CN117514120A - 一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法，属于燃爆压裂领域，包括套管以及均匀开设在套管外圆面的射孔，套管内部设有上油管以及下油管，上油管、下油管之间通过设置的通气切换机构转动连接；套管内底部设有下封隔器，套管内部上端设有上封隔器且上油管贯穿上封隔器设置；上油管内部下端滑动设有第一活塞，且第一活塞上设置有一号电磁阀；上油管内部上端滑动设有第二活塞。本申请首先能够保证燃爆过程中甲烷气体的充足，通过将整体的油管拆分为上油管及下油管，利用通气切换机构切换上油管及下油管的连通状态，进而分别完成对助燃气体及甲烷气体的分隔输送暂存工作，保证了施工作业的安全性。

Description

一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法

技术领域

本发明涉及燃爆压裂领域，更具体地说，涉及一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法。

背景技术

由于致密气、页岩气等储层普遍具有低孔隙度、低渗透率的特性，压裂是实现其商业开采的必要手段；燃爆压裂技术也称为气动力造缝、气动力脉冲压裂、热化学处理、推进剂压裂等，是利用火药或火箭推进剂快速燃烧产生的高温高压气体，使油气水井增产增注的新技术。

燃爆压裂技术凭借较高的瞬时燃爆压力使储层致裂，能有效对致密、低渗等复杂油气藏进行储层改造，可突破应力集中，促进复杂缝网发育，且低成本、无污染，但是现有的燃爆工艺通常将燃烧剂和助燃剂混合形成的***同时注入井底地层，***一般是军工产品且无法避免运输和注入过程中的安全性问题，且引爆范围有限，在制作、运输、存储，投放过程中都有很大的安全隐患，对工作人员的施工管理能力也提出了很高的要求。

针对上述问题，授权公告号为CN112983383B的中国专利公开了一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法，该装置利用泵车从油套环空泵入低密度压井液，顶替原始压井液，此过程中目的层混合流体经引爆装置单向阀排出，待井口检测到甲烷气体时转注高密度压井液，单向阀关闭，引爆装置腔体及油套环空蓄气完成，最后从井口实施投棒作业，巨大冲击力使下承压盘剪切断裂，助燃剂连同夹持器与撞针快速接触，引发地层甲烷气体***，***气流沿套筒孔隙高速射出，使地层冲击致裂。

现有技术提出了新的燃爆方式，使得燃爆压裂作业更加安全高效，达到传统燃爆效果的同时降低了施工风险和成本，但是在实际使用过程中，由于页岩储层非常致密，新井射孔之后并不能解析出足够的甲烷气体以供燃爆压裂使用，同时，如现有技术提供的固体助燃剂，其量也无法做到足够充足，依旧会影响燃爆效果，因此，在第一轮燃爆的过程中需要向目标层位的井段中注入甲烷气体，并注入氧气等气体助燃剂进行燃爆。但页岩气井的深度较深，并且井筒的直径小，采用两套管柱分别输送甲烷气和氧气的难度大，只能采用一套管柱先后注入或同时注入的方式进行甲烷气和气体助燃剂的输送。但无论采用哪种方法都会导致甲烷气和气体助燃剂在整个井筒中混合，这样施工过程中的管柱振动、摩擦等都有可能引爆甲烷气和助燃剂。由于输送过程中整个井筒中都充满气体，一旦不慎燃爆压力将通过井筒传递到井口和地面设备中，导致施工失败甚至造成很大的安全事故，为整个输送过程带来很大的安全风险。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种直井甲烷原位燃爆压裂装置及方法。

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，包括套管以及均匀开设在套管外圆面的射孔，套管内部设有上油管以及下油管，上油管、下油管之间通过设置的通气切换机构转动连接；

套管内底部设有下封隔器，套管内部上端设有上封隔器且上油管贯穿上封隔器设置；上油管内部下端滑动设有第一活塞，且第一活塞上设置有一号电磁阀；上油管内部上端滑动设有第二活塞；

下油管内部两侧对称设有两个连通激发机构，且两个连通激发机构共同承托有初步固体助燃剂；下油管底部设有撞针单元；下封隔器内部开设有限位槽，下油管外圆面底部固连有对应限位槽的限位块。

进一步的，通气切换机构包括固连于上油管底部边缘的安装凸缘，安装凸缘内部贯穿开设有转动槽，下油管顶部固连有内半圆盖体，且内半圆盖体顶端通过转动槽与安装凸缘转动连接；安装凸缘外圆面底部固连有外半圆盖体；外半圆盖体内弧面还设有与内半圆盖体相配合的防泄露机构；

上油管内圆面底部固定连接有转动连接柱，下油管顶端固定连接有固定半圆盖板，转动连接柱下端贯穿固定半圆盖板并与固定半圆盖板转动连接，且转动连接柱底部固定连接活动半圆盖板。

进一步的，活动半圆盖板与外半圆盖体关于转动连接柱对称设置，固定半圆盖板与内半圆盖***于转动连接柱同侧设置。

进一步的，防泄露机构包括固定连接于外半圆盖体内弧面两端的两条纵向分隔气囊，以及固定安装于外半圆盖体内弧面底部的环形分隔气囊，且纵向分隔气囊及环形分隔气囊初始均呈负压状态；环形分隔气囊底部设有电磁单向阀，活动半圆盖板上表面设有二号按压开关。

进一步的，外半圆盖体在转动后与内半圆盖体形成密闭通道时，二号按压开关恰好被固定半圆盖板按压。

进一步的，转动槽内还设有用于防止下油管在布置过程中旋转的防旋转机构，防旋转机构包括设置于转动槽内顶部的电磁铁环，内半圆盖体顶部设有与电磁铁环对应的下磁铁，且电磁铁环在通电后磁场与下磁铁相吸附；限位槽底部中间位置还设有控制电磁铁环工作状态的一号按压开关。

进一步的，上油管内部底端固定设有用于控制通气切换机构工作的反馈机构，反馈机构包括固连于上油管内圆面底部的下环体，下环体上表面固连有均匀分布的按压弹簧，按压弹簧的上端共同固连有上环体，下环体上表面一侧设有压力传感器，上环体设有与压力传感器对应的按压柱。

进一步的，连通激发机构包括开设于下油管侧壁的连通口，连通口顶部通过铰链转动连接有弧形分隔板，弧形分隔板的一侧底部固定连接有配重块，弧形分隔板的另一侧顶部固定连接有承托挤压板，且两个连通激发机构中的承托挤压板实现对初步固体助燃剂的承托，下油管内圆面靠近连通口下方位置固连有弧形限位板；下油管内部上端还设有用于防冲击机构。

进一步的，防冲击机构包括固连于下油管侧壁的下固定环以及上固定环，下固定环上表面呈环形固连有均匀分布的冲击弹簧，冲击弹簧的上端共同固连有冲击孔板，且冲击弹簧处于原长时，冲击孔板与上固定环上表面平齐。

一种直井甲烷原位燃爆压裂装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将套管、上油管、下油管及相关部件依次下入井中并完成布置；

S2：向上油管中泵入气体助燃剂如氧气等，待气体助燃剂压力达标后，投入第一活塞至上油管中，继续向上油管中泵入甲烷气体，待甲烷气体压力达标后投入第二活塞，最后向上油管泵入压井液，持续推动第一活塞及第二活塞向下运动；

S3：待第一活塞挤压反馈机构后，反馈机构控制井口与上油管固连的驱动设备对上油管进行转动，使得通气切换机构工作，实现对气体助燃剂与甲烷气体的分隔储存；

S4：向上油管中投入重棒，进行投棒作业，重棒产生的冲击以及井底压差，使得重棒直接按压初步固体助燃剂与撞针单元进行撞击，初步点燃甲烷气体；

S5：同时在重棒的挤压下，连通激发机构工作，使得气体助燃剂与甲烷气体连通混合，完成甲烷气体的燃爆，燃爆气流沿射孔高速射出，使得目的土层冲击压裂，完成燃爆压裂工作。

相比于现有技术，本发明的有益效果：

（1）本申请相对于现有技术，首先能够保证燃爆过程中甲烷气体的充足，避免新井射孔之后并不能解析出足够的甲烷气体以供燃爆压裂使用的问题，其次通过初步固体助燃剂以及助燃气体的配合，保证了整个燃爆压裂过程助燃剂的充足，提高了燃爆压裂效果，最后，通过将整体的油管拆分为上油管及下油管，利用通气切换机构切换上油管及下油管的连通状态，进而分别完成对助燃气体及甲烷气体的分隔输送暂存工作，进而能够最大程度减小施工过程中的管柱振动、摩擦等引爆甲烷气和助燃剂的概率，保证了施工作业的安全性；

（2）本申请通过设置防泄露机构，能够对外半圆盖体与内半圆盖体之间的缝隙进行密封，保证了助燃剂气体与甲烷气体的完全分隔，进一步提高了通气切换机构的分隔效果，同时通过设置的二号按压开关，被按压时也可以同时控制第一活塞上的一号电磁阀的打开时间，做到了自动精确控制，防止出现外半圆盖体与内半圆盖体未转动至工位便打开一号电磁阀，导致甲烷气体与助燃剂气体混合的情况出现；

（3）本申请通过设置防旋转机构，在下管过程中，电磁铁环通电，产生与下磁铁相吸附的磁场，进而对内半圆盖体与上油管进行固定，防止在下管过程中出现磕碰等情况会导致内半圆盖体及下油管旋转的情况出现，另外在限位槽内设有一号按压开关，在下管完成后，下油管会挤压一号按压开关，使得一号按压开关控制与之电性连接的电磁铁环断电，进而保证了通气切换机构的正常转动工作；

（4）本申请通过设置反馈机构，在甲烷气体持续推动第一活塞持续下移时，设置接触反馈机构的位置为需要的气体压力状态，此时，随着第一活塞继续下移一小段距离，会挤压上环体并带动按压柱按压压力传感器，压力传感器自带通信模块，受压后可传输信号至地面控制***，使得工作人员可以及时控制通气切换机构开始工作；

（5）本申请通过设置连通激发机构，由两个连通激发机构中的承托挤压板实现对初步固体助燃剂的承托，通过配重块级弧形限位板，可以保证初步固体助燃剂的承托稳定性，在进行投棒后，重棒按压初步固体助燃剂与撞针单元碰撞，同时重棒挤压两侧的承托挤压板，使得承托挤压板带动弧形分隔板及配重块旋转，打开连通口，方便助燃气体与甲烷气体的自动连通混合；

（6）本申请通过设置防冲击机构，在高压甲烷气体进入下油管时，首先对冲击孔板进行冲击，冲击孔板受压挤压冲击弹簧，使得冲击孔板下移，甲烷气体通过上固定环与冲击孔板之间的缝隙，以及冲击孔板上的小孔进入下油管，避免了高压甲烷气体对初步固体助燃剂的直接冲击，提高了初步固体助燃剂的放置稳定性，同时也能够防止连通口短暂打开，导致气体的提前混合的问题。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明图1的半剖结构示意图；

图3为本发明图1去除套管后的半剖结构示意图；

图4为本发明图2中A处的放大结构示意图；

图5为本发明图4中反馈机构的放大结构示意图；

图6为本发明图1去除套管后的整体结构示意图；

图7为本发明图6中C处的放大结构示意图；

图8为本发明图2中B处的放大结构示意图；

图9为本发明的方法流程示意图。

图中标号说明：

1、套管；2、上油管；

3、反馈机构；31、下环体；32、上环体；33、按压柱；34、压力传感器；35、按压弹簧；

4、通气切换机构；41、安装凸缘；42、转动槽；43、外半圆盖体；44、内半圆盖体；45、转动连接柱；46、固定半圆盖板；47、活动半圆盖板；48、下磁铁；49、电磁铁环；410、一号按压开关；411、纵向分隔气囊；412、环形分隔气囊；413、二号按压开关；414、电磁单向阀；

5、防冲击机构；51、下固定环；52、上固定环；53、冲击孔板；54、冲击弹簧；

6、连通激发机构；61、连通口；62、弧形分隔板；63、配重块；64、弧形限位板；65、承托挤压板；

7、射孔；8、第二活塞；9、上封隔器；10、初步固体助燃剂；11、下油管；12、撞针单元；13、限位块；14、限位槽；15、下封隔器；16、第一活塞；17、一号电磁阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。

请参阅图1至图9，一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，包括套管1以及均匀开设在套管1外圆面的射孔7，套管1内部设有上油管2以及下油管11，上油管2、下油管11之间通过设置的通气切换机构4转动连接；

套管1内底部设有下封隔器15，套管1内部上端设有上封隔器9且上油管2贯穿上封隔器9设置；上油管2内部下端滑动设有第一活塞16，且第一活塞16上设置有一号电磁阀17；上油管2内部上端滑动设有第二活塞8；

下油管11内部两侧对称设有两个连通激发机构6，且两个连通激发机构6共同承托有初步固体助燃剂10；下油管11底部设有撞针单元12；下封隔器15内部开设有限位槽14，下油管11外圆面底部固连有对应限位槽14的限位块13。

通气切换机构4包括固连于上油管2底部边缘的安装凸缘41，安装凸缘41内部贯穿开设有转动槽42，下油管11顶部固连有内半圆盖体44，且内半圆盖体44顶端通过转动槽42与安装凸缘41转动连接；安装凸缘41外圆面底部固连有外半圆盖体43；外半圆盖体43内弧面还设有与内半圆盖体44相配合的防泄露机构；

上油管2内圆面底部固定连接有转动连接柱45，下油管11顶端固定连接有固定半圆盖板46，转动连接柱45下端贯穿固定半圆盖板46并与固定半圆盖板46转动连接，且转动连接柱45底部固定连接活动半圆盖板47。

如图7所示，活动半圆盖板47与外半圆盖体43关于转动连接柱45对称设置，固定半圆盖板46与内半圆盖体44位于转动连接柱45同侧设置。

在使用时，将套管1先下入井中，而后向套管1中下入下封隔器15，再而后下入上油管2、通气切换机构4及下油管11组成的组合体，最后下入上封隔器9，完成各单元的布置工作，然后，开始向上油管2内部泵入助燃气体如氧气等，在初始状态下，活动半圆盖板47与固定半圆盖板46组成圆形盖板，对下油管11进行封闭，同时，固定半圆盖板46与内半圆盖体44位于转动连接柱45同侧设置，这使得助燃气体在经过通气切换机构4时会从侧面进入由套管1、上油管2、下油管11、下封隔器15及上封隔器9组成环形空间进行暂存，待助燃气体浓度及压力达到要求后，向上油管2内部下入第一活塞16，而后向上油管2内部持续泵入甲烷气体，在甲烷气体的压力之下，第一活塞16持续向下移动；

在甲烷气体浓度及压力达到要求后，向上油管2中下入第二活塞8，最后向上油管2中泵入压井液，在压井液的压力下，第一活塞16达到预定位置，此时，停止泵入压井液，并控制通气切换机构4工作，对上油管2、下油管11的连接状态进行切换；通气切换机构4具体工作时，通过井口与上油管2顶部固定连接的驱动设备（如大功率电机等）带动上油管2进行缓慢转动（内半圆盖体44与上油管2通过转动槽42转动连接，为活动连接关系，同时，在下管之后，下油管11会***下封隔器15内部的限位槽14内，利用限位块13与限位槽14之间的配合，可以防止上油管2转动时下油管11跟随转动的情况出现），在上油管2转动180度后（即图6视角上油管2逆时针旋转180度），外半圆盖体43转动至与内半圆盖体44关于转动连接柱45对称的位置，进而实现对前述环形空间与上油管2的分隔，与此同时，在上油管2转动时，会带动与之固连的转动连接柱45转动，从而带动活动半圆盖板47旋转180度，与固定半圆盖板46在垂直方向上重合，打开上油管2与下油管11之间的通道，而后，第一活塞16上的一号电磁阀17打开，使得第一活塞16与第二活塞8之间的甲烷气体进入下油管11中，并储存在下油管11与上油管2组成通道中，完成对甲烷气体的暂存；

通过上述操作后，助燃气体及甲烷气体分别完成分隔输送暂存工作，最后，向上油管2中投入重棒，进行投棒作业，重棒产生的冲击以及井底压差，使得重棒直接破碎管内零部件，并按压初步固体助燃剂10与撞针单元12进行撞击，初步点燃甲烷气体；同时在重棒的挤压下，连通激发机构6工作，使得气体助燃剂与甲烷气体连通混合，完成甲烷气体的燃爆，燃爆气流沿射孔7高速射出，使得目的土层冲击压裂，完成燃爆压裂工作。

本申请相对于现有技术，首先能够保证燃爆过程中甲烷气体的充足，避免新井射孔之后并不能解析出足够的甲烷气以供燃爆压裂使用的问题，其次通过初步固体助燃剂10以及助燃气体的配合，保证了整个燃爆压裂过程助燃剂的充足，提高了燃爆压裂效果，最后，通过将整体的油管拆分为上油管2及下油管11，利用通气切换机构4切换上油管2及下油管11的连通状态，进而分别完成对助燃气体及甲烷气体的分隔输送暂存工作，进而能够最大程度减小施工过程中的管柱振动、摩擦等引爆甲烷气和助燃剂的概率，保证了施工作业的安全性。

如图7及图8所示，防泄露机构包括固定连接于外半圆盖体43内弧面两端的两条纵向分隔气囊411，以及固定安装于外半圆盖体43内弧面底部的环形分隔气囊412，且纵向分隔气囊411及环形分隔气囊412初始均呈负压状态；环形分隔气囊412底部设有电磁单向阀414，活动半圆盖板47上表面设有二号按压开关413。

外半圆盖体43在转动后与内半圆盖体44形成密闭通道时，二号按压开关413恰好被固定半圆盖板46按压。

在通气切换机构4工作后，由于外半圆盖体43与内半圆盖体44之间存在一定缝隙（保证外半圆盖体43的顺利转动），故无法做到环形空间的完全封闭，降低了通气切换机构4的分隔效果；

本申请在通气切换机构4工作到位后（外半圆盖体43转动至与内半圆盖体44关于转动连接柱45对称的位置，即图7视角外半圆盖体43逆时针旋转180度的位置），二号按压开关413此时恰好被固定半圆盖板46按压，二号按压开关413接通电磁单向阀414工作，电磁单向阀414向内导通，且纵向分隔气囊411及环形分隔气囊412初始均呈负压状态，故，在环形空间内呈高压状态的助燃气体会被逐渐压入纵向分隔气囊411及环形分隔气囊412中，使得纵向分隔气囊411及环形分隔气囊412鼓起，对外半圆盖体43、内半圆盖体44、上油管2及下油管11组成的通道进行密封；

需要说明的是，下油管11与上油管2内部仍存在少量的助燃剂气体无法排出至环形空间，但图中通气切换机构4的结构为方便看清进行了放大化处理，实际通气切换机构4只占下油管11与上油管2连接管道的极小部分，这些残留的助燃剂气体总量极少，不影响甲烷气体的正常暂存；

本申请通过设置防泄露机构，能够对外半圆盖体43与内半圆盖体44之间的缝隙进行密封，保证了助燃剂气体与甲烷气体的完全分隔，进一步提高了通气切换机构4的分隔效果，同时通过设置的二号按压开关413，被按压时也可以同时控制第一活塞16上的一号电磁阀17的打开时间，做到了自动精确控制，防止出现外半圆盖体43与内半圆盖体44未转动至工位便打开一号电磁阀17，导致甲烷气体与助燃剂气体混合的情况出现。

如图4及图7所示，转动槽42内还设有用于防止下油管11在布置过程中旋转的防旋转机构，防旋转机构包括设置于转动槽42内顶部的电磁铁环49，内半圆盖体44顶部设有与电磁铁环49对应的下磁铁48，且电磁铁环49在通电后磁场与下磁铁48相吸附；限位槽14底部中间位置还设有控制电磁铁环49工作状态的一号按压开关410。

由于通气切换机构4在初始状态需要保持外半圆盖体43与内半圆盖体44重合，打开上油管2与环形空间通道的状态，而内半圆盖体44与上油管2之间是通过转动槽42转动连接的，在下管过程中出现磕碰等情况会导致内半圆盖体44及下油管11旋转，无法保持初始需要的工位，进而会影响通气切换机构4的正常工作；

本申请通过设置防旋转机构，在下管过程中，电磁铁环49通电，产生与下磁铁48相吸附的磁场，进而对内半圆盖体44与上油管2进行固定，防止在下管过程中出现磕碰等情况会导致内半圆盖体44及下油管11旋转的情况出现，另外在限位槽14内设有一号按压开关410，在下管完成后，下油管11会挤压一号按压开关410，使得一号按压开关410控制与之电性连接的电磁铁环49断电，进而保证了通气切换机构4的正常转动工作。

如图4及图5所示，上油管2内部底端固定设有用于控制通气切换机构4工作的反馈机构3，反馈机构3包括固连于上油管2内圆面底部的下环体31，下环体31上表面固连有均匀分布的按压弹簧35，按压弹簧35的上端共同固连有上环体32，下环体31上表面一侧设有压力传感器34，上环体32设有与压力传感器34对应的按压柱33。

在通气切换机构4工作过程中，其工作开始的时间需要准确控制，否则容易导致助燃剂气体及甲烷气体的压力无法精确控制，本申请通过设置反馈机构3，在甲烷气体持续推动第一活塞16持续下移时，设置接触反馈机构3的位置为需要的气体压力状态，此时，随着第一活塞16继续下移一小段距离，会挤压上环体32并带动按压柱33按压压力传感器34，压力传感器34自带通信模块，受压后可传输信号至地面控制***，使得工作人员可以及时控制通气切换机构4开始工作。

如图2及图8所示，连通激发机构6包括开设于下油管11侧壁的连通口61，连通口61顶部通过铰链转动连接有弧形分隔板62，弧形分隔板62的一侧底部固定连接有配重块63，弧形分隔板62的另一侧顶部固定连接有承托挤压板65，且两个连通激发机构6中的承托挤压板65实现对初步固体助燃剂10的承托，下油管11内圆面靠近连通口61下方位置固连有弧形限位板64；下油管11内部上端还设有用于防冲击机构5。

在进行投棒作业时，重棒只对上油管2与下油管11、通气切换机构4组成的通道内部进行冲击导通，无法使得助燃气体与甲烷气体进行混合，故本申请通过设置连通激发机构6，由两个连通激发机构6中的承托挤压板65实现对初步固体助燃剂10的承托，通过配重块63及弧形限位板64，可以保证初步固体助燃剂10的承托稳定性，在进行投棒后，重棒按压初步固体助燃剂10与撞针单元12碰撞，同时重棒挤压两侧的承托挤压板65，使得承托挤压板65带动弧形分隔板62及配重块63旋转，打开连通口61，方便助燃气体与甲烷气体的自动连通混合。

如图3及图8所示，防冲击机构5包括固连于下油管11侧壁的下固定环51以及上固定环52，下固定环51上表面呈环形固连有均匀分布的冲击弹簧54，冲击弹簧54的上端共同固连有冲击孔板53，且冲击弹簧54处于原长时，冲击孔板53与上固定环52上表面平齐。

由于在一号电磁阀17打开后，第一活塞16与第二活塞8之间的高压甲烷气体会进入下油管11中，易对初步固体助燃剂10进行冲击，导致初步固体助燃剂10放置不稳，同时冲击也易导致连通口61短暂打开，使得气体的提前混合，故本申请通过设置防冲击机构5，在高压甲烷气体进入下油管11时，首先对冲击孔板53进行冲击，冲击孔板53受压挤压冲击弹簧54，使得冲击孔板53下移，甲烷气体通过上固定环52与冲击孔板53之间的缝隙，以及冲击孔板53上的小孔进入下油管11，避免了高压甲烷气体对初步固体助燃剂10的直接冲击，提高了初步固体助燃剂10的放置稳定性，同时也能够防止连通口61短暂打开，导致气体的提前混合的问题。

一种直井甲烷原位燃爆压裂装置的使用方法，如图9所示，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将套管1、上油管2、下油管11及相关部件依次下入井中并完成布置；

S2：向上油管2中泵入气体助燃剂如氧气等，待气体助燃剂压力达标后，投入第一活塞16至上油管2中，继续向上油管2中泵入甲烷气体，待甲烷气体压力达标后投入第二活塞8，最后向上油管2泵入压井液，持续推动第一活塞16及第二活塞8向下运动；

S3：待第一活塞16挤压反馈机构3后，反馈机构3控制井口与上油管2固连的驱动设备对上油管2进行转动，使得通气切换机构4工作，实现对气体助燃剂与甲烷气体的分隔储存；

S4：向上油管2中投入重棒，进行投棒作业，重棒产生的冲击以及井底压差，使得重棒直接按压初步固体助燃剂10与撞针单元12进行撞击，初步点燃甲烷气体；

S5：同时在重棒的挤压下，连通激发机构6工作，使得气体助燃剂与甲烷气体连通混合，完成甲烷气体的燃爆，燃爆气流沿射孔7高速射出，使得目的土层冲击压裂，完成燃爆压裂工作。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，包括套管（1）以及均匀开设在套管（1）外圆面的射孔（7），其特征在于：所述套管（1）内部设有上油管（2）以及下油管（11），所述上油管（2）、下油管（11）之间通过设置的通气切换机构（4）转动连接；

所述套管（1）内底部设有下封隔器（15），所述套管（1）内部上端设有上封隔器（9）且上油管（2）贯穿上封隔器（9）设置；所述上油管（2）内部下端滑动设有第一活塞（16），且第一活塞（16）上设置有一号电磁阀（17）；所述上油管（2）内部上端滑动设有第二活塞（8）；

所述下油管（11）内部两侧对称设有两个连通激发机构（6），且两个连通激发机构（6）共同承托有初步固体助燃剂（10）；所述下油管（11）底部设有撞针单元（12）；所述下封隔器（15）内部开设有限位槽（14），所述下油管（11）外圆面底部固连有对应限位槽（14）的限位块（13）；

所述通气切换机构（4）包括固连于上油管（2）底部边缘的安装凸缘（41），所述安装凸缘（41）内部贯穿开设有转动槽（42），所述下油管（11）顶部固连有内半圆盖体（44），且内半圆盖体（44）顶端通过转动槽（42）与安装凸缘（41）转动连接；所述安装凸缘（41）外圆面底部固连有外半圆盖体（43）；所述外半圆盖体（43）内弧面还设有与内半圆盖体（44）相配合的防泄露机构；

所述上油管（2）内圆面底部固定连接有转动连接柱（45），所述下油管（11）顶端固定连接有固定半圆盖板（46），所述转动连接柱（45）下端贯穿固定半圆盖板（46）并与固定半圆盖板（46）转动连接，且转动连接柱（45）底部固定连接活动半圆盖板（47）。

2.根据权利要求1所述的一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于：所述活动半圆盖板（47）与外半圆盖体（43）关于转动连接柱（45）对称设置，所述固定半圆盖板（46）与内半圆盖体（44）位于转动连接柱（45）同侧设置。

3.根据权利要求1所述的一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于：所述防泄露机构包括固定连接于外半圆盖体（43）内弧面两端的两条纵向分隔气囊（411），以及固定安装于外半圆盖体（43）内弧面底部的环形分隔气囊（412），且纵向分隔气囊（411）及环形分隔气囊（412）初始均呈负压状态；所述环形分隔气囊（412）底部设有电磁单向阀（414），所述活动半圆盖板（47）上表面设有二号按压开关（413）。

4.根据权利要求3所述的一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于：所述外半圆盖体（43）在转动后与内半圆盖体（44）形成密闭通道时，所述二号按压开关（413）恰好被固定半圆盖板（46）按压。

5.根据权利要求1所述的一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于：所述转动槽（42）内还设有用于防止下油管（11）在布置过程中旋转的防旋转机构，所述防旋转机构包括设置于转动槽（42）内顶部的电磁铁环（49），所述内半圆盖体（44）顶部设有与电磁铁环（49）对应的下磁铁（48），且电磁铁环（49）在通电后磁场与下磁铁（48）相吸附；所述限位槽（14）底部中间位置还设有控制电磁铁环（49）工作状态的一号按压开关（410）。

6.根据权利要求1所述的一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于：所述上油管（2）内部底端固定设有用于控制通气切换机构（4）工作的反馈机构（3），所述反馈机构（3）包括固连于上油管（2）内圆面底部的下环体（31），所述下环体（31）上表面固连有均匀分布的按压弹簧（35），所述按压弹簧（35）的上端共同固连有上环体（32），所述下环体（31）上表面一侧设有压力传感器（34），所述上环体（32）设有与压力传感器（34）对应的按压柱（33）。

7.根据权利要求1所述的一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于：所述连通激发机构（6）包括开设于下油管（11）侧壁的连通口（61），所述连通口（61）顶部通过铰链转动连接有弧形分隔板（62），所述弧形分隔板（62）的一侧底部固定连接有配重块（63），所述弧形分隔板（62）的另一侧顶部固定连接有承托挤压板（65），且两个连通激发机构（6）中的承托挤压板（65）实现对初步固体助燃剂（10）的承托，所述下油管（11）内圆面靠近连通口（61）下方位置固连有弧形限位板（64）；所述下油管（11）内部上端还设有用于防冲击机构（5）。

8.根据权利要求7所述的一种直井甲烷原位燃爆压裂装置，其特征在于：所述防冲击机构（5）包括固连于下油管（11）侧壁的下固定环（51）以及上固定环（52），所述下固定环（51）上表面呈环形固连有均匀分布的冲击弹簧（54），所述冲击弹簧（54）的上端共同固连有冲击孔板（53），且冲击弹簧（54）处于原长时，冲击孔板（53）与上固定环（52）上表面平齐。

9.适用于权利要求1-8任意一项所述的直井甲烷原位燃爆压裂装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将套管（1）、上油管（2）、下油管（11）及相关部件依次下入井中并完成布置；

S2：向上油管（2）中泵入气体助燃剂如氧气等，待气体助燃剂压力达标后，投入第一活塞（16）至上油管（2）中，继续向上油管（2）中泵入甲烷气体，待甲烷气体压力达标后投入第二活塞（8），最后向上油管（2）泵入压井液，持续推动第一活塞（16）及第二活塞（8）向下运动；

S3：待第一活塞（16）挤压反馈机构（3）后，反馈机构（3）控制井口与上油管（2）固连的驱动设备对上油管（2）进行转动，使得通气切换机构（4）工作，实现对气体助燃剂与甲烷气体的分隔储存；

S4：向上油管（2）中投入重棒，进行投棒作业，重棒产生的冲击以及井底压差，使得重棒直接按压初步固体助燃剂（10）与撞针单元（12）进行撞击，初步点燃甲烷气体；

S5：同时在重棒的挤压下，连通激发机构（6）工作，使得气体助燃剂与甲烷气体连通混合，完成甲烷气体的燃爆，燃爆气流沿射孔（7）高速射出，使得目的土层冲击压裂，完成燃爆压裂工作。