[發明專利]投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置以及增滲方法

在審

• 申請號: 202010034883.3
• 申請日: 2020-01-13
• 公開（公告）號: CN111088992A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 李艷增;許幸福;張天明;王耀鋒;張利軍;薛偉超;張超;王春光;黃鶴;石永生
• 申請（專利權）人: 煤科集團沈陽研究院有限公司;山西潞安環保能源開發股份有限公司漳村煤礦
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/26;E21B43/114;E21B43/119;E21B7/18;E21B7/28
• 代理公司: 沈陽易通專利事務所 21116
• 代理人: 王建男;于麗麗

1.投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，其特征在于：包括鉆頭、高壓密封鉆桿、液壓鉆機、高壓旋轉接頭、超高壓管匯和高壓水力泵站，所述鉆桿安裝于液壓鉆機并由液壓鉆機驅動軸向轉動，所述鉆頭固定于鉆桿前端；所述高壓管匯通過旋轉接頭連接于鉆桿后端，所述高壓管匯連接高壓水力泵站和通過高壓旋轉接頭連接鉆桿尾端，用于通過高壓密封鉆桿向鉆頭輸送高壓水，所述鉆頭柄部沿徑向對稱安裝多個水射流噴嘴，通過是否投放密封球來控制水射流噴嘴的出口壓力，進而實現低壓鉆進、中壓擴孔和高壓割縫的功能。

2.根據權利要求1投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，其特征在于：所述鉆頭包括包括密封球、鉆頭冠部和鉆頭柄部，所述鉆頭冠部連接在鉆頭柄部的前端，所述鉆頭冠部和鉆頭柄部具有由鉆頭冠部內部到鉆頭柄部內部連續貫通的通道，該通道的前端開口位置位于鉆頭冠部內并形成出水口，所述通道的內部設有密封座，所述密封座和鉆頭柄部后端之間段設有若干個水射流噴嘴；在第一狀態時，所述出水口和所述水射流噴嘴均與通道后端連通；所述密封球投放到通道內后抵接在密封座上并封閉通道的中部并形成第二狀態，在第二狀態時，所述出水口與所述通道后端相對封閉，僅使水射流噴嘴與通道后端連通，并使水射流噴嘴增壓。

3.根據權利要求2投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，其特征在于：所述密封座朝向通道尾端的端面為球形凹槽，該球形凹槽與所述密封球表面曲率相匹配。

4.根據權利要求2投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，其特征在于：密封座為軟質密封材料制成的座。

5.根據權利要求2投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，其特征在于：所述密封球采用聚苯并咪唑和聚醚醚酮為主體材料制成的球體，密封球的密度為1.5～2.0g/cm³，耐壓70MPa。

6.根據權利要求2投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，其特征在于：所述水射流噴嘴采用絲扣方式內嵌在鉆頭柄部。

7.根據權利要求6投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，其特征在于：所述水射流噴嘴為旋轉射流噴嘴、圓射流噴嘴、直旋混合射流噴嘴的一種或者幾種的組合，水射流噴嘴數量不少于2個；所述水射流噴嘴的徑向對稱安裝是錯位對稱或同位對稱。

8.根據權利要求2投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，其特征在于：所述鉆頭冠部裝有多個沿主軸方向排列的刀頭，且若干刀頭成爪狀結構，所述出水口開設在爪狀結構的中心位置。

9.根據權利要求1投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，其特征在于：所述鉆頭尾部與高壓密封鉆桿之間采用雙重密封連接，耐壓70MPa；所述出水口能夠伸入專用工具將密封球與密封球座分開；所述高壓密封鉆桿的內部通徑固定不變，通徑比密封球直徑大2-10mm；所述高壓旋轉接頭的出水口與高壓密封鉆桿的母接頭采用雙重密封連接，進水口與超高壓管匯連接，耐壓70MPa；所述超高壓管匯連接處裝有防護裝置；所述高壓水力泵站額定流量125L/min，額定壓力70MPa。

10.投球式高壓水力鉆割一體化增滲方法，使用如權利要求1-9任一項投球式高壓水力鉆割一體化增滲裝置，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1、接入低壓水，施工穿層鉆孔或者順層鉆孔至設計位置后，從高壓密封鉆桿上卸掉高壓旋轉接頭，投入密封球至高壓密封鉆桿內后裝好高壓旋轉接頭；

步驟2、開啟高壓水力泵站，密封球在高壓水帶動下經高壓密封鉆桿進入鉆頭后與密封球座緊密接觸封堵鉆頭出水口，此時高壓水射流直接由水射流噴嘴徑向噴出，開始割縫或擴孔工作；

步驟3、當割縫及擴孔完成一定長度后，通過減少高壓密封鉆桿以后退方式完成整個鉆孔的割縫或擴孔作業；

步驟4、卸下鉆頭，利用專用工具經出水口將密封球與密封球座分開，然后開展下一鉆孔的鉆割一體化作業。