[發(fā)明專利]一種深部低滲透高瓦斯煤層鉆-割-封-壓鉆孔設(shè)備及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010085632.8
• 申請日: 2020-02-11
• 公開（公告）號: CN111088993B
• 公開（公告）日: 2020-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王剛;劉志遠;程衛(wèi)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(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 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(lǐng)創(chuàng)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(shè)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(tǒng)、高壓水動力系統(tǒng)、水壓分級控制系統(tǒng)和壓裂封堵控制系統(tǒng)；

所述鉆孔控制系統(tǒng)調(diào)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(tǒng)提供壓力在0-50MPa之間的高壓水，所述水壓分級控制系統(tǒng)調(diào)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(tǒng)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(shè)備安設(shè)在工作面前方；

步驟B.檢查鉆孔控制系統(tǒng)、高壓水動力系統(tǒng)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(tǒng)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(guān)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(guān)閉，割縫水壓控制閥關(guān)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(jù)權(quán)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(tǒng)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(diào)整鉆頭鉆桿的鉆進方向，鉆進速度控制單元調(diào)整鉆機的轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)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(shè)置有濕式鉆桿出水口，沿鉆桿的長度方向從鉆頭側(cè)開始依次設(shè)置有割縫出水口、水力壓裂出水口和封孔膠囊。

4.根據(jù)權(quán)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(tǒng)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(shè)置有溢流閥。

5.根據(jù)權(quán)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(tǒng)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(jù)權(quán)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(tǒng)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(jù)權(quán)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(tǒng)調(diào)整水壓并提供相應(yīng)壓力的高壓水。

8.根據(jù)權(quán)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(diào)整，鉆頭側(cè)的割縫出水口距離封孔膠囊5-15m；水力壓裂出水口設(shè)置在封孔膠囊和割縫出水口之間。

9.根據(jù)權(quán)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(shè)置1-3個割縫出水口和割縫水壓控制閥，在同一鉆孔內(nèi)施工1-3道割縫。