一種頁巖氣壓裂裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種頁巖氣壓裂裝置，主要包括集成控制系統，地面壓裂設備，方向控制模塊，定向鉆機，壓裂泵及頁巖氣壓裂鉆頭；所述的頁巖氣壓裂鉆頭包括三翼鉆頭，高壓氣導管，方向控制系統，電磁數控閥門，導電線及絕緣層及轉向關節；裝置工作時通過三翼鉆頭及轉向系統旋進至目標位置，鉆機停止后，再由壓裂方向控制系統傳輸方位信息，決定壓裂的方向及具體位置。地面的壓裂系統通過氣體壓裂泵產生超高壓二氧化碳氣體，通過鉆桿一側內部鋪設的高壓氣導管輸送至鉆頭側，再由電磁數控閥門控制壓裂狀態，從而完成壓裂任務。
【專利說明】
一種頁巖氣壓裂裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及頁巖氣壓裂技術領域，具體而言涉及一種頁巖氣壓裂裝置。
【背景技術】
[0002]當前的頁巖氣壓裂開采過程中，多使用豎直或水平鉆井輔以壓裂封隔器、滑套、可鉆式壓裂橋塞等復雜機械相互配合完成大面積的壓裂任務，缺少簡單易行且低成本的鉆進壓裂開采方法。現今的技術條件更適合大型、高投入的區域式開采，然而在遇到首次壓裂不充分或者有壓裂死角的情況下，再采用現有的方式開采無疑會得不償失，且壓裂效果欠佳，鉆進后退出再壓裂的傳統工作流程也會耗費更多的時間及成本，拖延工程進度。
[0003]頁巖氣開采本身的性質決定了壓裂設計必須要受到天然裂縫與地應力的限制，設計中的壓裂位置經常處于幾個主井的垂直面上，而這些位置難以通過傳統方法取得良好的壓裂效果。所以在不需要極佳的壓裂效果或者壓裂目標處于特定位置、壓裂位置距主井較遠的諸多情況下，要求有更加靈活的粗放的壓裂技術。
[0004]此外，現有的水力壓裂技術大都需要地面的大型壓裂設備，壓裂效果及開采效果也遠不及氣壓裂技術，氣壓裂自身具備的優勢和良好的發展前景使其備受關注，是今后頁巖氣開采的主流趨勢。
[0005]因此，開發適用性強、低成本且靈活多變的頁巖氣壓裂設備必須從簡化流程，靈活變向等多角度對現有的壓裂機械革新。

【發明內容】

[0006]為解決現有技術所存在的技術問題，本實用新型提供了一種頁巖氣壓裂裝置。
[0007]本實用新型所采用的技術方案是:一種頁巖氣壓裂裝置包括集成控制系統，地面壓裂設備，方向控制PLC，定向鉆機，壓裂栗，頁巖氣壓裂鉆頭等;所述的頁巖氣壓力鉆頭主要包括三翼鉆頭、電磁數控閥門、高壓氣導管、方向控制系統、絕緣層、接線盒、導電線。通過三翼鉆頭及配套的轉向系統旋進至目標位置，鉆機停止后，再由壓裂方向控制系統傳輸方位信息，從而決定壓裂的方向及具體位置。地面的壓裂系統通過氣體壓裂栗產生超高壓二氧化碳氣體，通過鉆桿一側內部鋪設的高壓氣導管輸送至鉆頭側，通過電磁數控閥門控制壓裂狀態，從而完成壓裂任務。
[0008]本實用新型的優點在于:
[0009]1.本實用新型中的頁巖氣壓裂鉆頭結構簡單，集成了鉆進及頁巖氣壓裂工作。鉆進工作和壓裂工作結合統一，鉆頭散熱過程與壓裂過程同步，節省工作空間，省去了現有方法中鉆進后再更換壓裂設備等一系列工作流程所要求的人力物力，能夠快速高效地完成小范圍壓裂任務。
[0010]2.本實用新型具有簡單的結構特征，定向鉆進方式和具有高度控制力的方向控制系統，電磁閥門數控系統及地面實時設定方位信息的集成系統還使得不受限、不同軸的多方向同步壓裂成為可能，鉆頭配用鉆桿與普通鉆桿相近，可以輕易增加縱深，靈活改變鉆進方向，從而擴大有效壓裂范圍，定點定向地壓裂目標位置。
[0011]3.本頁巖氣壓裂裝置具有極強的適用性，可用于解決小范圍頁巖氣開采不徹底或得不償失的問題，能夠成本較低地完成氣壓裂的工作。通過本發明提出的鉆頭側向貼合壓裂及旋進后壓裂的方法，將鉆頭旋進至壓裂位置，由鉆頭頂端的壓裂方向控制系統確定壓裂方向并進行微調，發出指令打開電磁數控閥門聯通外部的氣壓裂栗，完成頁巖氣壓裂任務，簡單易行，便于控制。
【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的系統圖；
[0013]圖2是本實用新型核心頁巖氣壓裂鉆頭側向及縱向放大剖視圖。
[0014]圖2中:I是三翼鉆頭，2是高壓氣導管，3方向控制系統集成器，4是電磁數控閥門，5是導電線及絕緣層，6是與鉆頭鏈接的鉆桿部分，7是轉向關節。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步的具體說明。
[0016]—種頁巖氣壓裂裝置，其主要包括集成控制系統，地面壓裂設備，方向控制PLC，定向鉆機，壓裂栗，頁巖氣壓裂鉆頭等;所述的設備及系統相互連通，以集成控制系統及方向控制PLC為核心發布信息及指令。
[0017]所述的頁巖氣壓裂鉆頭，其主要包括三翼鉆頭I，高壓氣導管2，方向控制系統3，電磁數控閥門4，導電線及絕緣層5，與鉆頭鏈接的鉆桿部分6，轉向關節7;所述的高壓氣導管2保持安全壁厚，在鉆頭I上的側開口采取T型開口與巖壁聯通，鉆進完成后通過熱脹冷縮與巖壁貼合，鉆頭I上的方向控制系統3及電磁數控閥門4的集成裝置通過導線及其絕緣層5與外界聯通，且參與鉆頭轉動的主運動。
[0018]本實用新型所述的頁巖氣壓裂裝置的工作過程如下:
[0019]通過測算估計連接一定數量的配套帶有高壓氣導管的鉆桿6并旋進至指定壓裂位置停止，由內置陀螺儀的方向控制系統3確認側向導管開口的位置及縱向橫向偏角并進行微調，由地面控制三翼鉆頭I聯通外側的電磁數控閥門4開啟，由高壓氣導管2聯通鉆桿后方、地面上的氣壓裂栗裝置及緊貼鉆頭側部的巖壁，完成氣壓裂工作。
[0020]以上所述為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進應包含在本實用新型的保護之內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及同等物界定。
【主權項】
1.一種頁巖氣壓裂裝置，包括集成控制系統，地面壓裂設備，方向控制PLC，定向鉆機，壓裂栗，頁巖氣壓裂鉆頭;所述頁巖氣壓裂鉆頭由三翼鉆頭(I)，高壓氣導管(2)，方向控制系統(3)，電磁數控閥門(4)，導電線及絕緣層(5)，與鉆頭鏈接的鉆桿部分(6)，轉向關節(7)組成；高壓氣體由地面壓裂設備產生，經頁巖氣壓裂鉆頭中的高壓氣導管(2)送至鉆頭頂端，待鉆進完成后由電磁數控閥門(4)控制釋放，所述頁巖氣壓裂鉆頭其特征在于: (a)所述高壓氣導管(2)設置在三翼鉆頭(I)的內部一側，在頭部通過電磁數控閥門(4)控制與外界的聯通情況，高壓氣導管(2)中通過的氣體壓力為1-1OOMpa; (b)所述方向控制系統(3)由導電線(5)通過空腔及其上的導線孔與地面的方向控制系統相連以傳輸位置信息； (c)所述電磁數控閥門(4)由導電線(5)通過空腔及其上的導線孔與地面的壓裂栗及鉆機相連以執行閥門開閉指令。2.根據權利要求1中所述的一種頁巖氣壓裂裝置，其特征在于所述的集成控制系統，地面壓裂設備，方向控制PLC，定向鉆機，壓裂栗與頁巖氣壓裂鉆頭相互連通，以集成控制系統及方向控制PLC為核心發布信息及指令。
【文檔編號】E21B43/26GK205477570SQ201620054702
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月20日
【發明人】楊曉峰, 周家恒, 朱孟禹, 周鑫, 朱洪亮, 滿詩涵, 劉威平
【申請人】中國礦業大學(北京)