CN118030005B - 液氮压裂装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供液氮压裂装置及使用方法，涉及液氮压裂领域。液氮压裂装置，包括：密封凸台，所述密封凸台的底部固定连接有预埋外管套；所述密封凸台的一侧设置有固定架，且固定架远离密封凸台的一侧连通有气缸筒，所述固定架内设置有一级加压组件，且密封凸台的外侧设置有压裂组件；所述预埋外管套的内腔设置有二级加压组件。该液氮压裂装置及使用方法，由一级加压组件、二级加压组件和压裂组件的配合，采用氮气、液氮、热氮气和水交替为压裂传导质，以加注增压和驱赶挤压相结合的方式，对井道进行均匀且有效的压裂处理，实现井道内壁岩土层裂缝的复杂网化，使裂缝的开口和深度压裂到位，利于井下油气的开采工作。

Description

液氮压裂装置及使用方法

技术领域

本申请涉及液氮压裂技术领域，具体而言，涉及液氮压裂装置及使用方法。

背景技术

压裂是指采油、采煤或采气过程中，利用水力作用，使油气层形成裂缝的一种方法，又称水力压裂，压裂是人为地使地层产生裂缝，改善油在地下的流动环境，使油井产量增加，对改善油井井底流动条件、减缓层间和改善油层动用状况可起到重要的作用。

在现有技术（公开号为CN107401400B、专利名称为压裂系统的专利申请。）中，通过识别设备确定煤层的顶板或者底板的岩层类型，控制设备根据煤层的顶板或者底板的岩层类型，确定射孔位置以及射孔比例系数，液体注入设备将压裂液注入射孔段，从而形成较长的裂缝，保证在长时间内的稳定产气量，提高了煤层气的产气量，提高了煤层气的采收率。在实现该技术方案的过程中，发现现有技术中至少存在如下问题。

对于传统井道压裂手段来说，大多采用的压裂传导质为水，压裂期间，需要大量的水，不仅造成大量水资源的浪费，而且水力压裂时，不能有效对压裂裂缝进行支撑和暂堵处理，易出现这边水力压裂完成，那边压裂形成的裂缝回缩坍塌，且水力压裂形成的裂缝较为单一，开口和深度不够，导致井下油气开采量减少。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在不能采用氮气、液氮、热氮气和水交替为压裂传导质，以加注增压和驱赶挤压相结合的方式，对井道进行均匀且有效的压裂处理，实现不了井道内壁岩土层裂缝的复杂网化，且裂缝的开口和深度不够，不利于井下油气的开采工作的技术问题。为此，本申请提出液氮压裂装置及使用方法。

根据本申请实施例的液氮压裂装置，包括：密封凸台，所述密封凸台的底部固定连接有预埋外管套；

所述密封凸台的一侧设置有固定架，且固定架远离密封凸台的一侧连通有气缸筒，所述固定架内设置有一级加压组件，所述一级加压组件包括双头电机，所述双头电机固定在固定架靠近密封凸台的一侧，且双头电机的一根输出轴固定连接有与固定架配合使用的凹形杆，所述凹形杆的中心处转动连接有转套，且转套的表壁固定连接有连杆臂，所述连杆臂的另一头铰接有与气缸筒滑动配合的活塞座，且气缸筒的排气口通过弯管连通有加压罐，弯管上设置有排气阀，所述加压罐的三个排气口分别连通有第一加压管、第二加压管和第三加压管，且第一加压管、第二加压管和第三加压管均采用加厚型钢管材质，且密封凸台的外侧设置有压裂组件，所述压裂组件包括第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀，所述第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀分别连通在第一加压管、第二加压管和第三加压管远离加压罐的一端，且第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀的一端分别连通有氮气罐、液氮罐和净水罐，所述第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀的另一端分别连通有第一供给管、第二供给管和第三供给管，且第一供给管、第二供给管和第三供给管的底端连通有伸缩管，三组所述伸缩管的底端连通有喷射头，且喷射头上设置有电磁阀；

所述预埋外管套的内腔设置有二级加压组件，所述二级加压组件包括第一电动推杆，所述第一电动推杆固定在凹形杆的顶部，且第一电动推杆的活塞杆固定连接有第一定位头，所述第一定位头的上方设置有第一驱动圆齿轮，且第一驱动圆齿轮底部的中心处开设有与第一定位头配合使用的第一定位槽，所述第一驱动圆齿轮的一侧啮合有从动圆齿轮，且从动圆齿轮底部的中心处固定连接有长型螺纹杆，所述长型螺纹杆的外壁螺纹连接有长型螺纹筒，且长型螺纹筒的底部设置有与预埋外管套配合使用的挤压座，所述挤压座与喷射头为嵌设连接。

优选的，所述第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀靠近氮气罐、液氮罐和净水罐的一端分别设置有计量传感器，且计量传感器上嵌设有显示面板。

优选的，所述氮气罐的顶部设置有电加热器，且氮气罐靠近电加热器的一侧嵌设有温度传感器。

优选的，所述挤压座的四周均一体成型有凸滑块，且预埋外管套内壁的四周均竖向开设有与凸滑块滑动配合的导轨槽。

优选的，所述预埋外管套的四周均贯穿开设有喷射外孔，且喷射外孔沿预埋外管套的纵轴线呈圆周状分布。

优选的，所述密封凸台的外侧固定连接有耳座，且耳座的内腔嵌设有螺纹套，且螺纹套的内腔螺纹连接有定位螺杆，三组所述定位螺杆的顶部固定连接有拧紧头。

液氮压裂装置的使用方法，根据上述任一项所述的液氮压裂装置，包括如下步骤：

步骤一、首先将预埋外管套插入井道内，且预埋外管套与井道之间形成用于压裂的环形空腔，并使用工具分别通过三组拧紧头将定位螺杆拧入三组耳座的螺纹套内，直至三组定位螺杆拧入井道沿口处的预留螺槽内，则密封凸台封堵在井道沿口处并将环形空腔上端封死后，控制双头电机开启并带动凹形杆转动，凹形杆通过转套带动连杆臂上的活塞座在气缸筒内进行往复做功，当活塞座在气缸筒内进行回程吸气时，吸气口上的吸气阀开启，弯管上的排气阀关闭，外界空气在活塞座的回程抽吸作用力下进入气缸筒内，直至活塞座到达气缸筒内最大回程状态，当活塞座在气缸筒内进行进程排气时，弯管上的排气阀开启，吸气阀关闭停止进气状态，在活塞座的挤压作用力迫使气缸筒内产生的增压气体经过弯管供入加压罐内；

步骤二、再开启氮气罐上的第一三通阀，并关闭第二三通阀和第三三通阀，氮气罐内的氮气供入第一三通阀内，同时加压罐内的增压气体经过第一加压管供入第一三通阀内与氮气汇合后，再由第一三通阀上的计量传感器计量检测后进行定量处理，使定量的增压氮气预先供入第一供给管上的伸缩管内，并对应打开输送增压氮气的喷射头上的电磁阀开启，则增压氮气对应由喷射头供入预埋外管套内，再由喷射外孔均匀喷射至需要压裂的井道预留的环形空腔内壁岩土层，随之增压氮气的持续加压注入，借助井道底部憋起高压作用下，使井道预留的环形空腔内壁岩土层预先产生裂缝；

步骤三、在井道预留的环形空腔内壁岩土层在高压氮气作用下产生裂缝后，先控制双头电机暂停，再控制第一电动推杆开启并带动第一定位头上移卡入第一驱动圆齿轮上的第一定位槽内后，再控制双头电机继续开启并通过连为一体的第一定位头和第一定位槽带动第一驱动圆齿轮进行转动，第一驱动圆齿轮通过从动圆齿轮带动长型螺纹杆随之正向转动，长型螺纹杆带动长型螺纹筒随之向下移动，由凸滑块和导轨槽对挤压座提供滑动限位补偿，则长型螺纹筒带动挤压座在预埋外管套内壁向下挤压，同时也通过三组喷射头带动三根伸缩管向下拉伸，挤压座一边带动喷射头在预埋外管套内壁向下供入高压氮气，一边向预埋外管套内壁空间气体进行驱赶挤压，也防止高压氮气经过喷射外孔返流至预埋外管套内，使高压氮气快速且有效的经过预埋外管套上的喷射外孔均匀喷射至需要压裂的井道预留的环形空腔内壁岩土层，提高环形空腔内壁岩土层裂缝的压裂速度和压裂程度；

步骤四、在高压氮气预先对环形空腔内壁岩土层完成裂缝压裂工作后，先开启液氮罐上的第二三通阀，并关闭第一三通阀和第三三通阀，液氮罐内的液氮供入第二三通阀内，同时加压罐内的增压气体经过第二加压管供入第二三通阀内与液氮汇合后，再由第二三通阀上的计量传感器计量检测后进行定量处理，使定量的增压液氮预先供入第二供给管上的伸缩管内，并对应打开输送增压液氮的喷射头上的电磁阀开启，则增压液氮对应由跟随挤压座下移的喷射头挤压供入预埋外管套内，再由喷射外孔快速且有效的喷射至完成预先压裂的环形空腔内壁岩土层，使其区域的裂缝深度和范围进一步增大，在环形空腔内壁岩土层区域形成复杂的裂缝网；

步骤五、在高压液氮对环形空腔内壁岩土层完成裂缝网压裂工作后，同步骤二，再次开启氮气罐上的第一三通阀，并关闭第二三通阀和第三三通阀，且提前控制电加热器开启并对氮气罐内的氮气进行加热，形成热氮气，并由温度传感器对氮气罐内的氮气加热温度进行实时监测，则氮气罐内的热氮气供入第一三通阀内，同时加压罐内的增压气体经过第一加压管供入第一三通阀内与热氮气汇合后，再由第一三通阀上的计量传感器计量检测后进行定量处理，使定量的增压热氮气依次经过第一供给管和伸缩管并由喷射头供入预埋外管套内，再由喷射外孔快速且有效的喷射至环形空腔内壁岩土层上的裂缝网区域，将裂缝网开口处的液氮顶进裂缝内部，使液氮对裂缝开口以及内部进行冷冻支撑，对裂缝进行加大且加深处理；

步骤六、在热氮气对环形空腔内壁岩土层裂缝网开口处的液氮顶进裂缝内部后，先开启净水罐上的第三三通阀，并关闭第一三通阀和第二三通阀，净水罐内的净水供入第三三通阀内，同时加压罐内的增压气体经过第三加压管供入第三三通阀内与净水汇合后，再由第三三通阀上的计量传感器计量检测后进行定量处理，使定量的增压净水预先供入第三供给管上的伸缩管内，并对应打开输送增压净水的喷射头上的电磁阀开启，则增压净水对应由跟随挤压座下移的喷射头挤压供入预埋外管套内，再由喷射外孔快速且有效的喷射至完成液氮顶入裂缝操作的环形空腔内壁岩土层区域，在裂缝开口处使净水与液氮形成冰晶，对裂缝网区域的裂缝开口处进行暂堵，以防裂缝回缩坍塌，完成井道环形空腔内壁岩土层区域的压裂工作。

本申请的有益效果是：在对井道内壁岩土层进行压裂时，先由一级加压组件的双头电机提供统一驱动来源，并由凹形杆、转套、连杆臂和活塞座实现增压压强供应，并由加压罐暂储后，分别经过第一加压管、第二加压管和第三加压管进行传输供给，同时由压裂组件的第一三通阀、第二三通阀和第三三通阀进行相继启闭控制，以氮气罐、液氮罐和净水罐提供氮气、液氮和净水供应，交替作为井道内壁岩土层的压裂传导质，减少水资源浪费，并对应由第一供给管、第二供给管和第三供给管将压裂传导质经过三组伸缩管上的喷射头分别喷射至井道内壁的岩土层区域，使其区域形成复杂的裂缝网，并扩大压裂的改造范围和程度，以防裂缝支撑不够出现回缩坍塌，再由二级加压组件的第一电动推杆对第一定位头和第一定位槽之间的行程位置进行调节，通过第一驱动圆齿轮和从动圆齿轮带动长型螺纹杆上的长型螺纹筒和挤压座随之下压，对交替使用的压裂传导质向下驱赶挤压处理，使各种压裂传导质快速且有效的到达井道内壁的岩土层区域，以防裂缝形成不到位，利于井下油气的开采工作。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是根据本申请实施例的液氮压裂装置的立体结构初始状态图；

图2是根据本申请实施例的液氮压裂装置的立体结构后视图；

图3是根据本申请实施例的液氮压裂装置的立体结构工作状态图；

图4是根据本申请实施例的液氮压裂装置的立体结构局部剖视图；

图5是根据本申请实施例的固定架、气缸筒、一级加压组件和压裂组件结构侧视剖面图；

图6是根据本申请实施例的一级加压组件和压裂组件结构局部主视图；

图7是根据本申请实施例的一级加压组件和压裂组件结构局部后视图；

图8是根据本申请实施例的预埋外管套和二级加压组件结构侧视图；

图9是根据本申请实施例的二级加压组件结构仰视图；

图10是根据本申请实施例的二级加压组件结构局部侧视图；

图11是根据本申请实施例的调节组件结构侧视图；

图12是根据本申请实施例的密封凸台和预埋外管套结构局部剖视图；

图13是根据本申请实施例的液氮压裂装置的图10中A处局部放大图。

图标：1、密封凸台；2、预埋外管套；3、固定架；4、气缸筒；5、一级加压组件；51、双头电机；52、凹形杆；53、转套；54、连杆臂；55、活塞座；56、加压罐；57、第一加压管；58、第二加压管；59、第三加压管；6、压裂组件；61、第一三通阀；62、第二三通阀；63、第三三通阀；64、氮气罐；65、液氮罐；66、净水罐；67、第一供给管；68、第二供给管；69、第三供给管；610、伸缩管；611、喷射头；7、二级加压组件；71、第一电动推杆；72、第一定位头；73、第一驱动圆齿轮；74、第一定位槽；75、从动圆齿轮；76、长型螺纹杆；77、长型螺纹筒；78、挤压座；8、调节组件；81、第二电动推杆；82、第二定位头；83、第二驱动圆齿轮；84、第二定位槽；85、环形间隙；86、预埋内管套；87、喷射内孔；88、齿圈；89、滑轨座；810、环形滑轨；9、计量传感器；10、电加热器；11、温度传感器；12、凸滑块；13、导轨槽；14、喷射外孔；15、耳座；16、定位螺杆。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-图13所示，根据本申请实施例的液氮压裂装置，包括：密封凸台1，密封凸台1的底部固定连接有预埋外管套2，预埋外管套2的四周均贯穿开设有喷射外孔14，且喷射外孔14沿预埋外管套2的纵轴线呈圆周状分布，利于各类压裂传导质的均匀喷射工作，使其有效到达井道内壁岩土层上；

密封凸台1的外侧固定连接有耳座15，且耳座15的内腔嵌设有螺纹套，且螺纹套的内腔螺纹连接有定位螺杆16，三组定位螺杆16的顶部固定连接有拧紧头，对密封凸台1和井道上端之间进行封堵，以防泄露；

密封凸台1的一侧设置有固定架3，且固定架3远离密封凸台1的一侧连通有气缸筒4，气缸筒4上开设有吸气口，且吸气口处设置有吸气阀，固定架3内设置有与气缸筒4配合使用的一级加压组件5，且密封凸台1的外侧设置有与一级加压组件5和预埋外管套2配合使用的压裂组件6，对井道内壁岩土层进行一级压裂处理；

预埋外管套2的内腔设置有与一级加压组件5配合使用的二级加压组件7，对各类压裂传导质进行驱赶挤压处理，实现井道内壁岩土层的二级压裂效果。

如图5至图10所示，对于传统井道压裂手段来说，大多采用的压裂传导质为水，压裂期间，需要大量的水，不仅造成大量水资源的浪费，而且不能有效对压裂裂缝进行支撑和暂堵处理，不能采用氮气、液氮、热氮气和水交替为压裂传导质，以加注增压和驱赶挤压相结合的方式，对井道进行均匀且有效的压裂处理，实现不了井道内壁岩土层裂缝的复杂网化，且裂缝的开口和深度不够，不利于井下油气的开采工作，一级加压组件5包括双头电机51，双头电机51固定在固定架3靠近密封凸台1的一侧，由双头电机51提供统一驱动来源；

且双头电机51的一根输出轴固定连接有与固定架3配合使用的凹形杆52，凹形杆52的中心处转动连接有转套53，且转套53的表壁固定连接有连杆臂54，连杆臂54的另一头铰接有与气缸筒4滑动配合的活塞座55，且气缸筒4的排气口通过弯管连通有加压罐56，弯管上设置有排气阀，加压罐56的三个排气口分别连通有第一加压管57、第二加压管58和第三加压管59，由凹形杆52、转套53、连杆臂54和活塞座55实现增压压强供应，并由加压罐56暂储后，分别经过第一加压管57、第二加压管58和第三加压管59进行传输供给，且第一加压管57、第二加压管58和第三加压管59均采用加厚型钢管材质，加强第一加压管57、第二加压管58和第三加压管59的抗压强度。

压裂组件6包括第一三通阀61、第二三通阀62和第三三通阀63，第一三通阀61、第二三通阀62和第三三通阀63分别连通在第一加压管57、第二加压管58和第三加压管59远离加压罐56的一端，由第一三通阀61、第二三通阀62和第三三通阀63进行相继启闭控制，且第一三通阀61、第二三通阀62和第三三通阀63的一端分别连通有氮气罐64、液氮罐65和净水罐66，以氮气罐64、液氮罐65和净水罐66提供氮气、液氮和净水供应，交替作为井道内壁岩土层的压裂传导质，减少水资源浪费；

第一三通阀61、第二三通阀62和第三三通阀63的另一端分别连通有第一供给管67、第二供给管68和第三供给管69，且第一供给管67、第二供给管68和第三供给管69的底端连通有伸缩管610，三组伸缩管610的底端连通有喷射头611，且喷射头611上设置有电磁阀，并对应由第一供给管67、第二供给管68和第三供给管69将压裂传导质经过三组伸缩管610上的喷射头611分别喷射至井道内壁的岩土层区域，使其区域形成复杂的裂缝网，并扩大压裂的改造范围和程度，以防裂缝支撑不够出现回缩坍塌；

第一三通阀61、第二三通阀62和第三三通阀63靠近氮气罐64、液氮罐65和净水罐66的一端分别设置有计量传感器9，分别对流经第一三通阀61、第二三通阀62和第三三通阀63的氮气和热氮气、液氮以及净水量进行定量检测，且计量传感器9上嵌设有显示面板，将其监测数据进行显示，氮气罐64的顶部设置有电加热器10，且氮气罐64靠近电加热器10的一侧嵌设有温度传感器11，对氮气罐64内的氮气进行加热，形成热氮气，可加热到25-35℃，同时由温度传感器11对氮气罐64内加热后的氮气温度进行实时检测。

二级加压组件7包括第一电动推杆71，第一电动推杆71固定在凹形杆52的顶部，且第一电动推杆71的活塞杆固定连接有第一定位头72，第一定位头72的上方设置有第一驱动圆齿轮73，且第一驱动圆齿轮73底部的中心处开设有与第一定位头72配合使用的第一定位槽74，由二级加压组件7的第一电动推杆71对第一定位头72和第一定位槽74之间的行程位置进行调节；

第一驱动圆齿轮73的一侧啮合有从动圆齿轮75，且从动圆齿轮75底部的中心处固定连接有长型螺纹杆76，长型螺纹杆76的外壁螺纹连接有长型螺纹筒77，且长型螺纹筒77的底部设置有与预埋外管套2配合使用的挤压座78，挤压座78与喷射头611为嵌设连接，通过第一驱动圆齿轮73和从动圆齿轮75带动长型螺纹杆76上的长型螺纹筒77和挤压座78随之下压，对交替使用的压裂传导质向下驱赶挤压处理，使各种压裂传导质快速且有效的到达井道内壁的岩土层区域，以防裂缝形成不到位，利于井下油气的开采工作；

挤压座78的四周均一体成型有凸滑块12，且预埋外管套2内壁的四周均竖向开设有与凸滑块12滑动配合的导轨槽13，对升降滑动的挤压座78起到滑动限位的作用，以防挤压座78升降期间出现晃动歪斜，提高其稳定性。

如图11和图12所示，在压裂传导质对井道压裂期间，基本先在井内埋入管道并由开设的孔洞喷射至井道内壁的岩土层，而预埋入管道开设的孔洞大小和启闭无法调节，导致压裂传导质到达井道内壁岩土层的喷射量不均，且喷射状态不易把控，易造成压裂传导质返流，不能使压裂传导质有效作用至井道内壁的岩土层区域，发挥不出压裂传导质的最大特性，不利于井道内壁裂缝的形成，密封凸台1内设置有与预埋外管套2配合使用的调节组件8，调节组件8包括第二电动推杆81，第二电动推杆81固定在双头电机51的另一根输出轴上，且第二电动推杆81的活塞杆固定连接有第二定位头82，第二定位头82的下方设置有与密封凸台1转动配合的第二驱动圆齿轮83，且第二驱动圆齿轮83顶部的中心处开设有与第二定位头82配合使用的第二定位槽84，由第二电动推杆81对第二定位头82和第二定位槽84的行程位置进行调节，使第二定位头82和第二定位槽84卡接并连为一体后，带动第二驱动圆齿轮83转动；

预埋外管套2的内腔开设有与密封凸台1配合使用的环形间隙85，且环形间隙85内转动连接有密封凸台1配合使用的预埋内管套86，预埋内管套86的四周均开设有与喷射外孔14配合使用的喷射内孔87，且预埋内管套86的顶部固定连接有齿圈88，齿圈88底部的四周均固定连接有滑轨座89，且密封凸台1的顶部开设有与滑轨座89滑动配合的环形滑轨810，由滑轨座89和环形滑轨810对齿圈88提供滑动支撑补偿，则第二驱动圆齿轮83通过齿圈88带动预埋内管套86在环形间隙85内微调转动，利用喷射内孔87和喷射外孔14之间的错位重叠面积，来实现喷射外孔14的大小和启闭调节效果，使压裂传导质到达井道内壁岩土层的喷射量均匀且有效，易把控其喷射状态，以防压裂传导质返流至预埋外管套2内造成原料浪费，使压裂传导质有效作用至井道内壁的岩土层区域，发挥出压裂传导质的最大特性，利于井道内壁裂缝的形成以及井道油气的开采。

液氮压裂装置的使用方法，根据上述任一项的液氮压裂装置，包括如下步骤：

步骤一、首先将预埋外管套2插入井道内，且预埋外管套2与井道之间形成用于压裂的环形空腔，并使用工具分别通过三组拧紧头将定位螺杆16拧入三组耳座15的螺纹套内，直至三组定位螺杆16拧入井道沿口处的预留螺槽内，则密封凸台1封堵在井道沿口处并将环形空腔上端封死后，控制双头电机51开启并带动凹形杆52转动，凹形杆52通过转套53带动连杆臂54上的活塞座55在气缸筒4内进行往复做功，当活塞座55在气缸筒4内进行回程吸气时，吸气口上的吸气阀开启，弯管上的排气阀关闭，外界空气在活塞座55的回程抽吸作用力下进入气缸筒4内，直至活塞座55到达气缸筒4内最大回程状态，当活塞座55在气缸筒4内进行进程排气时，弯管上的排气阀开启，吸气阀关闭停止进气状态，在活塞座55的挤压作用力迫使气缸筒4内产生的增压气体经过弯管供入加压罐56内；

步骤二、再开启氮气罐64上的第一三通阀61，并关闭第二三通阀62和第三三通阀63，氮气罐64内的氮气供入第一三通阀61内，同时加压罐56内的增压气体经过第一加压管57供入第一三通阀61内与氮气汇合后，再由第一三通阀61上的计量传感器9计量检测后进行定量处理，使定量的增压氮气预先供入第一供给管67上的伸缩管610内，并对应打开输送增压氮气的喷射头611上的电磁阀开启，则增压氮气对应由喷射头611供入预埋外管套2内，再由喷射外孔14均匀喷射至需要压裂的井道预留的环形空腔内壁岩土层，随之增压氮气的持续加压注入，借助井道底部憋起高压作用下，使井道预留的环形空腔内壁岩土层预先产生裂缝；

步骤三、在井道预留的环形空腔内壁岩土层在高压氮气作用下产生裂缝后，先控制双头电机51暂停，再控制第一电动推杆71开启并带动第一定位头72上移卡入第一驱动圆齿轮73上的第一定位槽74内后，再控制双头电机51继续开启并通过连为一体的第一定位头72和第一定位槽74带动第一驱动圆齿轮73进行转动，第一驱动圆齿轮73通过从动圆齿轮75带动长型螺纹杆76随之正向转动，长型螺纹杆76带动长型螺纹筒77随之向下移动，由凸滑块12和导轨槽13对挤压座78提供滑动限位补偿，则长型螺纹筒77带动挤压座78在预埋外管套2内壁向下挤压，同时也通过三组喷射头611带动三根伸缩管610向下拉伸，挤压座78一边带动喷射头611在预埋外管套2内壁向下供入高压氮气，一边向预埋外管套2内壁空间气体进行驱赶挤压，也防止高压氮气经过喷射外孔14返流至预埋外管套2内，使高压氮气快速且有效的经过预埋外管套2上的喷射外孔14均匀喷射至需要压裂的井道预留的环形空腔内壁岩土层，提高环形空腔内壁岩土层裂缝的压裂速度和压裂程度；

步骤四、在高压氮气预先对环形空腔内壁岩土层完成裂缝压裂工作后，先开启液氮罐65上的第二三通阀62，并关闭第一三通阀61和第三三通阀63，液氮罐65内的液氮供入第二三通阀62内，同时加压罐56内的增压气体经过第二加压管58供入第二三通阀62内与液氮汇合后，再由第二三通阀62上的计量传感器9计量检测后进行定量处理，使定量的增压液氮预先供入第二供给管68上的伸缩管610内，并对应打开输送增压液氮的喷射头611上的电磁阀开启，则增压液氮对应由跟随挤压座78下移的喷射头611挤压供入预埋外管套2内，再由喷射外孔14快速且有效的喷射至完成预先压裂的环形空腔内壁岩土层，使其区域的裂缝深度和范围进一步增大，在环形空腔内壁岩土层区域形成复杂的裂缝网；

步骤五、在高压液氮对环形空腔内壁岩土层完成裂缝网压裂工作后，同步骤二，再次开启氮气罐64上的第一三通阀61，并关闭第二三通阀62和第三三通阀63，且提前控制电加热器10开启并对氮气罐64内的氮气进行加热，形成热氮气，并由温度传感器11对氮气罐64内的氮气加热温度进行实时监测，则氮气罐64内的热氮气供入第一三通阀61内，同时加压罐56内的增压气体经过第一加压管57供入第一三通阀61内与热氮气汇合后，再由第一三通阀61上的计量传感器9计量检测后进行定量处理，使定量的增压热氮气依次经过第一供给管67和伸缩管610并由喷射头611供入预埋外管套2内，再由喷射外孔14快速且有效的喷射至环形空腔内壁岩土层上的裂缝网区域，将裂缝网开口处的液氮顶进裂缝内部，使液氮对裂缝开口以及内部进行冷冻支撑，对裂缝进行加大且加深处理；

步骤六、在热氮气对环形空腔内壁岩土层裂缝网开口处的液氮顶进裂缝内部后，先开启净水罐66上的第三三通阀63，并关闭第一三通阀61和第二三通阀62，净水罐66内的净水供入第三三通阀63内，同时加压罐56内的增压气体经过第三加压管59供入第三三通阀63内与净水汇合后，再由第三三通阀63上的计量传感器9计量检测后进行定量处理，使定量的增压净水预先供入第三供给管69上的伸缩管610内，并对应打开输送增压净水的喷射头611上的电磁阀开启，则增压净水对应由跟随挤压座78下移的喷射头611挤压供入预埋外管套2内，再由喷射外孔14快速且有效的喷射至完成液氮顶入裂缝操作的环形空腔内壁岩土层区域，在裂缝开口处使净水与液氮形成冰晶，对裂缝网区域的裂缝开口处进行暂堵，以防裂缝回缩坍塌，完成井道环形空腔内壁岩土层区域的压裂工作；

步骤七、在此期间，需要对预埋外管套2上喷射外孔14的孔径进行大小和启闭状态调节时，先控制双头电机51和第一电动推杆71关闭，再控制第二电动推杆81开启并带动第二定位头82下移卡至第二驱动圆齿轮83上的第二定位槽84内后，再控制双头电机51开启并通过连为一体的第二定位头82和第二定位槽84带动第二驱动圆齿轮83随之低速转动，由滑轨座89和环形滑轨810对齿圈88提供滑动支撑补偿，则第二驱动圆齿轮83通过齿圈88带动预埋内管套86在环形间隙85内进行缓慢转动，根据喷射外孔14的孔径大小调节要求，使预埋内管套86带动喷射内孔87与预埋外管套2上的喷射外孔14进行错位重叠，若喷射内孔87和喷射外孔14的重叠面积大，则喷射外孔14的孔径就大，反之，喷射内孔87和喷射外孔14的重叠面积小，则喷射外孔14的孔径变小，若喷射内孔87与喷射外孔14完全错位，且喷射外孔14被全部遮挡后，则喷射外孔14关闭停止喷射工作，反之喷射内孔87与喷射外孔14完全重叠，则喷射外孔14全部开启进行最大喷射工作，以此来调节供出氮气、液氮、热氮气以及净水的喷射大小和启闭状态。

需要说明的是，双头电机51、第一电动推杆71、第二电动推杆81和电加热器10具体的型号规格需根据该装置的实际规格等进行选型确定，具体选型计算方法采用本领域现有技术，故此不再详细赘述。

双头电机51、第一电动推杆71、第二电动推杆81和电加热器10以及各类传感器的供电及其原理对本领域技术人员来说是清楚的，在此不予详细说明。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.液氮压裂装置，其特征在于，包括：密封凸台（1），所述密封凸台（1）的底部固定连接有预埋外管套（2）；

所述密封凸台（1）的一侧设置有固定架（3），且固定架（3）远离密封凸台（1）的一侧连通有气缸筒（4），所述固定架（3）内设置有一级加压组件（5），所述一级加压组件（5）包括双头电机（51），所述双头电机（51）固定在固定架（3）靠近密封凸台（1）的一侧，且双头电机（51）的一根输出轴固定连接有与固定架（3）配合使用的凹形杆（52），所述凹形杆（52）的中心处转动连接有转套（53），且转套（53）的表壁固定连接有连杆臂（54），所述连杆臂（54）的另一头铰接有与气缸筒（4）滑动配合的活塞座（55），且气缸筒（4）的排气口通过弯管连通有加压罐（56），弯管上设置有排气阀，所述加压罐（56）的三个排气口分别连通有第一加压管（57）、第二加压管（58）和第三加压管（59），且密封凸台（1）的外侧设置有压裂组件（6），所述压裂组件（6）包括第一三通阀（61）、第二三通阀（62）和第三三通阀（63），所述第一三通阀（61）、第二三通阀（62）和第三三通阀（63）分别连通在第一加压管（57）、第二加压管（58）和第三加压管（59）远离加压罐（56）的一端，且第一三通阀（61）、第二三通阀（62）和第三三通阀（63）的一端分别连通有氮气罐（64）、液氮罐（65）和净水罐（66），所述第一三通阀（61）、第二三通阀（62）和第三三通阀（63）的另一端分别连通有第一供给管（67）、第二供给管（68）和第三供给管（69），且第一供给管（67）、第二供给管（68）和第三供给管（69）的底端连通有伸缩管（610），三组所述伸缩管（610）的底端连通有喷射头（611），且喷射头（611）上设置有电磁阀；

所述预埋外管套（2）的内腔设置有二级加压组件（7），所述二级加压组件（7）包括第一电动推杆（71），所述第一电动推杆（71）固定在凹形杆（52）的顶部，且第一电动推杆（71）的活塞杆固定连接有第一定位头（72），所述第一定位头（72）的上方设置有第一驱动圆齿轮（73），且第一驱动圆齿轮（73）底部的中心处开设有与第一定位头（72）配合使用的第一定位槽（74），所述第一驱动圆齿轮（73）的一侧啮合有从动圆齿轮（75），且从动圆齿轮（75）底部的中心处固定连接有长型螺纹杆（76），所述长型螺纹杆（76）的外壁螺纹连接有长型螺纹筒（77），且长型螺纹筒（77）的底部设置有与预埋外管套（2）配合使用的挤压座（78），所述挤压座（78）与喷射头（611）为嵌设连接。

2.根据权利要求1所述的液氮压裂装置，其特征在于，所述第一三通阀（61）、第二三通阀（62）和第三三通阀（63）靠近氮气罐（64）、液氮罐（65）和净水罐（66）的一端分别设置有计量传感器（9），且计量传感器（9）上嵌设有显示面板。

3.根据权利要求1所述的液氮压裂装置，其特征在于，所述氮气罐（64）的顶部设置有电加热器（10），且氮气罐（64）靠近电加热器（10）的一侧嵌设有温度传感器（11）。

4.根据权利要求1所述的液氮压裂装置，其特征在于，所述挤压座（78）的四周均一体成型有凸滑块（12），且预埋外管套（2）内壁的四周均竖向开设有与凸滑块（12）滑动配合的导轨槽（13）。

5.根据权利要求1所述的液氮压裂装置，其特征在于，所述预埋外管套（2）的四周均贯穿开设有喷射外孔（14），且喷射外孔（14）沿预埋外管套（2）的纵轴线呈圆周状分布。

6.根据权利要求1所述的液氮压裂装置，其特征在于，所述密封凸台（1）的外侧固定连接有耳座（15），且耳座（15）的内腔嵌设有螺纹套，且螺纹套的内腔螺纹连接有定位螺杆（16），三组所述定位螺杆（16）的顶部固定连接有拧紧头。

7.液氮压裂装置的使用方法，根据上述权利要求1-6任一项所述的液氮压裂装置，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、首先将预埋外管套（2）插入井道内，且预埋外管套（2）与井道之间形成用于压裂的环形空腔，并使用工具分别通过三组拧紧头将定位螺杆（16）拧入三组耳座（15）的螺纹套内，直至三组定位螺杆（16）拧入井道沿口处的预留螺槽内，则密封凸台（1）封堵在井道沿口处并将环形空腔上端封死后，控制双头电机（51）开启并带动凹形杆（52）转动，凹形杆（52）通过转套（53）带动连杆臂（54）上的活塞座（55）在气缸筒（4）内进行往复做功，当活塞座（55）在气缸筒（4）内进行回程吸气时，吸气口上的吸气阀开启，弯管上的排气阀关闭，外界空气在活塞座（55）的回程抽吸作用力下进入气缸筒（4）内，直至活塞座（55）到达气缸筒（4）内最大回程状态，当活塞座（55）在气缸筒（4）内进行进程排气时，弯管上的排气阀开启，吸气阀关闭停止进气状态，在活塞座（55）的挤压作用力迫使气缸筒（4）内产生的增压气体经过弯管供入加压罐（56）内；

步骤二、再开启氮气罐（64）上的第一三通阀（61），并关闭第二三通阀（62）和第三三通阀（63），氮气罐（64）内的氮气供入第一三通阀（61）内，同时加压罐（56）内的增压气体经过第一加压管（57）供入第一三通阀（61）内与氮气汇合后，再由第一三通阀（61）上的计量传感器（9）计量检测后进行定量处理，使定量的增压氮气预先供入第一供给管（67）上的伸缩管（610）内，并对应打开输送增压氮气的喷射头（611）上的电磁阀开启，则增压氮气对应由喷射头（611）供入预埋外管套（2）内，再由喷射外孔（14）均匀喷射至需要压裂的井道预留的环形空腔内壁岩土层，随之增压氮气的持续加压注入，借助井道底部憋起高压作用下，使井道预留的环形空腔内壁岩土层预先产生裂缝；

步骤三、在井道预留的环形空腔内壁岩土层在高压氮气作用下产生裂缝后，先控制双头电机（51）暂停，再控制第一电动推杆（71）开启并带动第一定位头（72）上移卡入第一驱动圆齿轮（73）上的第一定位槽（74）内后，再控制双头电机（51）继续开启并通过连为一体的第一定位头（72）和第一定位槽（74）带动第一驱动圆齿轮（73）进行转动，第一驱动圆齿轮（73）通过从动圆齿轮（75）带动长型螺纹杆（76）随之正向转动，长型螺纹杆（76）带动长型螺纹筒（77）随之向下移动，由凸滑块（12）和导轨槽（13）对挤压座（78）提供滑动限位补偿，则长型螺纹筒（77）带动挤压座（78）在预埋外管套（2）内壁向下挤压，同时也通过三组喷射头（611）带动三根伸缩管（610）向下拉伸，挤压座（78）一边带动喷射头（611）在预埋外管套（2）内壁向下供入高压氮气，一边向预埋外管套（2）内壁空间气体进行驱赶挤压，也防止高压氮气经过喷射外孔（14）返流至预埋外管套（2）内，使高压氮气快速且有效的经过预埋外管套（2）上的喷射外孔（14）均匀喷射至需要压裂的井道预留的环形空腔内壁岩土层，提高环形空腔内壁岩土层裂缝的压裂速度和压裂程度；

步骤四、在高压氮气预先对环形空腔内壁岩土层完成裂缝压裂工作后，先开启液氮罐（65）上的第二三通阀（62），并关闭第一三通阀（61）和第三三通阀（63），液氮罐（65）内的液氮供入第二三通阀（62）内，同时加压罐（56）内的增压气体经过第二加压管（58）供入第二三通阀（62）内与液氮汇合后，再由第二三通阀（62）上的计量传感器（9）计量检测后进行定量处理，使定量的增压液氮预先供入第二供给管（68）上的伸缩管（610）内，并对应打开输送增压液氮的喷射头（611）上的电磁阀开启，则增压液氮对应由跟随挤压座（78）下移的喷射头（611）挤压供入预埋外管套（2）内，再由喷射外孔（14）快速且有效的喷射至完成预先压裂的环形空腔内壁岩土层，使其区域的裂缝深度和范围进一步增大，在环形空腔内壁岩土层区域形成复杂的裂缝网；

步骤五、在高压液氮对环形空腔内壁岩土层完成裂缝网压裂工作后，同步骤二，再次开启氮气罐（64）上的第一三通阀（61），并关闭第二三通阀（62）和第三三通阀（63），且提前控制电加热器（10）开启并对氮气罐（64）内的氮气进行加热，形成热氮气，并由温度传感器（11）对氮气罐（64）内的氮气加热温度进行实时监测，则氮气罐（64）内的热氮气供入第一三通阀（61）内，同时加压罐（56）内的增压气体经过第一加压管（57）供入第一三通阀（61）内与热氮气汇合后，再由第一三通阀（61）上的计量传感器（9）计量检测后进行定量处理，使定量的增压热氮气依次经过第一供给管（67）和伸缩管（610）并由喷射头（611）供入预埋外管套（2）内，再由喷射外孔（14）快速且有效的喷射至环形空腔内壁岩土层上的裂缝网区域，将裂缝网开口处的液氮顶进裂缝内部，使液氮对裂缝开口以及内部进行冷冻支撑，对裂缝进行加大且加深处理；

步骤六、在热氮气对环形空腔内壁岩土层裂缝网开口处的液氮顶进裂缝内部后，先开启净水罐（66）上的第三三通阀（63），并关闭第一三通阀（61）和第二三通阀（62），净水罐（66）内的净水供入第三三通阀（63）内，同时加压罐（56）内的增压气体经过第三加压管（59）供入第三三通阀（63）内与净水汇合后，再由第三三通阀（63）上的计量传感器（9）计量检测后进行定量处理，使定量的增压净水预先供入第三供给管（69）上的伸缩管（610）内，并对应打开输送增压净水的喷射头（611）上的电磁阀开启，则增压净水对应由跟随挤压座（78）下移的喷射头（611）挤压供入预埋外管套（2）内，再由喷射外孔（14）快速且有效的喷射至完成液氮顶入裂缝操作的环形空腔内壁岩土层区域，在裂缝开口处使净水与液氮形成冰晶，对裂缝网区域的裂缝开口处进行暂堵，以防裂缝回缩坍塌，完成井道环形空腔内壁岩土层区域的压裂工作。