[发明专利]一种超声波协同水力压裂增产煤层气的装置

说明书

一种超声波协同水力压裂增产煤层气的装置，包括：超声波发生器、以及设置在超声波发生器前端的破碎装置；在超声波发生器的机身上设置有多个可伸缩钻杆、以及多个门仓，内部设有旋转驱动机构和伸缩驱动机构、以及多个第一超声波换能器；第一超声波换能器通过伸缩驱动机构安装在旋转驱动机构上。通过利用可伸缩钻杆钻入到周围的煤层内，可以将整个超声波发生器固定在煤层上，伸缩驱动机构可以驱动第一超声波换能器从超声波发生器中伸出并直接接触在煤层上，减少能量的损失；第一超声波换能器可以绕着超声波发生器的轴线进行旋转，可对任意方向进行增透。另外，通过设置破碎装置，在移动超声波发生器时如遇前方有煤块挡住去路，可进行直接破碎。

技术领域

本发明涉及煤炭开采及煤层气开发技术领域；尤其涉及一种超声波协同水力压裂增产煤层气的装置。

背景技术

煤矿瓦斯(煤层气)作为煤炭的伴生物质，既是严重威胁煤矿安全的罪魁祸首之一，同时也是一种清洁高效的能源，如何将之安全有效地抽采出来，大量的研究人员和学者做了很多工作和研究。目前，对于促进瓦斯抽采常用的方法有水力压裂、水力割缝、树状压裂技术等，但这些方法都存在一定的局限性。且随着矿井向深部的延伸，地应力逐渐增大，各种方法所形成的割裂裂缝会在地应力的作用而慢慢闭合，阻断瓦斯抽采的通道。进一步削弱瓦斯抽采效果。

在进行水力压裂时用对煤岩具有强烈侵蚀作用的压裂液代替传统的清水，可有效地促进压裂裂缝的形成，但单独的水力压裂法对煤层所形成的裂缝仍会在地应力的作用下逐渐闭合，阻断瓦斯运移的通道。超声波作为一种具有较强能量和穿透性的机械波，其独特的机械作用，空化作用，化学效应和热效应等，既能有效激发新型压裂液与煤层的反应从而促进煤层裂缝的产生，又可加速瓦斯的解吸和运移，在矿井瓦斯抽采过程中迅速得到大量应用。超声波协同水力压裂技术，能兼顾二者的长处，有效促进煤层气的抽采，如在中国公开的专利号为“CN202111125683.X”的专利中，其对超声波辅助水力压裂增透煤层方面做了详细的描述，水力压裂协同超声波对煤层的增透取得了很好地效果。

但当前对超声波装置这方面的研究尚比较欠缺，在面对矿井中各种复杂的地质环境时，超声波发生器该如何有效的辅助水力压裂进行正常工作，以确保对煤层的持续激励是一个亟待解决的问题。且在现有的技术中，对超声波发生器的设定都停留在一个理想的阶段，缺少一个具有实际意义的装置来完成对煤层气的增产，而现今仅有的一些设备都无法满足在水力压裂下的各种复杂环境。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种超声波协同水力压裂增产煤层气的装置，旨在解决上述技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种超声波协同水力压裂增产煤层气的装置，包括：超声波发生器、以及设置在超声波发生器前端的破碎装置；在超声波发生器的机身上设置有多个可伸缩钻杆、以及多个门仓；在超声波发生器的机身内设置有旋转驱动机构和伸缩驱动机构、以及多个第一超声波换能器；所述第一超声波换能器通过伸缩驱动机构安装在所述旋转驱动机构上；所述旋转驱动机构用于驱动多个第一超声波换能器绕超声波发生器的轴线旋转；所述伸缩驱动机构用于驱动所述第一超声波换能器沿超声波发生器径向从门仓处伸出或收回。

优选的，第一超声波换能器在超声波发生器的机身内部为多层布置，每层的多个第一超声波换能器呈环形阵列分布。

优选的，所述第一超声波换能器为横纵一体式超声波换能器，用于对煤层发射横波和/或纵波。

优选的，在所述第一超声波换能器的前端设置有声透镜。

优选的，在所述破碎装置的中心位置处设置有第二超声波换能器。

优选的，所述旋转驱动机构上包括滚轴和第一马达；所述滚轴竖直安装在超声波发生器机身中心，其下端与第一马达驱动连接。

优选的，还包括控制器，所述控制器分别与可伸缩钻杆、旋转驱动机构、伸缩驱动机构、第一超声波换能器、破碎装置控制连接；在所述超声波发生器的机身内设置有超声波探头，该超声波探头与所述控制器连接。