CN117684937B - 一种基于气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置的起裂与分段压裂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置及方法，装置包括：钻机通过高压管路连接分段压裂装置，排水卸压管路通过第一三通与高压管路连接，电磁阀A端通过第二三通与高压管路连接；高压注液泵站通过高压流体管路与电磁阀P端连接；高压流体管路上设有注液开关、高压流体管路压力表；高压气动力装置通过高压气体管路与电磁阀R端连接；高压气体管路上依次设有高压气罐、气动力开关；钻机和第一三通之间的高压管路上设有挡销。本发明通过操作控制***就可以控制起裂与压裂；通过设计起裂前胶囊封隔器的初始坐封环节，避免了胶囊封隔器受高压冲击而破裂，实现了气动力冲击起裂；通过多级分段压裂，实现了煤岩层的整体均匀压裂。
Description
技术领域
本发明涉及煤岩层压裂技术领域，具体涉及一种气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置及方法。
背景技术
压裂技术在煤矿冲击地压、煤与瓦斯突出、煤层瓦斯卸压增透、坚硬煤岩层软化控制、硬岩巷道掘进等方面得到了广泛应用。与油气及地热地面钻井水力压裂相比，煤矿井下受限作业环境、经济成本及作业时间等多方面因素限制，煤矿井下钻孔压裂流体注入量、压力等压裂规模相对较小，压裂技术与装备相对小型化和简单化。中国专利申请CN101446187A公开了一种双封隔器水力喷射压裂工艺，通过喷砂射孔、坐封、水力喷射压裂、放压除砂、上层压裂实现水力喷射压裂，减少射孔弹射孔的作业工序，减少分层压裂的井下作业工具，降低卡钻的作业风险；然而，随着浅部煤炭资源逐渐枯竭，向深部转移成为煤炭开采必然趋势，深部开采条件下，地应力、瓦斯压力、构造应力、采动应力更大，水力压裂、气体压裂等传统的单一压裂技术在深部复杂煤岩层环境下面临越来越大的难题，在高地应力环境中压裂裂缝起裂难度很大，而盲目增大流体压力又会对管路、封孔、压裂安全造成负面影响，同时也会大大增加压裂成本。
传统的******在三向高地应力环境下，其***致裂范围小，也不适用于需要产生单条长裂缝的顶板切顶、冲击地压区域治理等场景，且煤矿井下******管控严、限制多、安全性差，作业流程复杂，《煤矿安全规程》明确规定严禁在工作面采动区等位置进行******预裂。二氧化碳相变致裂能较好解决高地应力条件下煤岩层裂缝起裂难题，但是该技术主要适用一次性致裂管进行瞬间相变致裂，通常致裂范围很小，且相变致裂后不能继续进行高压流体注入；此外，二氧化碳相变致裂需要高压二氧化碳气体，其成本较高，由于其存储、运移过程存在安全隐患，以及致裂过程中体积瞬间膨胀表现出******的现象，受到公安、工信部门严格管控。近年来，众多学者和现场工程师在煤矿井下对射孔起裂及水力压裂技术进行了大量的改进和尝试，中国专利申请CN114658429A公开了高温高压流体孔内循环冲击释能超前预裂破岩装置及方法，中国专利申请CN111608629A公开了一种二氧化碳脉冲式致裂装置及其致裂方法，上述两种装置及方法在对煤岩体致裂后并未及时配合压裂作业，产生的裂缝容易受高地应力影响发生闭合，从而难以达到对煤岩层整体的增透卸压；尽管目前提出了各种新型的起裂和压裂技术，但各类方法及装置没有将裂缝初始起裂和裂缝持续扩展结合起来，而且在裂缝起裂坐封封隔过程中容易出现胶囊破损，使得封孔质量不佳，较难达到预期的裂缝起裂和扩展效果。
因此，迫切需要发明一种新的煤岩层冲击起裂与压裂裂缝扩展一体化技术装置及方法，解决煤岩层快速高效起裂及压裂裂缝持续扩展难题，同时采用发明的可重复使用封孔装置及方法，实现钻孔分段起裂与压裂，保障井下钻孔压裂时间连续和空间全覆盖，进一步促进压裂技术发展。
发明内容
为了快速高效地完成分段起裂与压裂，解决煤岩层快速高效起裂及压裂裂缝持续扩展难题，本发明提出一种气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置及方法，不仅将起裂与压裂结合起来，稳定高效地实现了煤岩层增透卸压，提高了钻孔的压裂效率，还能有效地降低胶囊封隔器的磨损率，延长封隔器的使用寿命。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置，包括：钻机、控制***、排水卸压管路、电磁阀、高压注液泵站、高压气动力装置、分段压裂装置，钻机通过高压管路连接分段压裂装置，高压管路上靠近钻机的一端依次设有第一三通、第二三通；
排水卸压管路通过第一三通与高压管路连接，排水卸压管路上设有卸压开关，卸压开关和第一三通之间设有排水卸压管路压力表；
电磁阀A端通过第二三通与高压管路连接；
高压注液泵站通过高压流体管路与电磁阀P端连接；高压流体管路上设有注液开关、高压流体管路压力表；
高压气动力装置通过高压气体管路与电磁阀R端连接；高压气体管路上依次设有高压气罐、第一气动力开关、第二气动力开关；
钻机和第一三通之间的高压管路上设有挡销；
控制***分别与高压注液泵站、高压气动力装置、电磁阀、注液开关、第一气动力开关、第二气动力开关连接。
优选地，分段压裂装置包括两个套设在高压管路上的胶囊封隔器，两个胶囊封隔器之间的高压管路上设有高压钢管单向阀，胶囊封隔器内部的高压管路上设有封隔器单向阀，胶囊封隔器包括套设在高压管路上的双层膨胀胶囊以及设于双层膨胀胶囊两端用于固定双层膨胀胶囊的紧固装置。
优选地，紧固装置包括内嵌螺孔的固定件、紧固圈、防滑胶垫和紧固螺钉；固定件包括凸起固定件、凹陷固定件，双层膨胀胶囊两端紧压在凸起固定件、凹陷固定件之间固定，凹陷固定件与高压管路之间设有防滑胶垫，固定件远离封隔器单向阀一端的凸起固定件、凹陷固定件通过紧固螺钉固定连接，固定件靠近封隔器单向阀一端的凸起固定件外侧套设紧固圈。
优选地，第二三通和分段压裂装置之间的高压管路上设有扶正器。
本发明还提供一种气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置的起裂与分段压裂方法，包括如下步骤：
S1：布置钻孔：通过钻机在煤岩层中钻出具有预设长度的钻孔，钻孔用清水冲洗，保证孔壁光滑；
S2：设备安装：通过钻机下入分段压裂装置和依次连接的多节高压管路，高压管路尾端通过钻机固定；
S3：进行起裂压裂前的密封性检测：电磁阀处于断电状态，卸压开关和挡销处于闭合状态，电磁阀A端和P端相通，打开控制***中的总开关A、高压注液泵站开关B、注液开关F；经触发时间T1后，高压注液泵站开始工作，流体通过高压流体管路、电磁阀逐渐充满高压管路内部；当高压流体管路压力表读数达到密封性检测压力P1时，关闭控制***中的高压注液泵站开关B和注液开关F，经静置时间T2后，若T2时间段内高压流体管路压力表读数P1下降不超过△P，表明管路***密封性良好；若T2时间段内高压流体管路压力表读数P1下降超过△P，则需要对管路***进行检修，检修后再次对管路密封性进行检测，直到达到要求；
S4：封隔器初始坐封：打开控制***中的高压注液泵站开关B和注液开关F，经触发时间T1后，高压注液泵站开始工作，流体通过高压流体管路、电磁阀持续向高压管路中注入流体；当高压流体管路压力表读数达到封隔器单向阀开启压力Pf1后，封隔器单向阀被打开，胶囊封隔器内部逐渐充入流体并不断膨胀，并逐渐与孔壁紧密贴合形成环形封闭空间，实现初始坐封；
S5：气动力冲击流体起裂：关闭控制***中高压注液泵站开关B、注液开关F，打开控制***的高压气动力装置开关C、电磁阀开关E；经触发时间T1后，电磁阀处于接通状态，电磁阀A端和R端相通，高压气动力装置开启，高压气动力装置形成的高压气体进入高压气罐；打开控制***中的气动力开关D，经触发时间T1后，高压气体管路上的第一气动力开关、第二气动力开关同时开启，高压气罐中存储的高压气体瞬间释放，在极短时间内冲击高压管路内部的流体，胶囊封隔器受高压流体冲击进一步贴合孔壁完成加强坐封，分段压裂装置中部的高压钢管单向阀在高压气体冲击作用下瞬间打开，高压流体进入两个胶囊封隔器与高压管路之间的环形封闭空间，瞬间破裂煤岩体，实现高压气动力冲击流体起裂；
S6：水力压裂：关闭控制***的高压气动力装置开关C、气动力开关D和电磁阀开关E，经过触发时间T1后，高压气动力装置、第一气动力开关、第二气动力开关和电磁阀关闭，再打开控制***的高压注液泵站开关B和注液开关F；经过触发时间T1后，高压注液泵站开启，电磁阀A端和P端相通，高压流体进入高压管路，高压管路内的流体压力持续升高，当流体压力大于高压钢管单向阀开启压力Pf2时，高压钢管单向阀开启，高压流体进入两个胶囊封隔器与高压管路之间的环形封闭空间，使起裂裂缝扩展，实现煤岩层的分段压裂；
S7：静置与排水卸压：依次关闭控制***的高压注液泵站开关B、注液开关F、总开关A，经过静置时间T3后，手动打开卸压开关进行排液卸压，胶囊封隔器收缩；
S8：将分段压裂装置移动预定距离，重复步骤S4至步骤S7，从里向外逐级分段对煤岩层进行压裂，使得整个钻孔的轴向范围的煤岩层均匀压裂；直至整个钻孔压裂全部完成后，将高压管路和分段压裂装置退出煤岩层。
优选地，各个压力的大小关系为Pf2>Pf1>P1，T1为10～15s，T2为30min，T3为1.5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明仅通过操作控制***就可以控制起裂与压裂；通过设计起裂前胶囊封隔器的初始坐封环节，避免了胶囊封隔器受高压冲击而破裂，实现了气动力冲击起裂；通过多级分段压裂，实现了煤岩层整体的均匀增透压裂，具体来说有以下优点：
1、本发明通过控制***控制电磁阀完成流体管路和气体管路的切换，实现了气动力冲击流体起裂与压裂一体化，不仅解决了目前现有压裂技术裂缝难以起裂难题，而且冲击起裂后及时切换高压管路，注入高压流体进行压裂，使起裂裂缝继续扩展，增加裂缝长度，解决了单一冲击起裂裂缝在高地应力作用下容易闭合且影响范围小的问题，提高了冲击起裂与压裂效果；
2、本发明中设计高压管路***的密封性检测环节，不仅可以检查管路的密封性，而且可以在冲击起裂前注入设定压力流体，胶囊封隔器预先充满流体且在压力作用下膨胀，实现胶囊封隔器的初步坐封，从而大大降低气动力冲击起裂过程中胶囊封隔器所受的冲击力，避免胶囊封隔器受冲击易破坏的问题，降低胶囊封隔器冲击过程在钻孔内滑动造成的磨损，延长了封隔器的使用寿命；
3、本发明中胶囊封隔器中间为两层贴合的膨胀胶囊，两层膨胀胶囊具有较高的韧度和耐磨性，能够避免坐封过程中膨胀胶囊与孔壁发生摩擦或与孔壁上的突出尖端直接接触而破裂，从而保障了胶囊封隔器的耐磨性和重复利用性；膨胀胶囊的固定件与高压钢管之间设有防滑胶垫，防止固定件受高压流体冲击而滑动，固定件一端套设的紧固圈能够将固定件紧压在高压钢管上，防止固定件受高压冲击而脱落，从而保障了胶囊封隔器的牢固性和可靠性；
4、本发明可以在煤岩层钻孔轴向方向上进行多级分段压裂，从里向外逐级对煤岩层进行分段压裂，可实现全钻孔范围内均匀压裂。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置整体布置示意图。
图2为分段压裂装置示意图。
图3为本发明气动力冲击流体起裂与分段压裂方法流程示意图。
图4为本发明控制***电路示意图。
图中：1、煤岩层；2、钻机；3、控制***；4、高压管路；4-1、高压流体管路；4-2、高压气体管路；4-3、排水卸压管路；5、高压注液泵站；6、高压气动力装置；7、分段压裂装置；7-1、高压钢管单向阀；7-2、防滑胶垫；7-3、紧固螺钉；7-4、固定件；7-4-1、凸起固定件；7-4-2、凹陷固定件；7-5、紧固圈；7-6、双层膨胀胶囊；7-7、封隔器单向阀；8、高压气罐；9-1、第一气动力开关；9-2、第二气动力开关；10、电磁阀；11、注液开关；12、高压流体管路压力表；13、挡销；14、钻孔；15-1、第一三通；15-2、第二三通；16、卸压开关；17、排水卸压管路压力表；18、扶正器。
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。
如图1-2所示，一种气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置，包括：钻机2、控制***3、排水卸压管路4-3、二位三通电磁阀10、高压注液泵站5、高压气动力装置6、分段压裂装置7，钻机2通过高压管路4连接分段压裂装置7，高压管路4上靠近钻机2的一端依次设有第一三通15-1、第二三通15-2；第二三通15-2和分段压裂装置7之间的高压管路4上设有扶正器18，用于防止高压管路4下沉；排水卸压管路4-3通过第一三通15-1与高压管路4连接，排水卸压管路4-3上设有卸压开关16，卸压开关16和第一三通15-1之间设有排水卸压管路压力表17；
电磁阀10A端通过第二三通15-2与高压管路4连接；
高压注液泵站5通过高压流体管路4-1与电磁阀10P端连接；高压流体管路4-1上设有注液开关11、高压流体管路压力表12；高压注液泵站5根据需求持续提供不同流量和压力的高压流体；流体是适用于煤岩体水力压裂的液体；
高压气动力装置6通过高压气体管路4-2与电磁阀10R端连接；高压气体管路4-2上依次设有高压气罐8、第一气动力开关9-1、第二气动力开关9-2；高压气动力装置6根据需求提供不同体积和压力的高压气体，从而满足高压气体冲击流体起裂需求；高压气动力装置6提供的最高压力为50MPa，高压气罐8容量为3m3；
钻机2和第一三通15-1之间的高压管路4上设有挡销13；挡销13用于封堵高压管路4中的流体，防止高压管路4中的流体流入钻机2；
控制***3分别与高压注液泵站5、高压气动力装置6、电磁阀10、注液开关11、第一气动力开关9-1、第二气动力开关9-2连接。图4为本发明控制***电路示意图，控制***3设有6个电磁式开关，开关A负责整个控制***的接通与断开；开关B负责高压注液泵站5的接通与断开；开关C负责高压气动力装置6的接通与断开；开关D负责第一气动力开关9-1、第二气动力开关9-2的同步接通与断开；开关E负责电磁阀10的接通与断开；开关F负责注液开关11的接通与断开。
分段压裂装置7包括两个套设在高压管路4上的胶囊封隔器，两个胶囊封隔器之间的高压管路4上设有高压钢管单向阀7-1，高压钢管单向阀7-1开启压力为10MPa，胶囊封隔器内部的高压管路4上设有封隔器单向阀7-7，封隔器单向阀7-7开启压力为5MPa，胶囊封隔器包括套设在高压管路4上的双层膨胀胶囊7-6以及设于双层膨胀胶囊7-6两端用于固定双层膨胀胶囊7-6的紧固装置，双层膨胀胶囊7-6膨胀前的外径为80mm。高压钢管单向阀7-1沿高压管路4轴向滑动开启，高压钢管单向阀7-1开启压力大于封隔器单向阀7-7，小于高压气动力冲击压力。
紧固装置包括内嵌螺孔的固定件7-4、紧固圈7-5、防滑胶垫7-2和紧固螺钉7-3；固定件7-4包括凸起固定件7-4-1、凹陷固定件7-4-2，双层膨胀胶囊7-6两端紧压在凸起固定件7-4-1、凹陷固定件7-4-2之间固定，凹陷固定件7-4-2与高压管路4之间设有防滑胶垫7-2，固定件7-4远离封隔器单向阀7-7一端的凸起固定件7-4-1、凹陷固定件7-4-2通过紧固螺钉7-3固定连接，固定件7-4靠近封隔器单向阀7-7一端的凸起固定件7-4-1外侧套设紧固圈7-5。
钻机2采用定向钻机，高压注液泵站5和高压气动力装置6分别采用压裂泵站和空气压缩机。
如图3所示，本发明还提供一种气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置的起裂与分段压裂方法，包括如下步骤：
S1：布置钻孔：根据现场实际情况及煤岩层压裂需求，设计钻孔14孔径、长度和角度，通过定向钻机在煤岩层1中钻进长度为200m、角度为30°、直径为100mm的钻孔14，钻孔14用清水冲洗，保证孔壁光滑；
S2：设备安装：通过定向钻机下入分段压裂装置7和依次连接的多节高压管路4，高压管路4尾端通过定向钻机固定；
S3：进行起裂压裂前的密封性检测：电磁阀10处于断电状态，卸压开关16和挡销13处于闭合状态，电磁阀10A端和P端相通，打开控制***3中的总开关A、压裂泵站开关B、注液开关F；经触发时间15s后，压裂泵站开始工作，流体通过高压流体管路4-1、电磁阀10逐渐充满高压管路4内部；当高压流体管路压力表12读数达到密封性检测压力2MPa时，关闭控制***3中的压裂泵站开关B和注液开关F，经静置时间30min后，若30min时间段内高压流体管路压力表12读数下降不超过0.5MPa，表明管路***密封性良好；若30min时间段内高压流体管路压力表12读数下降超过0.5MPa，则需要对管路***进行检修，检修后再次对管路密封性进行检测，直到达到要求；
S4：封隔器初始坐封：打开控制***3中的压裂泵站开关B和注液开关F，经触发时间15s后，压裂泵站开始工作，流体通过高压流体管路4-1、电磁阀10持续向高压管路4中注入流体；当高压流体管路压力表12读数达到封隔器单向阀7-7开启压力5MPa后，封隔器单向阀7-7被打开，胶囊封隔器内部逐渐充入流体并不断膨胀，并逐渐与孔壁紧密贴合形成环形封闭空间，实现初始坐封；而且也能解决膨胀胶囊直接受高压气动力冲击瞬间膨胀容易损坏的难题；
S5：气动力冲击流体起裂：关闭控制***3中压裂泵站开关B、注液开关F，打开控制***3的空气压缩机开关C、电磁阀开关E；经触发时间15s后，电磁阀10处于接通状态，电磁阀10A端和R端相通，空气压缩机开启，空气压缩机形成的高压气体进入高压气罐8，达到压力50MPa后，打开控制***3中的气动力开关D，经触发时间15s后，高压气体管路4-2上的第一气动力开关9-1、第二气动力开关9-2同时开启，高压气罐8中存储的高压气体瞬间释放，在极短时间内冲击高压管路4内部的流体，胶囊封隔器受高压流体冲击进一步贴合孔壁完成加强坐封，分段压裂装置7中部的高压钢管单向阀7-1在高压气体冲击作用下瞬间打开，高压流体进入两个胶囊封隔器与高压管路4之间的环形封闭空间，瞬间破裂煤岩体，实现高压气动力冲击流体起裂；
S6：水力压裂：关闭控制***3的空气压缩机开关C、气动力开关D和电磁阀开关E，经过触发时间15s后，空气压缩机、第一气动力开关9-1、第二气动力开关9-2和电磁阀10关闭，再打开控制***3的压裂泵站开关B和注液开关F；经过触发时间15s后，压裂泵站开启，电磁阀10A端和P端相通，高压流体进入高压管路4，高压管路4内的流体压力持续升高，当高压流体管路压力表12读数大于高压钢管单向阀7-1开启压力10MPa时，高压钢管单向阀7-1开启，高压流体进入两个胶囊封隔器与高压管路4之间的环形封闭空间，使起裂裂缝扩展，实现煤岩层1的分段压裂；
S7：静置与排水卸压：依次关闭控制***3的压裂泵站开关B、注液开关F、总开关A，经过静置时间1.5h后，手动打开卸压开关16进行排液卸压，胶囊封隔器收缩；
S8：将分段压裂装置7向后移动10m，重复步骤S4至步骤S7，从里向外逐级分段对煤岩层1进行压裂，使得整个钻孔14的轴向范围的煤岩层1均匀压裂；直至整个钻孔14压裂全部完成后，将高压管路4和分段压裂装置7退出煤岩层1。
Claims (5)
1.一种基于气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置的起裂与分段压裂方法，其特征在于：气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置包括：钻机(2)、控制***(3)、排水卸压管路(4-3)、电磁阀(10)、高压注液泵站(5)、高压气动力装置(6)、分段压裂装置(7)，其特征在于：钻机(2)通过高压管路(4)连接分段压裂装置(7)，高压管路(4)上靠近钻机(2)的一端依次设有第一三通(15-1)、第二三通(15-2)；
排水卸压管路(4-3)通过第一三通(15-1)与高压管路(4)连接，排水卸压管路(4-3)上设有卸压开关(16)，卸压开关(16)和第一三通(15-1)之间设有排水卸压管路压力表(17)；
电磁阀(10)A端通过第二三通(15-2)与高压管路(4)连接；
高压注液泵站(5)通过高压流体管路(4-1)与电磁阀(10)P端连接；高压流体管路(4-1)上设有注液开关(11)、高压流体管路压力表(12)；
高压气动力装置(6)通过高压气体管路(4-2)与电磁阀(10)R端连接；高压气体管路(4-2)上依次设有高压气罐(8)、第一气动力开关(9-1)、第二气动力开关(9-2)；
钻机(2)和第一三通(15-1)之间的高压管路(4)上设有挡销(13)；
控制***(3)分别与高压注液泵站(5)、高压气动力装置(6)、电磁阀(10)、注液开关(11)、第一气动力开关(9-1)、第二气动力开关(9-2)连接；
起裂与分段压裂方法包括如下步骤：
S1：布置钻孔：通过钻机(2)在煤岩层(1)中钻出具有预设长度的钻孔(14)，钻孔(14)用清水冲洗，保证孔壁光滑；
S2：设备安装：通过钻机(2)下入分段压裂装置(7)和依次连接的多节高压管路(4)，高压管路(4)尾端通过钻机(2)固定；
S3：进行起裂压裂前的密封性检测：电磁阀(10)处于断电状态，卸压开关(16)和挡销(13)处于闭合状态，电磁阀(10)A端和P端相通，打开控制***(3)中的总开关A、高压注液泵站开关B、注液开关F；经触发时间T1后，高压注液泵站(5)开始工作，流体通过高压流体管路(4-1)、电磁阀(10)逐渐充满高压管路(4)内部；当高压流体管路压力表(12)读数达到密封性检测压力P1时，关闭控制***(3)中的高压注液泵站开关B和注液开关F，经静置时间T2后，若T2时间段内高压流体管路压力表(12)读数P1下降不超过△P，表明管路***密封性良好；若T2时间段内高压流体管路压力表(12)读数P1下降超过△P，则需要对管路***进行检修，检修后再次对管路密封性进行检测，直到达到要求；
S4：封隔器初始坐封：打开控制***(3)中的高压注液泵站开关B和注液开关F，经触发时间T1后，高压注液泵站(5)开始工作，流体通过高压流体管路(4-1)、电磁阀(10)持续向高压管路(4)中注入流体；当高压流体管路压力表(12)读数达到封隔器单向阀(7-7)开启压力Pf1后，封隔器单向阀(7-7)被打开，胶囊封隔器内部逐渐充入流体并不断膨胀，并逐渐与孔壁紧密贴合形成环形封闭空间，实现初始坐封；
S5：气动力冲击流体起裂：关闭控制***(3)中高压注液泵站开关B、注液开关F，打开控制***(3)的高压气动力装置开关C、电磁阀开关E；经触发时间T1后，电磁阀(10)处于接通状态，电磁阀(10)A端和R端相通，高压气动力装置(6)开启，高压气动力装置(6)形成的高压气体进入高压气罐(8)；打开控制***(3)中的气动力开关D，经触发时间T1后，高压气体管路(4-2)上的第一气动力开关(9-1)、第二气动力开关(9-2)同时开启，高压气罐(8)中存储的高压气体瞬间释放，在极短时间内冲击高压管路(4)内部的流体，胶囊封隔器受高压流体冲击进一步贴合孔壁完成加强坐封，分段压裂装置(7)中部的高压钢管单向阀(7-1)在高压气体冲击作用下瞬间打开，高压流体进入两个胶囊封隔器与高压管路(4)之间的环形封闭空间，瞬间破裂煤岩体，实现高压气动力冲击流体起裂；
S6：水力压裂：关闭控制***(3)的高压气动力装置开关C、气动力开关D和电磁阀开关E，经过触发时间T1后，高压气动力装置(6)、第一气动力开关(9-1)、第二气动力开关(9-2)和电磁阀(10)关闭，再打开控制***(3)的高压注液泵站开关B和注液开关F；经过触发时间T1后，高压注液泵站(5)开启，电磁阀(10)A端和P端相通，高压流体进入高压管路(4)，高压管路(4)内的流体压力持续升高，当流体压力大于高压钢管单向阀(7-1)开启压力Pf2时，高压钢管单向阀(7-1)开启，高压流体进入两个胶囊封隔器与高压管路(4)之间的封闭空间，使起裂裂缝扩展，实现煤岩层(1)的分段压裂；
S7：静置与排水卸压：依次关闭控制***(3)的高压注液泵站开关B、注液开关F、总开关A，经过静置时间T3后，手动打开卸压开关(16)进行排液卸压，胶囊封隔器收缩；
S8：将分段压裂装置(7)移动预定距离，重复步骤S4至步骤S7，从里向外逐级分段对煤岩层(1)进行压裂，使得整个钻孔(14)的轴向范围的煤岩层(1)均匀压裂；直至整个钻孔(14)压裂全部完成后，将高压管路(4)和分段压裂装置(7)退出煤岩层(1)。
2.根据权利要求1所述的基于气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置的起裂与分段压裂方法，其特征在于，分段压裂装置(7)包括两个套设在高压管路(4)上的胶囊封隔器，两个胶囊封隔器之间的高压管路(4)上设有高压钢管单向阀(7-1)，胶囊封隔器内部的高压管路(4)上设有封隔器单向阀(7-7)，胶囊封隔器包括套设在高压管路(4)上的双层膨胀胶囊(7-6)以及设于双层膨胀胶囊(7-6)两端用于固定双层膨胀胶囊(7-6)的紧固装置。
3.根据权利要求2所述的基于气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置的起裂与分段压裂方法，其特征在于，紧固装置包括内嵌螺孔的固定件(7-4)、紧固圈(7-5)、防滑胶垫(7-2)和紧固螺钉(7-3)；固定件(7-4)包括凸起固定件(7-4-1)、凹陷固定件(7-4-2)，双层膨胀胶囊(7-6)两端紧压在凸起固定件(7-4-1)、凹陷固定件(7-4-2)之间固定，凹陷固定件(7-4-2)与高压管路(4)之间设有防滑胶垫(7-2)，固定件(7-4)远离封隔器单向阀(7-7)一端的凸起固定件(7-4-1)、凹陷固定件(7-4-2)通过紧固螺钉(7-3)固定连接，固定件(7-4)靠近封隔器单向阀(7-7)一端的的凸起固定件(7-4-1)外侧套设紧固圈(7-5)。
4.根据权利要求1所述的基于气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置的起裂与分段压裂方法，其特征在于，第二三通(15-2)和分段压裂装置(7)之间的高压管路(4)上设有扶正器(18)。
5.根据权利要求1所述的基于气动力冲击流体起裂与分段压裂一体化装置的起裂与分段压裂方法，其特征在于，各个压力的大小关系为Pf2>Pf1>P1，T1为10～15s，T2为30min，T3为1.5h。
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