[發明專利]一種用于松軟煤層的鉆孔、解卡和致裂一體裝置及方法

有效

• 申請號: 202210113980.0
• 申請日: 2022-01-30
• 公開（公告）號: CN114508336B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 蔡承政;鄒增信;高峰;王建國;翟成;楊玉貴;陶志祥;封胤镕
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: E21B43/26
• 分類號: E21B43/26;E21B7/18;E21B7/00;E21B21/16;E21B31/03
• 代理公司: 徐州蘇越知識產權代理事務所(普通合伙) 32543
• 代理人: 劉振祥

1.一種用于松軟煤層的鉆孔、解卡和致裂一體裝置，包括射流鉆頭(2)、鉆桿(3)和鉆機(4)；其特征在于，還包括第一套液氮罐組(6)、低溫泵(5)、第二套液氮罐組(7)和加熱器(8)；

所述射流鉆頭(2)安裝在鉆桿(3)的出口端；所述鉆桿(3)裝配在鉆機(4)上；

所述第一套液氮罐組(6)用于為液氮射流鉆孔提供射流介質，其由多個第一液氮罐組成；每個第一液氮罐上均連接有第一壓力傳感器，且其出口均連接有第一電磁閥；多個第一液氮罐的出口通過第一供氮管路(13)與低溫泵(5)的入口連接，低溫泵(5)的出口通過主供氮管路(15)與鉆桿(3)的入口連接；

所述第二套液氮罐組(7)用于液氮氣化解卡與相變致裂，其由多個第二液氮罐組成；每個第二液氮罐上均連接有第二壓力傳感器，且其出口均連接有第二電磁閥；多個第二液氮罐的出口通過第二供氮管路(14)與主供氮管路(15)連接；

所述加熱器(8)的數量與第二液氮罐的數量相同，且一一對應的設置，加熱器(8)對應的裝配在第二液氮罐的底部，用于對第二液氮罐內的液氮進行加熱。

2.根據權利要求1所述的一種用于松軟煤層的鉆孔、解卡和致裂一體裝置，其特征在于，還包括環形封堵塞(11)，所述環形封堵塞(11)套裝于鉆桿(3)的外部，用于實現鉆桿(3)與鉆孔(9)的密封連接。

3.根據權利要求1或2所述的一種用于松軟煤層的鉆孔、解卡和致裂一體裝置，其特征在于，還包括PLC控制器，所述PLC控制器分別與第一壓力傳感器、第一電磁閥、第二壓力傳感器、第二電磁閥、低溫泵(5)和加熱器(8)連接。

4.一種用于松軟煤層的鉆孔、解卡和致裂一體方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：準備工作；對煤層(1)進行地質探測，確定煤層(1)高瓦斯壓力區域，然后根據煤層(1)內瓦斯分布情況以及煤層(1)地質參數，確定煤層(1)鉆孔位置和增透改造的區域；

步驟二：布置施工裝備；在巖巷內布置鉆孔、解卡和致裂一體裝置，所述鉆孔、解卡和致裂一體裝置由第一套液氮罐組(6)、低溫泵(5、)第二套液氮罐組(7)、加熱器(8)、射流鉆頭(2)、鉆桿(3)和鉆機(4)構成；第一套液氮罐組(6)用于為液氮射流鉆孔提供射流介質，其由多個第一液氮罐組成，多個第一液氮罐的出口通過第一供氮管路(13)與低溫泵(5)的入口連接；低溫泵(5)的出口通過主供氮管路(15)與鉆桿(3)的入口連接；第二套液氮罐組(7)用于液氮氣化解卡與相變致裂，其由多個第二液氮罐組成，多個第二液氮罐的出口通過第二供氮管路(14)與主供氮管路(15)連接；多個加熱器(8)一一對應的裝配于第二套液氮罐組(7)的底部；射流鉆頭(2)安裝在鉆桿(3)的出口端；鉆桿(3)裝配在鉆機(4)上；

步驟三：液氮射流鉆孔；打開第一套液氮罐組(6)上的各個第一電磁閥，并啟動低溫泵(5)，使第一套液氮罐組(6)輸出的液氮經低溫泵(5)加壓后由鉆桿(3)輸送到射流鉆頭(2)中，在射流鉆頭(2)噴嘴節流作用下形成高速液氮射流作用于煤層(1)；利用液氮射流高速沖擊與低溫致裂作用，使煤層(1)發生破碎，并形成一定尺寸孔眼；在液氮射流鉆孔過程中，使用鉆機(4)推動鉆桿(3)向前移動，保證液氮射流前方的煤層(1)始終處于液氮射流的有效破巖范圍內，并在煤層(1)內形成具有一定形狀和長度的鉆孔(9)，同時，使破碎的煤渣從鉆桿(3)與鉆孔(9)之間的環空隨液氮一同返排到巖巷內；

在液氮射流鉆孔過程中，若出現從煤體上脫落的大煤塊(10)導致卡鉆的情況，先將造成卡鉆的大煤塊(10)清除，然后再繼續進行液氮射流鉆孔作業，完成預定長度的鉆進作業；

步驟四：液氮相變致裂；當鉆孔(9)達到預定長度后，停止射流鉆孔作業，使用環形封堵塞(11)將鉆孔(9)入口進行封堵，在鉆桿(3)、射流鉆頭(2)與環空內形成一個密閉空間；依次打開第二套液氮罐組(7)底部的多個加熱器(8)，對多個第二液氮罐進行加熱，使多個第二液氮罐內壓力不斷升高，當各個第二液氮罐的壓力均超過煤層破裂壓力且低于巖層的破裂壓力時，依次打開第二套液氮罐組(7)中的各個第二電磁閥，利用此時液氮相變產生的高壓流體壓裂煤層(1)，并在煤層(1)內形成裂縫(12)。