一种井下智能化多孔段并行动态割缝系统及其施工方法与流程

1.本发明属于煤层气抽采领域，涉及一种井下智能化多孔段并行动态割缝系统及其施工方法。


背景技术：

2.目前井下移动割缝装备种类较多但并未实现智能化割缝装备，没有实质性实现“全自动”智能化割缝，现有井下移动割缝范围较小，一般只能单孔施工；由于割缝泵组水压较高，需要人员操作，存在一定的人员安全风险，未能实现无人看守情况下自动割缝和割缝效果自动评估。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种井下智能化多孔段并行动态割缝系统及其施工方法。
4.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种井下智能化多孔段并行动态割缝系统，包括分流缸体，所述分流缸体一端设有m个泵源输入端口，另一端设有n个泵源输出端口，n》m，每个泵源输入端口上设有输入监控模块，每个泵源输出端口上设有输出监控模块；还包括显示控制台、逻辑模块，所述显示控制台对逻辑模块进行配置参数，从而对输入监控模块和输出监控模块发送命令，控制各泵源输入端口和泵源输出端口的开启和关闭；所述输出监控模块还用于实时监测对应钻孔的割缝状态，并反馈给逻辑模块；所述逻辑模块还用于对各钻孔裂隙发育及对各钻孔割缝工作状态进行动态评价，并根据结果动态智能调控各钻孔割缝配置参数。
6.进一步，所述钻孔的割缝状态包括钻孔的泵源输出流量大小和的压力大小。
7.进一步，所述逻辑模块实时监测钻孔泵源输出压力曲线，并与三种割缝模型曲线进行对比，从而反推出当前的割缝发育状态；所述割缝模型曲线包括压力平衡型、压力振荡型、波浪型；
8.所述压力平衡型为割缝孔出压力持续升高，然后稳定在工作区域，对预定的半径进行割缝，最终形成圆环裂缝；
9.所述压力振荡型为当煤层内割缝液压力达到一定程度后，形成对割缝孔包围状态，压力在一段时间持续升高，随着煤屑被不断冲出，圆环裂缝不断扩展，割缝压力下降；并重复此振荡过程；
10.所述波浪型为一个割缝成熟区域向另一个未割缝区域转移的过程中出现割缝液压力的起伏，多个割缝系统转化形成后即表征为割缝液压力的波浪形态；
11.所述割缝裂隙发育状态包括割缝裂隙扩展期、割缝扩展延缓期、割缝扩展成熟期。
12.进一步，所述逻辑模块针对泵源输出端口的流量稳定性、是否发生流量突变、累计割缝水量参数进行综合分析，动态评价为以下状态：
13.(1)设定流量变化量临界值
△
q，正常割缝状态流量相对稳定、不发生流量突变、累
计割缝水量未达到预设值q，此时动态反馈为正常割缝，累计到达割缝水极限值材料断裂的判定条件量q时自动停止割缝；
14.(2)割缝流量发生突变、累计割缝水量未达到预设值q，此时动态反馈为停止割缝，检查水泵管路或割缝系统是否存在大面积漏水情况；
15.(3)割缝状态流量相对稳定、未发生流量突变、累计割缝水量达到预设值q，此时动态反馈为割缝完成；
16.(4)割缝状态流量相对稳定、未发生流量突变，未达到设计注水量但相邻压力传感器识别稳定压降及出水状态时认定为已割穿，停止相邻两个割缝系统孔供水，依次直到其它割缝全部完成；
17.流量变化量临界值与割缝射流压力相关；射流压力和流量变化量临界值
△
q关系如下：
18.射流压力为0～40mp时，
△
q为82l/min；
19.射流压力为40～50mp时，
△
q为92l/min；
20.射流压力为5～90mp时，
△
q为120l/min；
21.射流压力为90～100mp时，
△
q为130l/min；
22.累计割缝水量未达到预设值q为确定割缝压力时，临界流量乘以割缝时间，加上总量10％的富余系数。
23.进一步，所述割缝水量、割缝水压大小、割缝间距、钻孔间距、旋转速度、割缝时间参数计算步骤如下：
24.钻孔围岩应力场数值模拟建立模型，模型参数设置为基础物理参数，包括煤岩密度、体积模量、剪切模量、内聚力、内摩擦角、抗拉强度、垂直应力，基础物理参数数值用实验室测定或固定经验值；
25.利用数值模拟结合超高压水力割缝技术影响因素，分析不同射流压力、割缝间距、割缝钻孔间距及割缝方式条件下煤层应力演化特征，得出最优的一组割缝水压大小、割缝间距、钻孔间距参数；割缝水量根据割缝喷嘴孔径、割缝压力、割缝时间计算得出；旋转速度、割缝时间参数根据煤样地面割缝试验得出。
26.进一步，割缝深度计算预测模型x为：
[0027][0028]
其中d0为喷嘴直径，m，p为水泵驱动压力，mpa。ρw、ρc为水和煤的密度；cw、cc为水和煤中应力波传播速度，煤体受到水锤压力为pw，射流液柱受到反作用力为pc，μ为动力黏性系数；υ为水的运动黏性系数，σ1、σ2、σ3由煤体试验得出；σ
1-μ(σ2+σ3)≥σ
t
为极限值材料断裂的判定条件；
[0029]
采用量纲分析法计算得出割缝压力与临界排渣量的关系：
[0030][0031]
p为喷嘴出口的动压，pa；a为表征煤体颗粒形状因素的综合因素；t0落煤速度/(t/min)；
[0032]
割缝间距：割缝钻孔间隔根据煤层的透气性系数决定，间隔距离根据现场考察得出或由数值模拟得出；
[0033]
割缝时间参数根据煤样地面割缝试验得出，通过每个“圆环”周期小于25min；割缝水量根据割缝喷嘴孔径、割缝压力、割缝时间计算得出；旋转速度根据坚固性系数、割缝压力综合确定；坚固性系数为0.4，割缝压力为80mpa，钻杆转速为80r/min；坚固性系数为0.8，割缝压力为90mpa，钻杆转速为40r/min。
[0034]
另一方面，本发明提供一种井下智能化多孔段并行动态割缝施工方法，包括以下步骤：
[0035]
s1：在需要割缝区域间隔一定距离施工多个割缝钻孔，其中多组割缝系统在水压作用下伸展到达需要割缝钻孔的顶端开始倒退式割缝，割缝间隔、割缝水压大小、割缝器旋转速度、都与煤体的软硬程度有关，钻孔施工深度根据现场具体条件确定；
[0036]
s2：开启割缝调试试机开启割缝作业，根据煤层软硬程度、地应力大小、煤层渗透性参数设定割缝注水量、割缝水压大小、割缝间距、旋转速度、割缝时间参数进行自动作业；
[0037]
s3：作业完成待停机后，对整组割缝系统进行关闭，伸缩至孔口退出钻孔，此时拆卸旋转高压水尾，移动所有设备进行下一组并行割缝。
[0038]
进一步，在需要割缝区域30m施工4-6个孔径为94-113mm的割缝钻孔。割缝钻孔间隔需根据现场条件确定，中等硬度煤层割缝半径1.5～2.0m，切割缝槽宽度2～6cm；顺层钻孔割缝孔深10～100m，穿层钻孔割缝孔深10～10m；最大工作压力100mpa，成套装置承压150mpa，设备连接处均有二次防护。
[0039]
进一步，割缝泵组采用同一种型号泵组单泵或双泵并联作业。
[0040]
进一步，在每个割缝系统钻孔都布置压力、流量传感器，设置同步或差异化割缝，包括割缝注水量、割缝水压大小、割缝间距、旋转速度、割缝时间参数。
[0041]
本发明的有益效果在于：通过本发明所提供的泵源自适应分流器及相应的割缝钻孔裂隙实时评估系统，可通过有限泵源实现对若干钻孔并行割缝作业。可实现并行割缝施工，7
×
24不间断割缝施工，割缝实时在线监测的有益效果。
[0042]
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0043]
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
[0044]
图1为本发明所述井下多孔段并行动态割缝系统结构示意图；
[0045]
图2为本发明所述井下多孔段并行动态割缝系统工作流程图；
[0046]
图3中(a)为压力平衡型压力曲线，(b)为压力振荡型压力曲线，(c)为波浪型压力曲线；
[0047]
图4-5为发明所述井下多孔段并行动态割缝施工示意图；
[0048]
图6为割缝协调排渣压力合理选择曲线图。
具体实施方式
[0049]
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0050]
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0051]
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。
[0052]
请参阅图1～图5，为一种井下多孔段并行动态割缝系统及其施工方法。针对煤层气地下抽采过程中的割缝施工，本发明提供了一种多孔段并行割缝系统及其施工方式。通过本发明所提供的泵源自适应分流器及相应的割缝钻孔裂隙实时评估系统，可通过有限泵源实现对若干钻孔并行割缝作业。本发明所涉及的关键技术包括如下3点：1)割缝钻孔裂隙实时评估系统，2)泵源自适应分流器，3)多孔段并行割缝施工方法。可实现1)并行割缝施工，2)7
×
24不间断割缝施工，3)割缝实时在线监测的有益效果。
[0053]
关键技术的逻辑关系为：泵源自适应分流器对泵源压力进行等压分流输出，根据多个并行割缝钻孔的实时流量反馈，割缝钻孔裂隙实时评估系统对割缝钻孔的裂隙发育程度进行评估计算，从而调节泵源自适应分流器对单个输出端口进行动态实时调节，以达到同步并行割缝的效果。
[0054]
为了达到7
×
24不间断割缝施工的目标，泵源自适应分流器可以通过人为设置对指定输出端进行关闭，此时可以匹配链接新钻孔管路，期间未关闭端口的割缝施工不受影响。
[0055]
此外，割缝钻孔裂隙实时评估系统可对泵源自适应分流器的实时输入输出参数进行在线报告及异常割缝行为预警。有助于提高割缝施工的安全性。
[0056]
如图1所示，以2输入6输出为例，泵源自适应分流器工作逻辑为：通过泵源输入端
口输入2组泵源，泵源工作状态可由输入监控模块进行控制，泵源输入至分流缸体，而后由泵源输出端口输出，输出端口工作状态可由输出监控模块进行控制。
[0057]
输入监控模块及输出监控模块由逻辑模块进行控制，逻辑模块可通过显示控制台与通信模块实现井下与远程在线配置。整个泵源自适应分流器及其组件由电源模块负责供电。
[0058]
如图2所示，割缝钻孔裂隙实时评估系统逻辑：系统初始工作状态可由显示控制台从本地或者通讯模块通过远程控制逻辑模块进行割缝参数配置。逻辑模块通过给定的割缝参数配置，控制输入监控模块按设计工作条件启动泵源输入。逻辑模块通过给定的压力参数配置，控制输出监控模块按设计工作条件启动泵源输出。割缝施工过程中输出监控模块将实时监测各钻孔的割缝状态(流量、压力等指标性数据)。根据所监测数据，割缝钻孔裂隙实时评估系统将对各钻孔裂隙发育及对各钻孔割缝工作状态进行动态评价。评价结果实时反馈于逻辑模块，逻辑模块将动态智能调控各钻孔割缝配置参数。通过上述流程，实现割缝钻孔裂隙实时评估系统。在每个割缝钻孔可以设置同步或差异化割缝(包括割缝注水量、割缝水压大小、割缝间距、旋转速度、割缝时间参数)，其适合的钻孔直径94-113mm。在多组割缝钻孔可以利用液压系统(水压)同步伸缩、伸展、旋转，可以设置差异化设置伸缩量、伸展量、旋转速度，为便于煤屑随割缝系统旋转排出钻孔外，割缝系统外轮廓为螺旋式。
[0059]
判识裂缝缝槽的产生是割缝过程中割缝参数调整及预判割缝效果的前提。在割缝过程中主要监测参数为泵注压力及流量，一般可根据割缝过程中压力曲线的变化形态判识裂缝缝槽的发展形态，割缝曲线大致可以分为3种类型，如图3中的(a)-(c)所示。
[0060]
(1)压力平衡型。为割缝孔出压力持续升高，然后稳定在工作区域，对预定的半径进行割缝，最终形成圆环裂缝；割缝孔出现理想的原始裂缝，随着割缝系统旋转依次张开新裂缝；
[0061]
(2)压力振荡型。为当煤层内割缝液压力达到一定程度后，由于煤层较软且地应力大或煤层较硬且地应力大或煤层坚硬，形成对割缝孔包围状态，压力在一段时间持续升高，随着煤屑被不断冲出，圆环裂缝不断扩展，割缝压力下降；并重复此振荡过程；
[0062]
(3)波浪型。为一个割缝成熟区域向另一个未割缝区域转移的过程中出现割缝液压力的起伏，多个割缝系统转化形成后即表征为割缝液压力的波浪形态；波浪型压力曲线可作为多裂缝扩展产生的一种判识依据。
[0063]
裂隙发育评价系统模块内置割缝三种模型曲线按照实时监控程序监测压力曲线反推目前的割缝裂隙发育状态。整体割缝形态三种平衡型、振荡型、波浪形，利用割缝压力曲线反推整体裂隙发育状态分为三个阶段割缝裂隙扩展期、割缝扩展延缓期、割缝扩展成熟期，在系统中反馈评价。逻辑关系以钻孔动态评价主导。
[0064]
钻孔割缝状态动态评价系统针对泵源输出端口的流量稳定性、是否发生流量突变、累计割缝水量参数进行综合分析，动态评价为三状态：
[0065]
(1)正常割缝状态流量相对稳定、不发生流量突变(设定流量变化量临界值
△
q)、累计割缝水量未达到预设值(q)，此时动态反馈为正常割缝，累计到达割缝水量(q)时自动停止割缝；
[0066]
(2)割缝流量发生突变(设定流量变化量临界值
△
q)、累计割缝水量未达到预设值，此时动态反馈为停止割缝，检查水泵管路或割缝系统是否存在大面积漏水情况；
[0067]
(3)割缝状态流量相对稳定、未发生流量突变(设定流量变化量
△
q)、累计割缝水量达到预设值(q)，此时动态反馈为割缝完成；
[0068]
(4)割缝状态流量相对稳定、未发生流量突变，未达到设计注水量但相邻压力传感器识别稳定压降及出水状态时认定为已割穿，停止相邻两个割缝系统孔供水，依次直到其它割缝全部完成；
[0069]
流量变化量临界值与割缝射流压力相关；射流压力/mpa和出口流量临界值
△
q/(l/min)关系如表1：
[0070]
表1
[0071][0072]
割缝水量预设值(q)：确定割缝压力时，临界流量乘以割缝时间，加上总量10％的富余系数。
[0073]
所述割缝水量、割缝水压大小、割缝间距、钻孔间距、旋转速度、割缝时间参数计算步骤如下：
[0074]
(1)数值模拟法
[0075]
钻孔围岩应力场数值模拟建立模型(软件可选用mohr-coulomb、flac3d等)，模型参数需设置为煤岩密度、体积模量、剪切模量、内聚力、内摩擦角、抗拉强度、垂直应力等基础物理参数，基础参数选择一般用实验室测定或固定经验值。
[0076]
利用数值模拟结合超高压水力割缝技术影响因素，分析不同射流压力、割缝间距、割缝钻孔间距及割缝方式等参数条件下煤层应力演化特征得出最优的一组割缝水压大小、割缝间距、钻孔间距参数。割缝水量根据割缝喷嘴孔径(通常选用2.5mm)、割缝压力、割缝时间计算得出(割缝水量预设值(q)：确定割缝压力时，临界流量乘以割缝时间，加上总量10％的富余系数)。旋转速度、割缝时间参数根据煤样地面割缝试验得出。
[0077]
(2)经验公式法
[0078]
割缝深度：
[0079]
d0为喷嘴直径，m。p为水泵驱动压力，mpa。ρw、ρc为水和煤的密度；cw、cc为水和煤中应力波传播速度。煤体受到水锤压力为pw，射流液柱受到反作用力为pc，μ为动力黏性系数；υ为水的运动黏性系数。σ1、σ2、σ3由煤体试验得出。σ
1-μ(σ2+σ3)≥σ
t
为极限值材料断裂的判定条件。超高压水射流割缝深度预测模型x为：
[0080][0081]
割缝压力：
[0082]
采用量纲分析法计算得出了割缝压力与临界排渣量的关系：
[0083][0084]
p为喷嘴出口的动压，pa；a为表征煤体颗粒形状因素等的综合因素；t0落煤速度/(t/min)
[0085]
割缝间距：割缝钻孔间隔一般根据煤层的透气性系数决定，一般间隔距离需要现场考察得出或由数值模拟得出。
[0086]
割缝时间参数根据煤样地面割缝试验得出，通过每个“圆环”周期小于25min。割缝水量根据割缝喷嘴孔径(通常选用2.5mm)、割缝压力、割缝时间计算得出。旋转速度：主要根据坚固性系数、割缝压力综合确定。一般坚固性系数在0.4左右，割缝压力80mpa，钻杆转速在80r/min；坚固性系数在0.8左右，割缝压力90mpa，钻杆转速在40r/min；
[0087]
根据目前试验经验：
[0088]
对于坚固性系数在0.4左右的煤层，在割缝压力80mpa的情况下，钻杆转速在40r/min时的平均落煤速度为0.145t/min，钻杆转速在60r/min时的平均落煤速度为0.130t/min，钻杆转速在80r/min时的平均落煤速度为0.104t/min。可看出在煤层坚固性系数及割缝压力一定的情况下，钻杆旋转速度越小割缝落煤量越大。且在钻杆旋转速度40r/min时，钻孔排渣不畅堵孔严重；在钻杆旋转速度60r/min时，堵孔现象得到一定缓解；当钻杆旋转速度增大到80r/min后，煤渣颗粒基本能顺利排出孔外。
[0089]
对于坚固性系数0.8煤层，在割缝压力90mpa，钻杆转速在40r/min平均落煤速度为0.077t/min，钻杆转速在60r/min平均落煤速度为0.065t/min，钻杆转速在80r/min平均落煤速度为0.053t/min。由于煤层硬度相对较大，割缝落煤量较少，煤渣颗粒在不同转速下均能顺利排出孔外。
[0090]
针对坚固性系数较小软煤层，在割缝过程中应选用较快的钻杆旋转速度，钻杆旋转速度的增大一方面能降低超高压水射流对煤体的冲击能力，减少落煤量，另一方面旋转速度的增大能增加钻杆外螺纹的辅助排渣能力。而针对坚固性较大的硬煤煤层，由于煤层本身硬度较大割缝落煤量较小，煤渣颗粒均能顺利排出孔外，则应选用较慢的钻杆旋转速度，从而增加割缝落煤效率。
[0091]
由试验数据图6知：ⅰ区域为堵孔易发区，当所选择压力在ⅰ区域时钻孔内落煤量过大，落煤量大于临界排渣量，极易发生堵孔现象，在钻孔割缝过程中需要控制水力割缝压力，调整割缝落煤速度，加快钻杆旋转速度，进而实现该情况下的成功割缝及排渣；当压力
选择在ⅱ区域内时，落煤量小于临界排渣量，既能达到预期的割缝效果，钻孔中煤渣也能顺利排出。所以在割缝工艺参数选择时，应选择ⅱ区域内的割缝压力，既能保证煤层最佳割缝效果，又能保证割出的煤渣在水和螺旋钻杆共同作用下顺利排到孔口，达到更好的卸压增透效果。
[0092]
在需要割缝区域(穿层或顺层)30m施工4-6个孔径为95-113mm的割缝钻孔，钻孔施工深度根据现场具体条件确定。割缝泵组采用kfsl100-113单泵或双泵并联作业，(或其它型号泵组但必须采用同一种型号泵组单泵或双泵(并联)作业)。割缝钻孔系统采用水压伸缩或伸展后开启割缝调试试机开启割缝作业，根据煤层软硬程度、地应力大小等参数设定设定割缝注水量、割缝水压大小、割缝间距、旋转速度、割缝时间等参数进行自动作业，作业完成待停机后关闭孔口的阀门，对割缝系统进行伸缩，此时可以拆卸高压旋转水尾，移动所有设备进行下一组并行割缝。一次作业影响范围30～80m(具体由钻孔间隔决定)。示意图如图4-5所示。
[0093]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

技术特征：
1.一种井下智能化多孔段并行动态割缝系统，其特征在于：包括分流缸体，所述分流缸体一端设有m个泵源输入端口，另一端设有n个泵源输出端口，n>m，每个泵源输入端口上设有输入监控模块，每个泵源输出端口上设有输出监控模块；还包括显示控制台、逻辑模块，所述显示控制台对逻辑模块进行配置参数，从而对输入监控模块和输出监控模块发送命令，控制各泵源输入端口和泵源输出端口的开启和关闭；所述输出监控模块还用于实时监测对应钻孔的割缝状态，并反馈给逻辑模块；所述逻辑模块还用于对各钻孔裂隙发育及对各钻孔割缝工作状态进行动态评价，并根据结果动态智能调控各钻孔割缝配置参数。2.根据权利要求1所述的井下智能化多孔段并行动态割缝系统，其特征在于：所述钻孔的割缝状态包括钻孔的泵源输出流量大小和的压力大小。3.根据权利要求1所述的井下智能化多孔段并行动态割缝系统，其特征在于：所述逻辑模块实时监测钻孔泵源输出压力曲线，并与三种割缝模型曲线进行对比，从而反推出当前的割缝发育状态；所述割缝模型曲线包括压力平衡型、压力振荡型、波浪型；所述压力平衡型为割缝孔出压力持续升高，然后稳定在工作区域，对预定的半径进行割缝，最终形成圆环裂缝；所述压力振荡型为当煤层内割缝液压力达到一定程度后，形成对割缝孔包围状态，压力在一段时间持续升高，随着煤屑被不断冲出，圆环裂缝不断扩展，割缝压力下降；并重复此振荡过程；所述波浪型为一个割缝成熟区域向另一个未割缝区域转移的过程中出现割缝液压力的起伏，多个割缝系统转化形成后即表征为割缝液压力的波浪形态；所述割缝裂隙发育状态包括割缝裂隙扩展期、割缝扩展延缓期、割缝扩展成熟期。4.根据权利要求1所述的井下智能化多孔段并行动态割缝系统，其特征在于：所述逻辑模块针对泵源输出端口的流量稳定性、是否发生流量突变、累计割缝水量参数进行综合分析，动态评价为以下状态：(1)设定流量变化量临界值
△
q，正常割缝状态流量相对稳定、不发生流量突变、累计割缝水量未达到预设值q，此时动态反馈为正常割缝，累计到达割缝水极限值材料断裂的判定条件量q时自动停止割缝；(2)割缝流量发生突变、累计割缝水量未达到预设值q，此时动态反馈为停止割缝，检查水泵管路或割缝系统是否存在大面积漏水情况；(3)割缝状态流量相对稳定、未发生流量突变、累计割缝水量达到预设值q，此时动态反馈为割缝完成；(4)割缝状态流量相对稳定、未发生流量突变，未达到设计注水量但相邻压力传感器识别稳定压降及出水状态时认定为已割穿，停止相邻两个割缝系统孔供水，依次直到其它割缝全部完成；流量变化量临界值与割缝射流压力相关；射流压力和流量变化量临界值
△
q关系如下：射流压力为0～40mp时，
△
q为82l/min；射流压力为40～50mp时，
△
q为92l/min；射流压力为5～90mp时，
△
q为120l/min；射流压力为90～100mp时，
△
q为130l/min；累计割缝水量未达到预设值q为确定割缝压力时，临界流量乘以割缝时间，加上总量
10％的富余系数。5.根据权利要求1所述的井下智能化多孔段并行动态割缝系统，其特征在于：所述割缝水量、割缝水压大小、割缝间距、钻孔间距、旋转速度、割缝时间参数计算步骤如下：钻孔围岩应力场数值模拟建立模型，模型参数设置为基础物理参数，包括煤岩密度、体积模量、剪切模量、内聚力、内摩擦角、抗拉强度、垂直应力，基础物理参数数值用实验室测定或固定经验值；利用数值模拟结合超高压水力割缝技术影响因素，分析不同射流压力、割缝间距、割缝钻孔间距及割缝方式条件下煤层应力演化特征，得出最优的一组割缝水压大小、割缝间距、钻孔间距参数；割缝水量根据割缝喷嘴孔径、割缝压力、割缝时间计算得出；旋转速度、割缝时间参数根据煤样地面割缝试验得出。6.根据权利要求1所述的井下智能化多孔段并行动态割缝系统，其特征在于：割缝深度计算预测模型x为：其中d0为喷嘴直径，m，p为水泵驱动压力，mpa；ρ
w
、ρ
c
为水和煤的密度；c
w
、c
c
为水和煤中应力波传播速度，煤体受到水锤压力为p
w
，射流液柱受到反作用力为p
c
，μ为动力黏性系数；υ为水的运动黏性系数，σ1、σ2、σ3由煤体试验得出；σ
1-μ(σ2+σ3)≥σ
t
为极限值材料断裂的判定条件；采用量纲分析法计算得出割缝压力与临界排渣量的关系：p为喷嘴出口的动压，pa；a为表征煤体颗粒形状因素的综合因素；t0落煤速度/(t/min)；割缝间距：割缝钻孔间隔根据煤层的透气性系数决定，间隔距离根据现场考察得出或由数值模拟得出；割缝时间参数根据煤样地面割缝试验得出，通过每个“圆环”周期小于25min；割缝水量根据割缝喷嘴孔径、割缝压力、割缝时间计算得出；旋转速度根据坚固性系数、割缝压力综合确定；坚固性系数为0.4，割缝压力为80mpa，钻杆转速为80r/min；坚固性系数为0.8，割缝压力为90mpa，钻杆转速为40r/min。7.一种井下智能化多孔段并行动态割缝施工方法，其特征在于：包括以下步骤：s1：在需要割缝区域间隔一定距离施工多个割缝钻孔，其中多组割缝系统在水压作用下伸展到达需要割缝钻孔的顶端开始倒退式割缝，割缝间隔、割缝水压大小、割缝器旋转速度、都与煤体的软硬程度有关，钻孔施工深度根据现场具体条件确定；s2：开启割缝调试试机开启割缝作业，根据煤层软硬程度、地应力大小、煤层渗透性参
数设定割缝注水量、割缝水压大小、割缝间距、旋转速度、割缝时间参数进行自动作业；s3：作业完成待停机后，对整组割缝系统进行关闭，伸缩至孔口退出钻孔，此时拆卸旋转高压水尾，移动所有设备进行下一组并行割缝。8.根据权利要求7所述的井下智能化多孔段并行动态割缝施工方法，其特征在于：在需要割缝区域30m施工4-6个孔径为94-113mm的割缝钻孔；割缝钻孔间隔需根据现场条件确定，中等硬度煤层割缝半径1.5～2.0m，切割缝槽宽度2～6cm；顺层钻孔割缝孔深10～100m，穿层钻孔割缝孔深10～10m；最大工作压力100mpa，成套装置承压150mpa，设备连接处均有二次防护。9.根据权利要求7所述的井下智能化多孔段并行动态割缝施工方法，其特征在于：割缝泵组采用同一种型号泵组单泵或双泵并联作业。10.根据权利要求7所述的井下智能化多孔段并行动态割缝施工方法，其特征在于：在每个割缝系统钻孔都布置压力、流量传感器，设置同步或差异化割缝，包括割缝注水量、割缝水压大小、割缝间距、旋转速度、割缝时间参数。

技术总结
本发明涉及一种井下智能化多孔段并行动态割缝系统，属于煤层气抽采领域，包括分流缸体，所述分流缸体一端设有M个泵源输入端口，另一端设有N个泵源输出端口，N>M，每个泵源输入端口上设有输入监控模块，每个泵源输出端口上设有输出监控模块；还包括显示控制台、逻辑模块，所述显示控制台对逻辑模块进行配置参数，从而对输入监控模块和输出监控模块发送命令，控制各泵源输入端口和泵源输出端口的开启和关闭；所述输出监控模块还用于实时监测对应钻孔的割缝状态，并反馈给逻辑模块；所述逻辑模块还用于对各钻孔裂隙发育及对各钻孔割缝工作状态进行动态评价，并根据结果动态智能调控各钻孔割缝配置参数。还涉及一种施工方法。各钻孔割缝配置参数。还涉及一种施工方法。各钻孔割缝配置参数。还涉及一种施工方法。


技术研发人员：张兆一 王振 李良伟 贾泉敏 申凯 江万刚 李日富 王波 郭恒 王亚洲 刘文 贾文明 唐建平 刘铮
受保护的技术使用者：中煤科工集团重庆研究院有限公司
技术研发日：2023.06.06
技术公布日：2023/8/13