CN112743681B - 一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置 - Google Patents

一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及页岩石致裂装置领域，特别涉及一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置，包括机架、致裂钻机和抱紧装置，其中，所述机架使用钢缆吊装安装，所述致裂钻机分别设置在所述机架前侧、后侧和上侧，其中设置在机架前后两侧的致裂钻机以可滑动的方式安装，设置在机架上侧的致裂钻机与机架固定连接，所述抱紧装置对称设置在机架的左右两侧，其通过向内的回转动作实现对页岩样本的夹紧作用，所述致裂钻机在页岩样本上钻孔后在页岩样本内部通入气体，通过加压使页岩样本从内至外***。

Description

一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置
技术领域
本发明具体涉及页岩石致裂装置技术领域，具体是一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置。
背景技术
随着社会对清洁能源需求不断扩大，天然气价格不断上涨，人们对页岩气的认识迅速提高，页岩气是从页岩层中开采出来的天然气,成分以甲烷为主,是一种重要的非常规天然气资源。
在进行页岩气的开采前需要对页岩层取样，进行分析测试，在测试过程中需将页岩气致裂以放出储藏其中的页岩气，目前的致裂方式通常是在页岩内部加压致裂，而这样的致裂方法需要将页岩石切削成块状以方便夹持，无法对表面形状不规整的页岩石直接进行致裂工作，且在致裂一些体积较大的页岩石时因其内部加压通道的限制通常需要多次致裂以放出足量的页岩气。在现有的致裂设备中，通常是在页岩石上钻出内部加压通道后撤出钻头，接入加压液或气体，由外部加压设备进行加压致裂，存在效率不高的问题。
因此，为了解决上述问题，本领域技术人员提供了一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置，包括机架、致裂钻机和抱紧装置，其中，所述机架使用绳缆吊装安装，所述致裂钻机分别设置在所述机架前侧、后侧和上侧，其中设置在机架前后两侧的致裂钻机以可滑动的方式安装，设置在机架上侧的致裂钻机与机架固定连接；所述抱紧装置对称设置在机架的左右两侧，其通过向内的回转动作实现对页岩样本的夹紧作用；
所述致裂钻机在页岩样本上钻孔后在页岩样本内部通入气体，通过加压使页岩样本从内至外***。
进一步，作为优选，所述机架包括基板、安装架、导杆和滑块，其中，所述基板通过绳缆吊装在设备上方的位移机构上；
所述安装架对称设置在基板的下方左右两侧，与基板固定连接，其连接处设置有抬升块，使得基板与安装架上表面形成高度在10至15cm之间的内部空间，所述导杆前后对称地设置在该内部空间处，其左右两端分别固定在左右两侧安装架的上表面上,所述滑块可滑动的套设在导杆上。
进一步，作为优选，所述抱紧装置包括伸缩杆、Y型连接板、连杆机构、夹持板和同步传动轴；
所述伸缩杆对称设置在安装架下表面的四角位置，其底端与安装架下表面的凸出部分铰接；
所述同步传动轴左右对称地设置在安装架底部位置，其轴端分别与对称设置在安装架前后两侧的连杆机构转动连接，所述连杆机构保证抱紧装置左右两侧运动的一致性。
进一步，作为优选，所述Y型连接板由三个安装支脚组成，其下侧的支脚与夹持板固定连接，其上侧朝向内部的支脚固定套设在所述同步传动轴上，其上侧朝向外部的支脚与伸缩杆的输出端以铰接的方式连接；
共同位于所述安装架左侧或右侧的两Y型连接板之间设置有连接钢条，其将位于同侧的Y型连接板固定相连，提高抱紧装置左侧或右侧部分在进行回转运动时的一致性。
进一步，作为优选，所述夹持板包括前后两侧，在其朝向页岩样本的一侧上设置有多个浮动块，所述浮动块通过弹簧与所述夹持板的另一侧连接，所述夹持板在浮动块的作用下能够完成对表明形状不规整的页岩样本的夹持工作。
进一步，作为优选，位于所述机架前后两侧的致裂钻机包括侧移块、旋转臂和钻机主体，所述侧移块与滑块固定连接，其能够在左右方向上滑动；
所述旋转臂可旋转地设置在侧移块上，所述钻机主体可旋转地设置在旋转臂上；
位于所述机架前后两侧的致裂钻机在侧移块和旋转臂的作用下能够调整钻孔时的钻入位置。
进一步，作为优选，位于所述机架上方的致裂钻机仅包括钻机主体，所述钻机主体固定安装在基板上。
进一步，作为优选，所述钻机主体上设置有进气口和加压组件，所述进气口由外部气源处导入气体通过钻机主体后，通入页岩样本内，所述加压组件对气体加压使得页岩样本内部形成高压环境。
进一步，作为优选，所述钻机主体内固定安装有进给机构，所述进给机构的输出端通过连接座与旋转电机连接；
所述旋转电机的输出端连接有联轴器，所述联轴器在直线密封轴承内运动；
所述钻机主体内壁上开设有进气口，所述进气口位于直线密封轴承下方，由直线密封轴承完成密封，防止气体进入其他内部孔道；
所述联轴器通过对称设置在其四角位置的避位柱与钻头固定连接。
进一步，作为优选，所述钻头中轴线位置处开设有进气通道，所述进气通道通过开设在钻头侧壁上的压力口与外界连通；
所述钻头底端靠近钻机主体处设置有磨削台阶，其能够在页岩样本的表面磨削出规整的平面，防止压力口处的气体在该处大量泄漏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明使用三台钻机主体，从页岩样本的三侧同时钻入，进行致裂，前后两侧的致裂钻机通过旋转臂和侧移块调整钻孔位置，使得本发明在致裂体积较大的页岩样本时，致裂程度高，裂块均匀，不需要多次致裂，且本发明使用了带浮动块的抱紧装置，能够抱紧表面形状不规整的页岩样本，直接进行致裂工作，无需预加工。
2.本发明使用了带压力口的钻头，在致裂钻机钻出压力通道孔后，气体直接从钻头内对页岩内部加压施力，无需切换部件，使得致裂工作更加便捷，提高了工作效率。
附图说明
图1为一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置的整体结构示意图；
图2为一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置抱紧装置的结构示意图；
图3为一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置钻头处的内部结构示意图；
图4为一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置夹持板处的局部示意图；
图中：1、机架；2、致裂钻机；3、抱紧装置；4、页岩样本；101、基板；102、安装架；103、导杆；104、滑块；105、抬升块；201、侧移块；202、旋转臂；203、钻机主体；301、伸缩杆；302、Y型连接板；303、连杆机构；304、夹持板；305、同步传动轴；2031、进气口；2032、加压组件；2033、进给机构；2034、旋转电机；2035、连接座；2036、联轴器；2037、避位柱；2038、通孔；2039、钻头；3041、弹簧；3042、浮动块；20361、直线密封轴承；20391、进气通道；20392、压力口；20393、磨削台阶。
具体实施方式
以下将结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明，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。
一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置，如图1所示，包括机架1、致裂钻机2和抱紧装置3，其中，所述机架1使用绳缆吊装安装，所述致裂钻机2分别设置在所述机架1前侧、后侧和上侧，其中设置在机架1前后两侧的致裂钻机2以可滑动的方式安装，设置在机架1上侧的致裂钻机2与机架1固定连接；
所述抱紧装置3对称设置在机架1的左右两侧，其通过向内的回转动作实现对页岩样本4的夹紧作用；
所述致裂钻机2在页岩样本4上钻孔后在页岩样本4内部通入气体，通过加压使页岩样本4从内至外***。
本实施例中，如图1和图2所示，所述机架1包括基板101、安装架102、导杆103和滑块104，其中，所述基板101通过绳缆吊装在设备上方的位移机构上，所述安装架102对称设置在基板101的下方左右两侧，与基板101固定连接，其连接处设置有抬升块105，使得基板101与安装架102上表面形成高度在10至15cm之间的内部空间，所述导杆103前后对称地设置在该内部空间处，其左右两端分别固定在左右两侧安装架102的上表面上，所述滑块104可滑动的套设在导杆103上。
本实施例中，如图1和图2所示，所述抱紧装置3包括伸缩杆301、Y型连接板302、连杆机构303、夹持板304和同步传动轴305；
所述伸缩杆301对称设置在安装架102下表面的四角位置，其底端与安装架102下表面的凸出部分铰接；
所述同步传动轴305左右对称地设置在安装架102底部位置，其轴端分别与对称设置在安装架102前后两侧的连杆机构303转动连接，所述连杆机构303保证抱紧装置3左右两侧运动的一致性。
本实施例中，如图1和图2所示，所述Y型连接板302由三个安装支脚组成，其下侧的支脚与夹持板304固定连接，其上侧朝向内部的支脚固定套设在所述同步传动轴305上，其上侧朝向外部的支脚与伸缩杆301的输出端以铰接的方式连接；
共同位于所述安装架102左侧或右侧的两Y型连接板302之间设置有连接钢条，其将位于同侧的Y型连接板302固定相连，提高抱紧装置3左侧或右侧部分在进行回转运动时的一致性。
本实施例中，如图4所示，所述夹持板304包括前后两侧，在其朝向页岩样本4的一侧上设置有多个浮动块3042，所述浮动块3042通过弹簧3041与所述夹持板304的另一侧连接，所述夹持板304在浮动块3042的作用下能够完成对表明形状不规整的页岩样本4的夹持工作。
本实施例中，如图1所示，位于所述机架1前后两侧的致裂钻机2包括侧移块201、旋转臂202和钻机主体203，所述侧移块201与滑块104固定连接，其能够在左右方向上滑动；
所述旋转臂202可旋转地设置在侧移块201上，所述钻机主体203可旋转地设置在旋转臂202上；
位于所述机架1前后两侧的致裂钻机2在侧移块201和旋转臂202的作用下能够调整钻孔时的钻入位置；
位于所述机架1上方的致裂钻机2仅包括钻机主体203，所述钻机主体203固定安装在基板102上。
本实施例中，如图1所示，所述钻机主体203上设置有进气口2031和加压组件2032，所述进气口2031由外部气源处导入气体通过钻机主体203后，通入页岩样本4内，所述加压组件2032对气体加压使页岩样本4内部形成高压环境。
本实施例中，如图3所示，所述钻机主体203内固定安装有进给机构2033，所述进给机构2033的输出端通过连接座2035与旋转电机2034连接；
所述旋转电机2034的输出端连接有联轴器2036，所述联轴器2036在直线密封轴承20361内运动；
所述钻机主体203内壁上开设有进气口2031，所述进气口2031位于直线密封轴承20361下方，由直线密封轴承20361完成密封，防止气体进入其他内部孔道，所述联轴器2036通过对称设置在其四角位置的避位柱2037与钻头2039固定连接。
本实施例中，如图3所示，所述钻头2039中轴线位置处开设有进气通道20391，所述进气通道20391通过开设在钻头2039侧壁上的压力口20392与外界连通，所述钻头2039底端靠近钻机主体203处设置有磨削台阶20393，其能够在页岩样本4的表面磨削出规整的平面，防止压力口20392处的气体在该处大量泄漏。
具体的，本装置在将页岩样本4置入内部后，伸缩杆301驱动Y型连接板302向内作回转运动，带动夹持板304对页岩样本4进行抱紧，夹持板304上设置有浮动块3042，通过与弹簧3041的配合适应页岩样本4不同的表面形状，在完成抱紧后，根据页岩样本4体积、形状的不同，由旋转臂202和侧移块201配合控制，调整致裂钻机2的钻入位置，调整完毕后，旋转电机2034启动，驱动钻头2039旋转，由进给机构2033向前推进，在页岩样本4内部打出压力通道孔，随后通入气体，由加压组件2032进行加压，将页岩样本4致裂。
以上所述的仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露技术范围内，根据本发明的技术方案及发明构思加以等同替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置，包括机架(1)、致裂钻机(2)和抱紧装置(3)，其中，所述机架(1)使用绳缆吊装安装，其特征在于：
所述致裂钻机(2)分别设置在所述机架(1)前侧、后侧和上侧，其中设置在机架(1)前后两侧的致裂钻机(2)以可滑动的方式安装，设置在机架(1)上侧的致裂钻机(2)与机架(1)固定连接；
所述抱紧装置(3)对称设置在机架(1)的左右两侧，其通过向内的回转动作实现对页岩样本(4)的夹紧作用；
所述致裂钻机(2)在页岩样本(4)上钻孔后在页岩样本(4)内部通入气体，通过加压使页岩样本(4)从内至外***；
所述抱紧装置(3)包括伸缩杆(301)、Y型连接板(302)、连杆机构(303)、夹持板(304)和同步传动轴(305)，所述夹持板(304)包括前后两侧，在其朝向页岩样本(4)的一侧上设置有多个浮动块(3042)，所述浮动块(3042)通过弹簧(3041)与所述夹持板(304)的另一侧连接，所述夹持板(304)在浮动块(3042)的作用下能够完成对表面形状不规整的页岩样本(4)的夹持工作；
所述机架(1)包括基板(101)、安装架(102)、导杆(103)和滑块(104)，其中，所述基板(101)通过绳缆吊装在设备上方的位移机构上，位于所述机架(1)上方的致裂钻机(2)仅包括钻机主体(203)，所述钻机主体(203)固定安装在基板(101)上；
所述钻机主体(203)上设置有进气口(2031)和加压组件(2032)，所述进气口(2031)由外部气源处导入气体通过钻机主体(203)后，通入页岩样本(4)内，所述加压组件(2032)对气体加压使得页岩样本(4)内部形成高压环境；
所述钻机主体(203)内固定安装有进给机构(2033)，所述进给机构(2033)的输出端通过连接座(2035)与旋转电机(2034)连接；
所述旋转电机(2034)的输出端连接有联轴器(2036)，所述联轴器(2036)在直线密封轴承(20361)内运动；
所述钻机主体(203)内壁上开设有进气口(2031)，所述进气口(2031)位于直线密封轴承(20361)下方，由直线密封轴承(20361)完成密封，防止气体进入其他内部孔道；
所述联轴器(2036)通过对称设置在其四角位置的避位柱(2037)与钻头(2039)固定连接；
所述钻头(2039)中轴线位置处开设有进气通道(20391)，所述进气通道(20391)通过开设在钻头(2039)侧壁上的压力口(20392)与外界连通；
所述钻头(2039)底端靠近钻机主体(203)处设置有磨削台阶(20393)，其能够在页岩样本(4)的表面磨削出规整的平面，防止压力口(20392)处的气体在该处大量泄漏。
2.根据权利要求1所述的一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置，其特征在于，所述安装架(102)对称设置在基板(101)的下方左右两侧，与基板(101)固定连接，其连接处设置有抬升块(105)，使得基板(101)与安装架(102)上表面形成高度在10至15cm之间的内部空间，所述导杆(103)前后对称地设置在该内部空间处，其左右两端分别固定在左右两侧安装架(102)的上表面上；
所述滑块(104)可滑动的套设在导杆(103)上。
3.根据权利要求1所述的一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置，其特征在于，所述伸缩杆(301)对称设置在安装架(102)下表面的四角位置，其底端与安装架(102)下表面的凸出部分铰接；
所述同步传动轴(305)左右对称地设置在安装架(102)底部位置，其轴端分别与对称设置在安装架(102)前后两侧的连杆机构(303)转动连接，所述连杆机构(303)保证抱紧装置(3)左右两侧运动的一致性。
4.根据权利要求1所述的一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置，其特征在于，所述Y型连接板(302)由三个安装支脚组成，其下侧的支脚与夹持板(304)固定连接，其上侧朝向内部的支脚固定套设在所述同步传动轴(305)上，其上侧朝向外部的支脚与伸缩杆(301)的输出端以铰接的方式连接；
共同位于所述安装架(102)左侧或右侧的两Y型连接板(302)之间设置有连接钢条，其将位于同侧的Y型连接板(302)固定相连，提高抱紧装置(3)左侧或右侧部分在进行回转运动时的一致性。
5.根据权利要求2所述的一种用于页岩气采集的便捷式致裂装置，其特征在于，位于所述机架(1)前后两侧的致裂钻机(2)包括侧移块(201)、旋转臂(202)和钻机主体(203)，所述侧移块(201)与滑块(104)固定连接，其能够在左右方向上滑动；所述旋转臂(202)可旋转地设置在侧移块(201)上，所述钻机主体(203)可旋转地设置在旋转臂(202)上；
位于所述机架(1)前后两侧的致裂钻机(2)在侧移块(201)和旋转臂(202)的作用下能够调整钻孔时的钻入位置。
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