CN219034680U - 井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，包括超声激励钻孔、封口装置、钻杆、安装在钻杆上的超声激励钻孔的超声波换能器、以及能够向超声激励钻孔中注入的供水装置；封口装置包括能够套设在钻杆外的套管，套管外壁与超声激励钻孔内壁之间的空隙内填充有封堵材料，套管内壁与钻杆外壁之间的空隙内设有环形的充水气囊。本实用新型在封口装置的套管与钻杆之间设置充水气囊来进行封堵，在需要回撤钻杆以对钻孔进行分段增透时，通过泄放充水气囊中的水便可移动钻杆，通过向充水气囊中注水使之膨胀，来填充套管内壁与钻杆外部之间的空隙以封闭，操作方便简单，本实用新型的封口装置，使得封堵以及钻杆回退更方便。

Description

井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统

技术领域

本实用新型属于煤层增透领域，具体涉及井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统。

背景技术

现有常规的增透装置多在煤层气垂直井内使用，具体可在垂直井内悬吊增透装置(比如高能声波振动棒、电脉冲设备)，在垂直井内增透煤层，只能对近垂直井附近煤体进行增透，无法改造其他区域煤体，整体的增透作用效果有限。在水平钻孔内使用增透装置，可对长钻孔周边的煤体进行致裂，大范围改造煤层，将大大提高煤层气井的产量。

CN202110602269.7披露了一种利用大功率超声波对低渗透性煤层增透装置，其先用钻孔设备钻出超声激励钻孔，然后利用钻杆将超声波换能器送入超声激励钻孔中，可实现在水平钻孔内使用增透装置。

然而一个超声波换能器的辐射范围有限，对于水平长钻孔(钻孔长达百米或数百米)，为了对整个钻孔充分增透，可通过退钻杆来移动超声波换能器以对钻孔进行分段增透、或者多设置超声波换能器的方式来实现。对于多设置超声波换能器，虽然能加快增透，但设置较多的超声波换能器会大大的增加成本，考虑成本因素，通常为每百米超声激励钻孔设置3-4个超声波换能器。因此在综合考虑成本的情况下，通过退钻杆来移动超声波换能器，以对钻孔进行分段增透，是有效且经济的方式。

CN202110602269.7在孔口将封孔铁管套设在钻杆外部，封孔铁管外周面与超声激励钻孔内周面之间的空隙内通过聚氨酯和水泥砂浆封孔，形成封孔段；同时将位于孔口外侧的封孔铁管内部采用橡胶圈材料封堵严密，防止漏水。采用前述的方案，需要退钻杆来移动超声波换能器时，需要先将封孔铁管内部的橡胶圈材料取出，然后再退钻杆以移动超声波换能器，退钻杆后再将橡胶圈材料塞入封孔铁管内部。由于整个增透作业，需要多次退钻杆，因此需要多次取出橡胶圈材料后再塞进橡胶圈材料，一方面操作繁琐，不便于孔口的封堵以及钻杆回退；另一方面，橡胶圈材料虽然具有弹性，但流动性差，多次取、放橡胶圈材料，可能会导致橡胶圈材料密封失效而漏水。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，包括在煤层中钻设的超声激励钻孔、用于封堵超声激励钻孔孔口的封口装置、能够穿过封口装置且由钻机驱动以推进或退出超声激励钻孔的钻杆、安装在钻杆上的能够随钻杆进出超声激励钻孔的超声波换能器、以及能够向超声激励钻孔中注入或抽出水的供水装置，超声波换能器电连接有位于超声激励钻孔外的超声波发生器；封口装置包括能够套设在钻杆外的套管，套管外壁与超声激励钻孔内壁之间的空隙内填充有封堵材料，套管内壁与钻杆外壁之间的空隙内设有环形的充水气囊，充水气囊安装在钻杆外壁或套管内壁上，充水气囊连接有与其内部相通的第一阀门。

上述技术方案，超声波换能器安装在钻杆上并随之运动，由钻机驱动钻杆推进或退出超声激励钻孔。封口装置的套管内壁与钻杆外壁之间的空隙通过设置充水气囊来进行封堵，在需要回撤钻杆来移动超声波换能器，以对钻孔进行分段增透时，通过泄放充水气囊中的水便可移动钻杆，通过向充水气囊中注水使之膨胀，来填充套管内壁与钻杆外部之间的空隙以封闭，操作简单方便。相比现有技术，本实用新型的封口装置，使得封堵以及钻杆回退更方便；而且充水气囊通过向内注水的方式膨胀以封闭，利用水在充水气囊内部的径向、周向和轴向流动性，使得该充水气囊在反复充放后，仍不会失效，保证良好的密封性能。

在本实用新型的一种优选实施方式中，供水装置包括水泵、与水泵出水口连接的水管、以及设在水管上的第二阀门，水管穿过封口装置而伸入超声激励钻孔中。

上述技术方案，增透作业时，通过水泵向超声激励钻孔中注水、或将超声激励钻孔中的水抽出。

在本实用新型的一种优选实施方式中，水管穿过封堵材料而伸入超声激励钻孔的孔底。

上述技术方案，在回退钻杆时，水管始终插入封口装置的封堵材料中，保证套管外壁与超声激励钻孔内壁之间的密封。

在本实用新型的一种优选实施方式中，封堵材料为聚氨酯和/或水泥砂浆。

在本实用新型的一种优选实施方式中，将超声激励钻孔沿长度方向分为多个增透段；钻杆上对应每个增透段均安装有超声波换能器，或者在钻杆的末端安装有沿钻杆长度方向设置的位于同一个增透段中的多个超声波换能器。

上述技术方案，提供了分段增透安装超声波换能器的两种方案，可根据实际情况进行选择。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，钻杆中空设置，与超声波换能器连接的电缆线沿钻杆的长度方向穿过钻杆后与超声激励钻孔外的超声波发生器相连。

上述技术方案，将电缆线铺设在钻杆内，相比将电缆线铺设在超声激励钻₅孔中，本方案可避免电缆线因钻杆移动而与超声激励钻孔摩擦而损坏，延长电缆线的使用寿命。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，钻杆上设有与其内部的电缆线电性连接的电接头，超声波换能器通过电接头与钻杆内部的电缆线电连接，超声波发生器的连接线也通过电接头与钻杆内部的电缆线电连接。

₀上述技术方案，通过设置电接头能够快速的实现超声波换能器与电缆线、以及电缆线与超声波发生器的连接线的电性连接。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，钻杆由沿其长度方向设置的多根子钻杆通过丝扣连接而成，相邻两根子钻杆内的电缆线通过插接接头连接以导通。

₅上述技术方案，钻杆由沿其长度方向设置的多根子钻杆连接而成，由此可根据超声激励钻孔的长度，选择合适数量的子钻杆连接与超声激励钻孔长度相匹配的钻杆；相邻两根子钻杆内的电缆线通过插接接头连接以导通，由此可实现钻杆内电缆线的快速连接与导通。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，钻杆内设有若干沿其长度方向间₀隔设置的支撑结构，电缆线与钻杆之间采用支撑结构连接。

上述技术方案，由支撑结构对电缆线进行支撑和固定，避免电缆线因钻杆移动而与钻杆内壁摩擦而损坏，进一步提高电缆线的使用寿命。

在本实用新型的另一种优选实施方式中，在煤层中还钻设有与超声激励钻孔平行设置的考察孔，考察孔中设有用以监测超声激励钻孔进行超声作业时和作业后的煤层瓦斯流量和纯量的瓦斯监测装置。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统的一种结构示意图。

图2是图1中的A处局部放大图。

图3是本申请实施例的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统的另一种结构示意图。

说明书附图中的附图标记包括：煤层10、超声激励钻孔11、考察孔12、封口装置20、套管21、封堵材料22、充水气囊23、第一阀门24、钻机30、钻杆40、超声波换能器50、超声波发生器51、电源52、电缆线60、电接头61、水泵70、水管71、第二阀门72、瓦斯监测装置80。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“竖向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型提供了井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，如图1和图2所示，在一种优选实施方式中，该增透系统包括在煤层10中钻设的超声激励钻孔11、用于封堵超声激励钻孔11孔口的封口装置20、能够穿过封口装置20且由钻机30驱动以推进或退出超声激励钻孔11的钻杆40、安装在钻杆40上的能够随钻杆40进出超声激励钻孔11的超声波换能器50、以及能够向超声激励钻孔11中注入或抽出水的供水装置，超声波换能器50电连接有位于超声激励钻孔11外的超声波发生器51，超声波发生器51与电源52连接。

在本实用新型中，封口装置20包括能够套设在钻杆40外的套管21，套管21由金属材料制成；套管21外壁与超声激励钻孔11内壁之间的空隙内填充有封堵材料22，封堵材料22为聚氨酯和/或水泥砂浆；套管21内壁与钻杆40外壁之间的空隙内设有环形的充水气囊23，充水气囊23安装在钻杆40外壁或套管21内壁上，比如充水气囊23安装在钻杆40外壁上，充水气囊23连接有与其内部相通的第一阀门24。充水气囊23为能够承受一定水压的橡胶气囊，其具有弹性、强度高、且不易损坏，可反复多次充放水。

在本实用新型中，供水装置包括设在超声激励钻孔11外的水泵70、与水泵70出水口连接的水管71、以及设在水管71上的第二阀门72，水管71穿过封口装置20而伸入超声激励钻孔11中，优选水管71穿过封堵材料22而伸入超声激励钻孔11的孔底。

采用这样的技术方案，工人先用钻进系统在井下煤层10钻出超声激励钻孔11，该超声激励钻孔11为水平钻孔。超声激励钻孔11成孔后保持钻机30原位不动，将超声波换能器50安装在钻杆40上，通过钻机30将安装有超声波换能器50的钻杆40送入超声激励钻孔11内。接下来将水管71插入超声激励钻孔11的孔底，然后用封口装置20将超声激励钻孔11的孔口堵住，保证超声激励钻孔11不漏水。

超声激励钻孔11封孔后，启动水泵70，打开第二阀门72，向超声激励钻孔11内注水，使超声激励钻孔11保持满水状态，为超声作用提供水浴环境。同时，开启超声波发生器51，超声波发生器51使超声激励钻孔11内的超声波换能器50作业，超声波换能器50将高频的电信号转换成机械振动，作用于超声波换能器50周边水体和煤体，形成辐射状超声物理场，超声作用通过与水力作用耦合，强化超声波的空化效应，实现超声波对煤层10的增透。

超声波换能器50作用一定时间后，关闭超声波发生器51，利用水泵70抽排出超声激励钻孔11内的水，之后打开封口装置20的第一阀门24，放出充水气囊23中的部分水后关闭第一阀门24，放水使充水气囊23向靠近钻杆40的方向缩小，使得充水气囊23与套管21内壁之间具有空隙，钻杆40能够在超声激励钻孔11中移动。

接下来，开启钻机30回撤钻杆40，超声波换能器50随钻杆40回撤而在超声激励钻孔11中向左移动，超声波换能器50移动至合适位置后，打开第一阀门24，用高压水泵(该高压水泵可以是向超声激励钻孔11中注水的水泵70，也可是另外的水泵)通过第一阀门24向充水气囊23内注水，使充水气囊23膨胀，充水气囊23填充套管21内壁与钻杆40外部之间的空隙，以密闭超声激励钻孔11的孔口，关闭第一阀门24。

按前述的过程启动水泵70向超声激励钻孔11内注水，开启超声波发生器51使超声激励钻孔11内的超声波换能器50作业。如此循环地增透、回撤钻杆40以完成超声波分段增透作业，直至对整个超声激励钻孔11充分增透。

在本实用新型中，由于超声波换能器50作业进行超声增透时，超声激励钻孔11中充满了水，为避免漏电，将超声波换能器50、超声波换能器50的电缆线60、电缆接头、以及超声波换能器50与钻杆40的连接处都设置有防水结构，防水结构可采用现有技术，不是本实用新型的创新点，在此不详述。

如图1所示，在本实用新型的一种实施方式中，将超声激励钻孔11沿长度方向分为多个增透段，钻杆40上对应每个增透段均安装有超声波换能器50。比如超声激励钻孔11的一个增透段为三十米长，则在钻杆40上每间隔30米安装一个超声波换能器50，第一个超声波换能器50靠近钻杆40的末端设置。所有超声波换能器50均通过电缆线60与超声波发生器51电连接，由超声波发生器51控制所有超声波换能器50同步作业。若单个超声波换能器50的有效辐射范围为五米，则钻杆40回退六次进行分段增透作业，就能使整个超声激励钻孔11充分增透。

如图3所示，在本实用新型的另一种实施中，也将超声激励钻孔11沿长度方向分为多个增透段，在钻杆40的末端安装有沿钻杆40长度方向设置的位于同一个增透段中的多个超声波换能器50。比如超声激励钻孔11的一个增透段为三十米长，若单个超声波换能器50的有效辐射范围为5米，则在钻杆40末端的30米设置六个超声波换能器50，钻杆40每次回退三十米进行分段增透作业，直至整个超声激励钻孔11充分增透。

如图1所示，在本实用新型的另一优选实施方式中，钻杆40中空设置，与超声波换能器50连接的电缆线60沿钻杆40的长度方向穿过钻杆40后与超声激励钻孔11外的超声波发生器51相连。具体地，钻杆40上设有与其内部的电缆线60电性连接的电接头61，电接头61为具有防水功能的快插接头，超声波换能器50通过电接头61与钻杆40内部的电缆线60电连接，超声波发生器51的连接线也通过电接头61与钻杆40内部的电缆线60电连接。优选地，钻杆40由沿其长度方向设置的多根子钻杆40通过丝扣连接而成，相邻两根子钻杆40内的电缆线60通过插接接头连接以导通。

在本实施方式中，安装有超声波换能器50的钻杆40插入超声激励钻孔11时，超声波发生器51的连接线未与电接头61连接，在钻杆40完全插入超声激励钻孔11中后，超声波发生器51的连接线才与电接头61连接。

在本实用新型的另一优选实施方式中，钻杆40内设有若干沿其长度方向间隔设置的支撑结构，电缆线60与钻杆40之间采用支撑结构连接，由支撑结构对电缆线60进行支撑和固定，避免电缆线60因钻杆40移动而与钻杆40内壁摩擦而损坏。

如图1所示，在本实用新型的另一优选实施方式中，在煤层10中还钻设有与超声激励钻孔11平行设置的考察孔12，考察孔12中设有用以监测超声激励钻孔11进行超声作业时和作业后的煤层10瓦斯流量和纯量的瓦斯监测装置80，瓦斯监测装置80为现有技术。在超声激励钻孔11进行超声作业前，在超声激励钻孔11周边间隔一定距离打造考察孔12，用以监测超声作业时和作业后煤层10瓦斯流量和纯量等数据的变化。

在本说明书的描述中，参考术语“优选的实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，包括在煤层中钻设的超声激励钻孔、用于封堵超声激励钻孔孔口的封口装置、能够穿过封口装置且由钻机驱动以推进或退出所述超声激励钻孔的钻杆、安装在所述钻杆上的能够随钻杆进出所述超声激励钻孔的超声波换能器、以及能够向所述超声激励钻孔中注入或抽出水的供水装置，所述超声波换能器电连接有位于超声激励钻孔外的超声波发生器；其特征在于，所述封口装置包括能够套设在钻杆外的套管，套管外壁与超声激励钻孔内壁之间的空隙内填充有封堵材料，套管内壁与钻杆外壁之间的空隙内设有环形的充水气囊，所述充水气囊安装在钻杆外壁或套管内壁上，所述充水气囊连接有与其内部相通的第一阀门。

2.如权利要求1所述的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，其特征在于，所述供水装置包括水泵、与水泵出水口连接的水管、以及设在水管上的第二阀门，所述水管穿过封口装置而伸入超声激励钻孔中。

3.如权利要求2所述的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，其特征在于，所述水管穿过所述封堵材料而伸入超声激励钻孔的孔底。

4.如权利要求1所述的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，其特征在于，所述封堵材料为聚氨酯和/或水泥砂浆。

5.如权利要求1-4中任一项所述的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，其特征在于，将所述超声激励钻孔沿长度方向分为多个增透段；

所述钻杆上对应每个增透段均安装有超声波换能器，或者在钻杆的末端安装有沿钻杆长度方向设置的位于同一个增透段中的多个超声波换能器。

6.如权利要求1-4中的任一项所述的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，其特征在于，所述钻杆中空设置，与超声波换能器连接的电缆线沿钻杆的长度方向穿过钻杆后与超声激励钻孔外的超声波发生器相连。

7.如权利要求6所述的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，其特征在于，所述钻杆上设有与其内部的电缆线电性连接的电接头，超声波换能器通过电接头与钻杆内部的电缆线电连接，超声波发生器的连接线也通过电接头与钻杆内部的电缆线电连接。

8.如权利要求6所述的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，其特征在于，所述钻杆由沿其长度方向设置的多根子钻杆通过丝扣连接而成，相邻两根子钻杆内的电缆线通过插接接头连接以导通。

9.如权利要求6所述的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，其特征在于，所述钻杆内设有若干沿其长度方向间隔设置的支撑结构，电缆线与钻杆之间采用所述支撑结构连接。

10.如权利要求1-4中任一项所述的井下煤层水平钻孔推杆移位增透系统，其特征在于，在煤层中还钻设有与所述超声激励钻孔平行设置的考察孔，所述考察孔中设有用以监测超声激励钻孔进行超声作业时和作业后的煤层瓦斯流量和纯量的瓦斯监测装置。

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