器(1)通过高压泵送机组连接至所述文丘里管(9)的收缩端，所述文丘里管(9)的扩散端连接至所述压裂管(10)，所述高压切割粒子供给机构与所述文丘里管(9)上的喉管连接，该喉管位于所述扩散端与收缩端之间的连接处；所述压裂管的伸入钻孔内的部位设置有多个沿着所述压裂管径向延伸的压裂与切割头(11)，所述压裂管的端部固定连接有所述洗孔头(12)，所述压裂与切割头(11)和所述洗孔头均与所述压裂管的管孔连通。
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