地面爆燃煤层压裂器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及煤层气开采用压裂装置，具体为一种地面爆燃煤层压裂器。
【背景技术】
[0002]煤层气开采过程中，主要使用的方法是注气开采法，注气开采就是向煤层气层中注入氮气，二氧化碳等比煤层气吸附能力强的非易燃的无毒解吸气体，通过增大煤层中的压力以及改变煤层的渗透率来开采煤层气。不间断的注入气体使开采区的气体压力增大，煤层气渗流的压力梯度也随之增大，因而煤层的渗流速率也增大。渗流速率增大引起孔隙中煤层气分压下降速率加快，因而引起更多吸附于煤层的煤层气解吸。
[0003]传统压裂器在使用时，外部装置引燃点火药，点火药产生的高温气体使液态二氧化碳迅速气化，气化后的二氧化碳使压裂器管壁内压力急剧上升，较高的压力将膜片冲破，高压气体流入到作业竖井中，从而完成一次压裂;使用时存在如下缺陷:单次使用，每次重复使用前，都需预先灌入液态二氧化碳，单根压裂器产生压力峰值高，脉宽窄，总能量较小，瞬态破坏力大，持续压裂能量不足，通常在使用时都是多根压裂器串联;在压裂器使用完毕后，由于爆炸产生的高压气体会使压裂器竖管深埋在煤层中，需人工取出，这也是耗时耗力的工程。
【发明内容】
[0004]本实用新型为了解决现有压裂器使用时存在需二次灌装、压力能量不足、压裂时间短、周期长且污染地层的问题，提供了一种地面爆燃煤层压裂器。
[0005]本实用新型是采用如下技术方案实现的:地面爆燃煤层压裂器，包括三组燃料供给系统、一组液态二氧化碳供给系统和燃烧系统;燃烧系统包括与煤层气竖井连接的燃烧缸体，燃烧缸体上盖有燃烧缸盖，燃烧缸盖中心设置有火花塞，燃烧缸体上部设置有燃烧室，燃烧缸体下部设置有与燃烧室和煤层气竖井连通的气体压入通道，气体压入通道内设置有活塞和位于其下方且与气体压入通道固定的支撑挡板，支撑挡板与活塞之间设置有与两者连接的涨紧弹簧，且活塞上固定有与气体压入通道内壁紧贴的限位环形隔板，限位环形隔板和支撑挡板上均开有若干上下位置对应的气体引流孔;燃料供给系统和液态二氧化碳供给系统均是由储罐、增压栗、常闭电磁阀、流量计通过输送管依次连通而成，燃料供给系统的输送管端部与燃烧室之间连接有雾化喷头，液态二氧化碳供给系统的输送管端部与支撑挡板下方的气体压入通道连通。
[0006]作业时，燃料供给系统的储罐内分别放置有硝酸铵、甘油和水，首先对液态二氧化碳供给系统的计量栗进行加压，在压力达到一定值后，打开其常闭电磁阀，加压后的液态二氧化碳被压入竖井中；然后控制燃料供给系统中的硝酸铵增压栗和甘油增压栗同时分别给硝酸铵和甘油加压，两种液体分别在流经雾化喷头时，因管内高压迅速雾化并被喷射到燃烧室内，两种气体在燃烧室内混合形成可燃混合气，随着其增压栗的持续工作，燃烧室内的可燃混合气被压缩，压力与温度随之上升，在燃烧室内增加到一定压力后，燃料供给系统的水增压栗向燃烧室内充入雾化后的水混合后，火花塞点火，硝酸铵和甘油混合气剧烈燃烧，燃烧室内温度、压力急剧上升，高压气体产生的压力作用在活塞上，使得活塞挤压涨紧弹簧迅速产生向下位移，高压气体从燃烧室和活塞间隙中迅速流入到煤层气竖井中，压入煤层气中的高压气体迫使竖井中的液态二氧化碳进入煤层中对其产生压裂，且当高压气体进入到竖井中后，产生的压力会对活塞产生向上推力，最终活塞完全复位，压裂过程完成，克服了现有压裂器使用时存在需二次灌装、压力能量不足、压裂时间短、周期长且污染地层的问题。
[0007]本实用新型结构设计合理可靠，通过向岩石层竖井中不间断增压及液态二氧化碳持续注入，实现对煤层气造缝、裂缝延伸和充填支撑剂的作用，而且无需重复灌装，保证压裂质量的同时，提高了作业效率。
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型的结构不意图；
[0009]图2为图1中限位环形隔板的俯视示意图。
[0010]图中:1-燃烧缸体，2-燃烧缸盖，3-火花塞，4-燃烧室，5-气体压入通道，6-活塞，7_支撑挡板，8-涨紧弹簧，9-限位环形隔板，10-气体引流孔，11-储罐，12-增压栗，13-常闭电磁阀，14-流量计，15-输送管，16-雾化喷头。
【具体实施方式】
[0011]地面爆燃煤层压裂器，包括三组燃料供给系统、一组液态二氧化碳供给系统和燃烧系统;燃烧系统包括与煤层气竖井连接的燃烧缸体1，燃烧缸体1上盖有燃烧缸盖2，燃烧缸盖2中心设置有火花塞3，燃烧缸体1上部设置有燃烧室4，燃烧缸体1下部设置有与燃烧室4和煤层气竖井连通的气体压入通道5，气体压入通道5内设置有活塞6和位于其下方且与气体压入通道5固定的支撑挡板7，支撑挡板7与活塞6之间设置有与两者连接的涨紧弹簧8，且活塞6上固定有与气体压入通道5内壁紧贴的限位环形隔板9，限位环形隔板9和支撑挡板7上均开有若干上下位置对应的气体引流孔10;燃料供给系统和液态二氧化碳供给系统均是由储罐11、增压栗12、常闭电磁阀13、流量计14通过输送管15依次连通而成，燃料供给系统的输送管15端部与燃烧室4之间连接有雾化喷头16，液态二氧化碳供给系统的输送管15端部与支撑挡板7下方的气体压入通道5连通。
[0012]具体实施过程中，活塞6为顶部为锥状结构的活塞;火花塞3、流量计14、常闭电磁阀13、增压栗12均可通过控制系统控制，实现增压设施燃料自动供给。
【主权项】
1.一种地面爆燃煤层压裂器，其特征在于:包括三组燃料供给系统、一组液态二氧化碳供给系统和燃烧系统;燃烧系统包括与煤层气竖井连接的燃烧缸体(1)，燃烧缸体(1)上盖有燃烧缸盖(2)，燃烧缸盖(2)中心设置有火花塞(3)，燃烧缸体(1)上部设置有燃烧室(4)，燃烧缸体(1)下部设置有与燃烧室(4)和煤层气竖井连通的气体压入通道(5)，气体压入通道(5)内设置有活塞(6)和位于其下方且与气体压入通道(5)固定的支撑挡板(7)，支撑挡板(7)与活塞(6)之间设置有与两者连接的涨紧弹簧(8)，且活塞(6)上固定有与气体压入通道(5)内壁紧贴的限位环形隔板(9)，限位环形隔板(9)和支撑挡板(7)上均开有若干上下位置对应的气体引流孔(10);燃料供给系统和液态二氧化碳供给系统均是由储罐(11)、增压栗(12)、常闭电磁阀(13)、流量计(14)通过输送管(15)依次连通而成，燃料供给系统的输送管(15)端部与燃烧室(4)之间连接有雾化喷头(16)，液态二氧化碳供给系统的输送管(15)端部与支撑挡板(7)下方的气体压入通道(5)连通。
【专利摘要】本实用新型具体为一种地面爆燃煤层压裂器，解决了现有压裂器使用时存在需二次灌装、压力能量不足、压裂时间短、周期长且污染地层的问题。燃烧缸盖中心设置有火花塞，燃烧缸体上部设置有燃烧室，燃烧缸体下部设置有气体压入通道，气体压入通道内设置有活塞和支撑挡板，支撑挡板与活塞之间设置有涨紧弹簧，且活塞上固定有限位环形隔板，限位环形隔板和支撑挡板上均开有气体引流孔；燃料供给系统和液态二氧化碳供给系统均是由储罐、增压泵、常闭电磁阀、流量计通过输送管依次连通而成，燃料供给系统的输送管端部连接有雾化喷头，液态二氧化碳供给系统的输送管端部与气体压入通道连通。本实用新型实现对煤层气造缝、裂缝延伸和充填支撑剂的作用。
【IPC分类】E21B43/26
【公开号】CN205089303
【申请号】CN201520914208
【发明人】张红艳, 殷帅, 张瑜, 王振富, 王志强, 武志博, 孙猛, 边玉亮, 崔春生, 崔建峰
【申请人】中北大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月17日