CN114575745B - 煤层气开采钻头及其开采方法和具有开采钻头的开采系统 - Google Patents

煤层气开采钻头及其开采方法和具有开采钻头的开采系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤层气开采钻头及其开采方法和具有开采钻头的开采系统，开采钻头包括依次连接的高压泵站、水辫、定向钻杆、转向器和水钻钻头，所述水钻钻头包括：水钻本体，其内部具有沿着其延伸方向开设的第一通道，所述第一通道具有第一端和第二端，所述第一端通过高压泵站与外部水源相连通，所述第二端延伸至水钻本体的端头处；还包括：开设于所述水钻本体内部且沿着其延伸方向延伸的多个第二通道，每个所述第二通道具有第三端和第四端，所述第三端通过高压泵站与液氮源或热水源相连通，所述第四端由所述水钻本体的外周壁穿出。该开采钻头实现了钻孔和增加渗透率同时施工的难题，大大降低了施工成本与钻进耗时，提高了钻孔钻进效率。

Description

煤层气开采钻头及其开采方法和具有开采钻头的开采系统
技术领域
本发明涉及煤矿设备领域，尤其涉及一种煤层气开采钻头及其开采方法和具有开采钻头的开采系统。
背景技术
在煤层气开采中，致裂效果以及效率往往是扮演者非常重要的角色。致裂效果和效率的好坏不仅影响着煤层气最后的产量还影响着煤层气开采的成本，是目前大多数煤层气开采项目中主要关心的问题。因此，能否高效的打孔和致裂是影响煤层气开采的关键因素。目前传统的煤层气开采是先用金属钻头进行钻孔，然后再移除钻孔机，之后再进行致裂，这样的开采往往是单一钻头的开采，效率是非常慢的，而且致裂效果还不好，大大影响了煤层气开采的成本和产量。
发明内容
本方案针对上文提出的问题和需求，提出一种激光导管，由于采取了如下技术特征而能够实现上述技术目的，并带来其他多项技术效果。
本发明的一个目的在于提出一种煤层气开采钻头，包括依次连接的高压泵站、水辫、定向钻杆、转向器和水钻钻头，所述水钻钻头包括：
水钻本体，其内部具有沿着其延伸方向开设的第一通道，所述第一通道具有第一端和第二端，所述第一端通过高压泵站与外部水源相连通，所述第二端延伸至水钻本体的端头处；还包括：
开设于所述水钻本体内部且沿着其延伸方向延伸的多个第二通道，每个所述第二通道具有第三端和第四端，所述第三端通过高压泵站与液氮源或热水源相连通，所述第四端由所述水钻本体的外周壁穿出。
在本发明的一个示例中，所述水钻钻头还包括：第一通断阀，
安装在所述第一通道内，配置为外部水源在所述第一端朝向所述第二端方向上的通断。
在本发明的一个示例中，所述水钻钻头还包括：第二通断阀，
安装在第二通道内，配置为液氮或者热水在所述第三端朝向所述第四端方向上的通断。
在本发明的一个示例中，所述水钻钻头还包括：控制器，
所述控制器与所述第一通断阀、所述第二通断阀分别耦接，用于控制所述第一通断阀和所述第二通断阀独立或者同步导通。
在本发明的一个示例中，所述水钻钻头还包括：温度传感器，
所述温度传感器安装在水钻本体的外壁上，且与所述控制器相耦接，用于检测煤层的温度信息并传输至所述控制器，并由所述控制器控制所述第一通断阀、所述第二通断阀执行相应的动作指令；
所述动作指令包括：
当水钻钻头在煤层中钻取指定的深度时，由控制器控制与热水源相连通的第二通道内的第二通断阀导通；
当所述温度传感器实时检测周围煤层的温度信息并在温度信息上升到第一阈值温度时，所述控制器控制与热水源相连通的第二通道内的第二通断阀关闭；
所述控制器控制转向器带动所述水钻钻头转动使得与液氮源相连通的第二通道与该煤层位置对应，并控制与液氮源相连通的第二通道内的第二通断阀导通；
当所述温度传感器检测周围煤层的温度信息并在温度信息下降到第二阈值温度时，所述控制器控制与液氮源相连通的第二通道内的第二通断阀关闭。
在本发明的一个示例中，所述第二通道包括四个且沿着所述水钻本体的周向方向等间隔设置；其中，多个所述第二通道沿着周向方向依次交替与热水源或液氮源相连通。
在本发明的一个示例中，所述第一通道、所述第二通道的内壁上均具有隔热层。
在本发明的一个示例中，所述第二通道的第四端由所述水钻本体的外周壁穿出的方向垂直于水钻本体的延伸方向。
本发明的另一个目的在于提出一种具有上述所述的煤层气开采钻头的开采方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10：由水钻钻头向煤层内钻孔，同时由高压泵站对外部冷却水进行加压并沿着第一通道喷向水钻本体的端头处，且在水钻钻头在煤层中钻取指定的深度时，水钻钻头停止打孔，外部水源停止向第一通道供给；
S20：由热水源向第二通道内的供给热水，热水经由第四端向煤层内注入，该煤层周围的温度上升至第一阈值温度时，停止热水源向第二通道内供给热水；
S30：由转向器控制水钻钻头转向使得与液氮源相连通的第二通道与步骤S20中的煤层位置对应，并由液氮源相第二通道内供给液氮，液氮经由第四端向该煤层内注入，该煤层周围温度下降至第二阈值温度时，停止液氮源相第二通道内供给液氮；
S40：重复上述步骤S20至S30多次，水钻钻头继续向煤层钻孔，同时由外部冷却水向第一通道内供给冷却水；
S50：在水钻钻头打孔过程中，每隔指定煤层深度重复上述步骤S10至S40，直至打孔完成。
本发明的再一个目的在于提出一种煤层气开采系统，包括：
多个如上述所述的煤层气开采钻头，所述开采钻头沿着横向方向和纵向方向阵列设置。
下文中将结合附图对实施本发明的最优实施例进行更加详尽的描述，以便能容易理解本发明的特征和优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下文中将对本发明实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本发明的一些实施例，而非将本发明的全部实施例限制于此。
图1为根据本发明实施例的煤层开采钻头的结构示意图；
图2为根据本发明实施例的水钻本体的内部结构示意图；
图3为图2中A-A向剖视图；
图4为根据本发明实施例的煤层开采钻头的控制结构示意图；
图5为根据本发明实施例的开采系统工作时热水或液氮的流向示意图。
附图标记列表：
煤层200；
开采钻头100；
高压泵站10；
水辫20；
定向钻杆30；
转向器40；
水钻钻头50；
水钻本体51；
第一通道52；
第一端521；
第二端522；
第二通道53；
第三端531；
第四端532；
第一通断阀54；
第二通断阀55；
控制器56；
第一集成器561；
第二集成器562；
计算机563；
温度传感器57；
隔热层58；
喷头59。
具体实施方式
为了使得本发明的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本发明具体实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。附图中相同的附图标记代表相同部件。需要说明的是，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不必然表示数量限制。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
根据本发明第一方面的一种煤层气开采钻头100，如图1至4所示，包括依次连接的高压泵站10、水辫20、定向钻杆30、转向器40和水钻钻头50，所述水钻钻头50包括：
水钻本体51，其内部具有沿着其延伸方向开设的第一通道52，所述第一通道52具有第一端521和第二端522，所述第一端521通过高压泵站10与外部水源相连通，所述第二端522延伸至水钻本体51的端头处；还包括：
开设于所述水钻本体51内部且沿着其延伸方向延伸的多个第二通道53，每个所述第二通道53具有第三端531和第四端532，所述第三端531通过高压泵站10与液氮源或热水源相连通，所述第四端532由所述水钻本体51的外周壁穿出。需要说明的是，这里连接的液氮源和热水源，是为了为向煤层中供应热水和液氮，通过热水和液氮的注入，可以极大的增强煤层的渗透性，提高煤层气的开采效率。
开采钻头100工作过程如下：首先，常温的冷却水经过高压泵站10的加压后变成高压水，高压水依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头50，由水钻本体51的第一端521进入第一通道52经由第二端522喷出，与水钻钻头50一起进行打孔；当水钻钻头50钻入煤层200指定的深度(一般钻取的深度为5m)时，水钻钻头50停止打孔同时外部水源停止供水；然后，热水源经过高压泵站10的加压后变成高压热水，高压热水依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头50，由水钻本体51的第三端531进入第二通道53经由第四端532喷出，高压热水对该煤层200周围进行加热，当煤层200 周围的温度上升到第一阈值温度时，热水源停止向第二通道53内供水；接着，通过转向器40旋转水钻本体51使得与液氮源相连通的第二通道53的第四端532与旋转之前与热水源相连通的第二通道53的第四端532所对应的煤层200位置重合；液氮源经过高压泵站10的加压后变成高压液氮，高压液氮依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头50，由水钻本体51的第三端531进入第二通道53经由第四端532喷出，高压液氮对该煤层200周围进行降温，当煤层200周围的温度下降至第二阈值温度时，液氮源停止向第二通道53内液氮；重复上述注入热水和液氮的过程多次；最后，外部水源继续向第一通道52内供水，与水钻钻头50一起继续打孔；水钻钻头50在煤层200中打孔的过程中，每隔指定煤层200深度(一般钻取的深度为5m)重复上述步骤直至打孔完成(一般钻取的深度为50m)；该开采钻头100实现了钻孔和增加渗透率同时施工的难题，大大降低了施工成本与钻进耗时，提高了钻孔钻进效率，降低工人劳动强度，提高煤矿瓦斯治理效率。
值得说明的是，液氮与热水之间循环注入所产生的温度有利于提高煤层200的渗透率，而且温差越大，对于提高渗透率越有利；再者，煤层200含水率越高，液氮循环次数越大，表面裂隙发育越明显，故而需要综合考虑煤层200的含水率以及液氮致裂次数才能取得良好的增透效果。
在本发明的一个示例中，第一通道52的第二端522、第二通道53的第四端532处均配置有喷头59，通过设置喷头59可以增加第一通道52和第二通道53向煤层200中的喷洒面积，从而便于提高钻孔效率和增加煤层200的渗透率。
在本发明的一个示例中，所述水钻钻头50还包括：第一通断阀54，
安装在所述第一通道52内，配置为外部水源在所述第一端521朝向所述第二端522方向上的通断；
作为优选地，所述第一通断阀54为单向通断阀，也就是说，外部水源只能从第一端521流向第二端522而不能从第二端522回流到第一端521，从而对开采钻头100起到保护的作用，而且通过设置第一通断阀54还可以对第一通道52起到截流和通流的控制，即在向煤层200中钻孔过程中需要注入外部冷却水时，第一通断阀54是打开的；在不需要注入外部冷却水时，第一通断阀54是关闭的。第一通断阀54可以随时控制水流的注入，水流的注射，一方面可以进行钻孔工作，另一方面可以提高煤层的含水率，有效的配合液氮的注入，使得煤层气的渗透率大大提高；第一通断阀54也可以有效的控制水流的钻孔过程，使得本发明更加的智能化，自动化。
在本发明的一个示例中，所述水钻钻头50还包括：第二通断阀55，
安装在第二通道53内，配置为液氮或者热水在所述第三端531朝向所述第四端532方向上的通断；
作为优选地，所述第二通断阀55为单向通断阀，也就是说，液氮源或者热水源只能从第三端531流向第四端532而不能从第四端532回流到第三端531，从而对开采钻头100起到保护的作用，而且通过设置第二通断阀55还可以对第二通道53起到截流和通流的控制，即在向煤层200中钻孔过程中需要注入热水源或者液氮源时，第二通断阀 55是打开的；在不需要注入热水源或者液氮源时，第二通断阀55是关闭的。第二通断阀55可以控制热水或液氮的注入，从而合理的控制液氮和热水对煤层的作用时间，以及控制煤层的温度，温差，从而达到液氮致裂的效果。相比较于传统的液氮致裂，通过热水和液氮的交替，对增加煤层气渗透性的效果更好，更高效。
在本发明的一个示例中，所述水钻钻头50还包括：控制器56，
所述控制器56与所述第一通断阀54、所述第二通断阀55分别耦接，用于控制所述第一通断阀54和所述第二通断阀55独立或者同步导通；
具体地，控制器56包括依次电连接的第一集成器561、第二集成器562和计算机563，其中第一通断阀54、第二通断阀55与第一集成器561相耦接，温度传感器57与第二集成器562相耦接；
工作时，先通过温度传感器57端头布置着光纤测温组件，通过温度传感器57附近温度的变化，导致光纤芯层光栅的栅距呈线性变化，从而引起光栅反射波长也随栅距的变化而线性变化，随后再将光栅反射波长解调成温度值信号，再传导至第二集成器562，并通过第二集成器562将温度值信号转换为数据，并将数据传递至计算机563；然后，计算机563通过反馈的数据，经过调整后，再将调整后的数据传递至第二集成器562，由第二集成器562将调整后的数据转换成信号至第一集成器561；最后，第一集成器561 通过传递的信号去控制第一通断阀54和第二通断阀55的闭合。
在本发明中第一通断阀54和第二通断阀55都是通过控制器56控制，在实际应用过程中，控制器56控制第一通断阀54和第二通断阀55更加智能化，通过计算机563 可以随时调节控制器56，然后控制器56再来控制第一通断阀54和第二通断阀55打开与闭合。在遇到突发情况时，比如发现前方出现水突问题时，本装置可以通过计算机563，控制第一通断阀54和第二通断阀55打开与闭合，进而控制本发明的工作，十分适合实际工作中的现场作业，大大提高了本发明的灵活性。
首先，由控制器56控制打开第一通断阀54和高压泵站10，常温的冷却水经过高压泵站10的加压后变成高压水，高压水依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头50，由水钻本体51的第一端521进入第一通道52经由第二端522喷出，与水钻钻头50一起进行打孔；当水钻钻头50钻入煤层200指定的深度(一般钻取的深度为5m)时，控制器56控制水钻钻头50停止打孔同时关闭第一通断阀54；然后，由控制器56控制打开与热水源相连通的第二通道53内的第二通断阀55和高压泵站10，热水源经过高压泵站10的加压后变成高压热水，高压热水依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头 50，由水钻本体51的第三端531进入第二通道53经由第四端532喷出，高压热水对该煤层200周围进行加热，当煤层200周围的温度上升到第一阈值温度时，控制器56控制第二通断阀55关闭；接着，控制器56控制转向器40旋转水钻本体51使得与液氮源相连通的第二通道53的第四端532与旋转之前与热水源相连通的第二通道53的第四端 532所对应的煤层200位置重合；由控制器56控制打开与液氮源相连通的第二通道53 内的第二通断阀55和高压泵站10，液氮源经过高压泵站10的加压后变成高压液氮，高压液氮依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头50，由水钻本体51的第三端531 进入第二通道53经由第四端532喷出，高压液氮对该煤层200周围进行降温，当煤层200周围的温度下降至第二阈值温度时，控制器56控制该第二通断阀55关闭；重复上述注入热水和液氮的过程多次；最后，外部水源继续向第一通道52内供水，与水钻钻头50一起继续打孔；水钻钻头50在煤层200中打孔的过程中，每隔指定煤层200深度 (一般钻取的深度为5m)重复上述步骤直至打孔完成(一般钻取的深度为50m)。
在本发明的一个示例中，所述水钻钻头50还包括：温度传感器57，
所述温度传感器57安装在水钻本体51的外壁上，且与所述控制器56相耦接，用于检测煤层200的温度信息并传输至所述控制器56，并由所述控制器56控制所述第一通断阀54、所述第二通断阀55执行相应的动作指令；
所述动作指令包括：
当水钻钻头50在煤层200中钻取指定的深度时，由控制器56控制与热水源相连通的第二通道53内的第二通断阀55导通；
当所述温度传感器57实时检测周围煤层200的温度信息并在温度信息上升到第一阈值温度时，所述控制器56控制与热水源相连通的第二通道53内的第二通断阀55关闭；
所述控制器56控制转向器40带动所述水钻钻头50转动使得与液氮源相连通的第二通道53与该煤层200位置对应，并控制与液氮源相连通的第二通道53内的第二通断阀55导通；
当所述温度传感器57检测周围煤层200的温度信息并在温度信息下降到第二阈值温度时，所述控制器56控制与液氮源相连通的第二通道53内的第二通断阀55关闭；
首先，由控制器56控制打开第一通断阀54和高压泵站10，常温的冷却水经过高压泵站10的加压后变成高压水，高压水依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头50，由水钻本体51的第一端521进入第一通道52经由第二端522喷出，与水钻钻头50一起进行打孔；当水钻钻头50钻入煤层200指定的深度(一般钻取的深度为5m)时，控制器56控制水钻钻头50停止打孔同时关闭第一通断阀54；然后，由控制器56控制打开与热水源相连通的第二通道53内的第二通断阀55和高压泵站10，热水源经过高压泵站10的加压后变成高压热水，高压热水依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头 50，由水钻本体51的第三端531进入第二通道53经由第四端532喷出，高压热水对该煤层200周围进行加热，当所述温度传感器57实时检测周围煤层200的温度信息并在温度信息上升到第一阈值温度时，控制器56控制第二通断阀55关闭；接着，控制器控制转向器40旋转水钻本体51使得与液氮源相连通的第二通道53的第四端532与旋转之前与热水源相连通的第二通道53的第四端532所对应的煤层200位置重合；由控制器控制打开与液氮源相连通的第二通道53内的第二通断阀55和高压泵站10，液氮源经过高压泵站10的加压后变成高压液氮，高压液氮依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头50，由水钻本体51的第三端531进入第二通道53经由第四端532喷出，高压液氮对该煤层200周围进行降温，当所述温度传感器57检测周围煤层200的温度信息并在温度信息下降到第二阈值温度时，控制器56控制该第二通断阀55关闭；重复上述注入热水和液氮的过程多次；最后，外部水源继续向第一通道52内供水，与水钻钻头 50一起继续打孔；水钻钻头50在煤层200中打孔的过程中，每隔指定煤层200深度(一般钻取的深度为5m)重复上述步骤直至打孔完成(一般钻取的深度为50m)。
一般情况下，本发明具有两种控制方式，一种是直接人为通过计算机563控制本发明的工作；另一种就是本发明的自动控制，而本发明中的温度传感器57，不仅可以有效的检测煤层200中的温度，而且还可以通过温度传感器57反馈的数据，传输给计算机 563，再通过计算机563来调节控制器(56)，从而控制第一通断阀54和第二通断阀55 打开与闭合，来控制液氮和热水的注入，从而合理的控制对煤层气的致裂效果，使得本发明更加自动化，智能化。
作为优选地，所述动作指令包括循环三次；经过大量的试验证明在三次循环下的液氮的增加渗透性的效果最好。
在本发明的一个示例中，所述第二通道53包括四个且沿着所述水钻本体51的周向方向等间隔设置；其中，多个所述第二通道53沿着周向方向依次交替与热水源或液氮源相连通；
也就是说，四个第二通道53两两对称设置，这样在进行热水和液氮切换注入煤层200中时，由控制器56控制转向器40转动90度即可，即热水源通过第二通道53向煤层200周围注入热水，当煤层200周围的温度达到第一阈值温度时，控制器56控制转向器40转动90度，使得与液氮源相连通的第二通道53与之前同热水源相连通的第二通道53位置相重合。
在本发明的一个示例中，所述第一通道52、所述第二通道53的内壁上均具有隔热层58；
由于温度传感器57是安装在水钻本体51的外周壁上，而第一通道52、第二通道 53内的外部水源、热水源或者液氮源的存在会影响温度传感器57测量煤层200中的温度信息，而设置隔热层58可以避免上述影响，使得温度传感器57的测量准确度更高。也就是说，隔热层58的存在，使得热水和液氮在注射过程中，不会相互影响，从而保证了本发明的致裂效果。
在本发明的一个示例中，所述第二通道53的第四端532由所述水钻本体51的外周壁穿出的方向垂直于水钻本体51的延伸方向；
也就是说，液氮或者热水的喷射方向与水钻本体51的钻取方向相垂直，从而可以提高对煤层200的渗透性。
根据本发明第二方面的一种具有上述所述的煤层200气开采钻头100的开采方法，包括如下步骤：
S10：由水钻钻头50向煤层200内钻孔，同时由高压泵站10对外部冷却水进行加压并沿着第一通道52喷向水钻本体51的端头处，且在水钻钻头50在煤层200中钻取指定的深度时，水钻钻头50停止打孔，外部水源停止向第一通道52供给；
S20：由热水源向第二通道53内的供给热水，热水经由第四端532向煤层200内注入，该煤层200周围的温度上升至第一阈值温度时，停止热水源向第二通道53内供给热水；
S30：由转向器40控制水钻钻头50转向使得与液氮源相连通的第二通道53与步骤S20中的煤层200位置对应，并由液氮源相第二通道53内供给液氮，液氮经由第四端 532向该煤层200内注入，该煤层200周围温度下降至第二阈值温度时，停止液氮源相第二通道53内供给液氮；
S40：重复上述步骤S20至S30多次，水钻钻头50继续向煤层200钻孔，同时由外部冷却水向第一通道52内供给冷却水；
S50：在水钻钻头50打孔过程中，每隔指定煤层200深度重复上述步骤S10至S40，直至打孔完成。
首先，由控制器56控制打开第一通断阀54和高压泵站10，常温的冷却水经过高压泵站10的加压后变成高压水，高压水依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头50，由水钻本体51的第一端521进入第一通道52经由第二端522喷出，与水钻钻头50一起进行打孔；当水钻钻头50钻入煤层200指定的深度(一般钻取的深度为5m)时，控制器56控制水钻钻头50停止打孔同时关闭第一通断阀54；然后，由控制器56控制打开与热水源相连通的第二通道53内的第二通断阀55和高压泵站10，热水源经过高压泵站10的加压后变成高压热水，高压热水依次经过水辫20和定向钻杆30进入水钻钻头 50，由水钻本体51的第三端531进入第二通道53经由第四端532喷出，高压热水对该煤层200周围进行加热，当所述温度传感器57实时检测周围煤层200的温度信息并在温度信息上升到第一阈值温度(例如，75℃)时，控制器56控制第二通断阀55关闭；接着，控制器56控制转向器40旋转水钻本体51使得与液氮源相连通的第二通道53的第四端532与旋转之前与热水源相连通的第二通道53的第四端532所对应的煤层200 位置重合；由控制器56控制打开与液氮源相连通的第二通道53内的第二通断阀55和高压泵站10，液氮源经过高压泵站10的加压后变成高压液氮，高压液氮依次经过水辫 20和定向钻杆30进入水钻钻头50，由水钻本体51的第三端531进入第二通道53经由第四端532喷出，高压液氮对该煤层200周围进行降温，当所述温度传感器57检测周围煤层200的温度信息并在温度信息下降到第二阈值温度(例如，-100℃)时，控制器56控制该第二通断阀55关闭；重复上述注入热水和液氮的过程三次；最后，外部水源继续向第一通道52内供水，与水钻钻头50一起继续打孔；水钻钻头50在煤层200中打孔的过程中，每隔指定煤层200深度(一般钻取的深度为5m)重复上述步骤直至打孔完成(一般钻取的深度为50m)。
通过上述开采方法能够同时完成钻孔和增加渗透率，大大降低施工成本与钻进耗时，提高钻孔钻进效率，降低工人劳动强度，提高煤矿瓦斯治理效率。
根据本发明第三方面的一种煤层200气开采系统，如图5所示，包括：
多个如上述所述的煤层200气开采钻头100，所述开采钻头100沿着横向方向和纵向方向阵列设置；
在横向方向和纵向方向阵列设置，在布置的过程中，十分灵活，使得本发明可以根据实际生产的情况，合理的布置开采钻头100，从而高效灵活的提高煤层气的开采效率，不受地形和储量的限制。
该开采系统通过设置多个开采钻头100，从而可以一次进行多个钻孔施工，从而大大提高钻孔效率。
在本发明的一个示例中，在横向方向或者纵向方向上相邻的两个所述开采钻头100 之间的距离为5m。
需要说明的是，经过大量的试验和研究表明：注水钻孔间距越大，单一钻孔注水影响范围增大，钻孔布置区域整体注水影响范围减小，钻孔间距为10m时，钻孔间大部分区域未受注水影响，由于煤层200注水改变煤体原有平衡状态，部分应力向钻孔间未受注水影响区域转移，而由于注水无法有效到达该区域，出现应力集中区，易产生突出危险。钻孔间距为5m时，钻孔间部分区域未受注水影响，该区域面积远小于钻孔间距10m时，且未产生应力集中区域。
故而，开采钻头100的距离设置为5m较好，设置为10m时，渗流效果不明显，应力集中，容易产生危险。
上文中参照优选的实施例详细描述了本发明所提出的煤层气开采钻头及其开采方法和具有开采钻头的开采系统的示范性实施方式，然而本领域技术人员可理解的是，在不背离本发明理念的前提下，可以对上述具体实施例做出多种变型和改型，且可以对本发明提出的各种技术特征、结构进行多种组合，而不超出本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (6)

1.一种煤层气开采钻头，包括依次连接的高压泵站（10）、水辫（20）、定向钻杆（30）、转向器（40）和水钻钻头（50），所述水钻钻头（50）包括：
水钻本体（51），其内部具有沿着其延伸方向开设的第一通道（52），所述第一通道（52）具有第一端（521）和第二端（522），所述第一端（521）通过高压泵站（10）与外部水源相连通，所述第二端（522）延伸至水钻本体（51）的端头处；
其特征在于，还包括：
开设于所述水钻本体（51）内部且沿着其延伸方向延伸的多个第二通道（53），每个所述第二通道（53）具有第三端（531）和第四端（532），所述第三端（531）通过高压泵站（10）与液氮源或热水源相连通，所述第四端（532）由所述水钻本体（51）的外周壁穿出；
其中，所述水钻钻头（50）还包括：
第一通断阀（54），安装在所述第一通道（52）内，配置为外部水源在所述第一端（521）朝向所述第二端（522）方向上的通断；
第二通断阀（55），安装在第二通道（53）内，配置为液氮或者热水在所述第三端（531）朝向所述第四端（532）方向上的通断；
控制器（56），所述控制器（56）与所述第一通断阀（54）、所述第二通断阀（55）分别耦接，用于控制所述第一通断阀（54）和所述第二通断阀（55）独立或者同步导通；
温度传感器（57），所述温度传感器（57）安装在水钻本体（51）的外壁上，且与所述控制器（56）相耦接，用于检测煤层（200）的温度信息并传输至所述控制器（56），并由所述控制器（56）控制所述第一通断阀（54）、所述第二通断阀（55）执行相应的动作指令；
所述动作指令包括：
当水钻钻头（50）在煤层（200）中钻取指定的深度时，由控制器（56）控制与热水源相连通的第二通道（53）内的第二通断阀（55）导通；
当所述温度传感器（57）实时检测周围煤层（200）的温度信息并在温度信息上升到第一阈值温度时，所述控制器（56）控制与热水源相连通的第二通道（53）内的第二通断阀（55）关闭；
所述控制器（56）控制转向器（40）带动所述水钻钻头（50）转动使得与液氮源相连通的第二通道（53）与该煤层（200）位置对应，并控制与液氮源相连通的第二通道（53）内的第二通断阀（55）导通；
当所述温度传感器（57）检测周围煤层（200）的温度信息并在温度信息下降到第二阈值温度时，所述控制器（56）控制与液氮源相连通的第二通道（53）内的第二通断阀（55）关闭。
2.根据权利要求1所述的煤层气开采钻头，其特征在于，
所述第二通道（53）包括四个且沿着所述水钻本体（51）的周向方向等间隔设置；其中，多个所述第二通道（53）沿着周向方向依次交替与热水源或液氮源相连通。
3.根据权利要求1所述的煤层气开采钻头，其特征在于，
所述第一通道（52）、所述第二通道（53）的内壁上均具有隔热层（58）。
4.根据权利要求1所述的煤层气开采钻头，其特征在于，
所述第二通道（53）的第四端（532）由所述水钻本体（51）的外周壁穿出的方向垂直于水钻本体（51）的延伸方向。
5.一种具有上述如权利要求1至权利要求4中任意一项所述的煤层气开采钻头的开采方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10：由水钻钻头（50）向煤层（200）内钻孔，同时由高压泵站（10）对外部冷却水进行加压并沿着第一通道（52）喷向水钻本体（51）的端头处，且在水钻钻头（50）在煤层（200）中钻取指定的深度时，水钻钻头（50）停止打孔，外部水源停止向第一通道（52）供给；
S20：由热水源向第二通道（53）内的供给热水，热水经由第四端（532）向煤层（200）内注入，该煤层（200）周围的温度上升至第一阈值温度时，停止热水源向第二通道（53）内供给热水；
S30：由转向器（40）控制水钻钻头（50）转向使得与液氮源相连通的第二通道（53）与步骤S20中的煤层（200）位置对应，并由液氮源相第二通道（53）内供给液氮，液氮经由第四端（532）向该煤层（200）内注入，该煤层（200）周围温度下降至第二阈值温度时，停止液氮源相第二通道（53）内供给液氮；
S40：重复上述步骤S20至S30多次，水钻钻头（50）继续向煤层（200）钻孔，同时由外部冷却水向第一通道（52）内供给冷却水；
S50：在水钻钻头（50）打孔过程中，每隔指定煤层（200）深度重复上述步骤S10至S40，直至打孔完成。
6.一种煤层气开采系统，其特征在于，包括：
多个如权利要求1至权利要求4中任意一项所述的煤层（200）气开采钻头（100），所述开采钻头（100）沿着横向方向和纵向方向阵列设置。
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