[發明專利]一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔設備及方法

有效

• 申請號: 202010085632.8
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111088993B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發明（設計）人: 王剛;劉志遠;程衛民;秦相杰;范酒源;孫路路;劉震;倪冠華;于巖斌;劉義鑫;黃啟銘
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: E21F7/00
• 分類號: E21F7/00;E21B43/26;E21B7/02;E21B7/04;E21B15/04;E21B21/00;E21B33/127
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 張凱

1.一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔方法，利用一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔設備，包括水箱、高壓水管、高壓泵、溢流閥、鉆頭、鉆桿、封孔膠囊和控制閥；其特征在于，具有鉆孔控制系統、高壓水動力系統、水壓分級控制系統和壓裂封堵控制系統；

所述鉆孔控制系統調整鉆孔鉆桿的鉆進方向和鉆桿供水水壓，所述高壓水動力系統提供壓力在0-50MPa之間的高壓水，所述水壓分級控制系統調整鉆進沖刷鉆屑的水壓小于5MPa，垂直于鉆桿長度方向割縫用的水壓為25-35MPa，封孔膠囊的封孔水壓為35-40MPa，煤層水力壓裂的卸壓增透用水壓為40-50MPa；所述壓裂封堵控制系統對封孔和水力壓裂施工進行控制；

步驟包括：

步驟A.確定需要進行瓦斯抽采的煤層，深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔設備安設在工作面前方；

步驟B.檢查鉆孔控制系統、高壓水動力系統工作情況，檢查濕式鉆桿水壓控制閥、割縫水壓控制閥、膠囊封孔水壓控制閥和水力壓裂控制閥的開閉；

步驟C.施工鉆孔，鉆頭鉆桿沿鉆進方向鉆孔，鉆孔控制系統實時修正鉆孔角度，鉆進過程中，濕式鉆桿水壓控制閥打開，鉆頭上的濕式鉆桿出水口提供小于5MPa的水沖刷鉆孔；

步驟D.割縫施工，鉆桿和鉆頭留置在鉆孔中，濕式鉆桿水壓控制閥關閉，割縫水壓控制閥打開，割縫出水口提供水壓為25-35MPa的高壓水割縫；

步驟E.水力壓裂施工,鉆桿和鉆頭留置在鉆孔中，濕式鉆桿水壓控制閥關閉，割縫水壓控制閥關閉，膠囊封孔水壓控制閥打開，封孔膠囊充35-40MPa的高壓水完成封孔；封孔后，水力壓裂控制閥打開，40-50MPa的高壓水從水力壓裂出水口對煤體進行水力壓裂。

2.根據權利要求1所述的一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔方法，其特征在于，所述鉆孔控制系統包括鉆孔角度控制單元、鉆進速度控制單元和鉆孔角度修正控制單元，所述鉆孔角度控制單元調整鉆頭鉆桿的鉆進方向，鉆進速度控制單元調整鉆機的轉速和推進力，所述鉆孔角度修正控制單元對鉆孔的鉆進方向進行實時修正。

3.根據權利要求2所述的一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔方法，其特征在于，所述鉆頭上設置有濕式鉆桿出水口，沿鉆桿的長度方向從鉆頭側開始依次設置有割縫出水口、水力壓裂出水口和封孔膠囊。

4.根據權利要求1所述的一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔方法，其特征在于，所述高壓水動力系統包括水箱、高壓泵、溢流閥和高壓水管，高壓泵泵送來自水箱的水，高壓泵通過高壓水管輸送高壓水，高壓水管的上游設置有溢流閥。

5.根據權利要求1所述的一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔方法，其特征在于，所述水壓分級控制系統的控制閥包括濕式鉆桿水壓控制閥、割縫水壓控制閥、膠囊封孔水壓控制閥和水力壓裂控制閥，所述濕式鉆桿水壓控制閥水壓小于5MPa時開啟，割縫水壓控制閥在水壓為25-35MPa時開啟，膠囊封孔水壓控制閥在水壓為35-40MPa時開啟，水力壓裂控制閥在水壓為40-50MPa時開啟。

6.根據權利要求1所述的一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔方法，其特征在于，所述壓裂封堵控制系統包括封孔膠囊和水力壓裂出水口，所述封孔膠囊充水封堵鉆孔后，水力壓裂出水口出水壓裂煤體。

7.根據權利要求1所述的一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔方法，其特征在于，所述施工鉆孔、割縫施工和水力壓裂施工過程中高壓水動力系統調整水壓并提供相應壓力的高壓水。

8.根據權利要求1所述的一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔方法，其特征在于，所述割縫出水口與鉆頭之間的距離為1-2m；割縫出水口與封孔膠囊之間的距離通過連接鉆桿調整，鉆頭側的割縫出水口距離封孔膠囊5-15m；水力壓裂出水口設置在封孔膠囊和割縫出水口之間。

9.根據權利要求1所述的一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔方法，其特征在于，所述鉆桿上設置1-3個割縫出水口和割縫水壓控制閥，在同一鉆孔內施工1-3道割縫。