煤矿井下煤层树状钻孔复合压裂均匀增透装备

摘要

本发明公开一套煤矿井下煤层树状钻孔复合压裂均匀增透装备，整套装备可分为成孔系统和压裂系统。成孔系统包括钻机、钻杆、钻头、支架、水箱、高压泵、绞盘、推进机构、卡盘、高压软管、自进式钻头等设备；压裂系统包括水箱、高压泵、压力表、高压橡胶管、封孔装置等设备。该套装备适用于在煤矿井下对煤层进行体积压裂，能够达到对煤层进行均匀增透提高瓦斯抽采率的效果，设备操作简单，经济性好。

主权项

煤矿井下煤层树状钻孔复合压裂均匀增透装备，包括成孔系统和压裂系统；其特征在于：所述成孔系统包括钻机(4)、钻杆(9)、钻头(11)、导向器(10)、支架(5)、水箱(1)、高压泵(2)、绞盘(3)、推进机构(6)、刻度盘(7)、卡盘(8)、高压软管(12)、自进式钻头(13)；所述钻机(4)安装在支架(5)上，所述钻杆(9)连接在钻机(4)上，钻杆(9)前端连接导向器(10)，导向器(10)前端连接钻头(11)，所述水箱(1)连接高压泵(2)，所述高压泵(2)连接高压软管(12)，所述高压软管(12)缠绕在绞盘(3)上，并穿过推进机构(6)，高压软管(12)前端连接自进式钻头(13)；高压软管(12)和自进式钻头(13)在钻树状孔的子孔时穿过钻杆(9)并通过导向器(10)导向，依靠射流产生自进力钻出子孔；在钻杆与钻机前端连接的卡盘(8)上安装有转向刻度盘(7)，导向器(10)的转动角度通过转向刻度盘(7)控制；所述导向器(10)上端为具有内螺纹的钻杆连接部(10.1)，下端为具有外螺纹的钻头连接部(10.10)，两个连接部内都有上下贯通的通孔；所述导向器(10)内有双曲率转弯导向轨道，其宽度为高压软管前端喷嘴宽度的2倍，范围在20‑50mm之间，转弯半径为75‑150mm，属超短半径径向水平井导向器；所述导向轨道的进口方向和出口方向的轨道轴线相互垂直，即从轴向进、径向出，整个导向轨道从入口到出口依次包括轴向直管段(10.2)、第一圆弧段(10.3)、斜管段(10.4)和第二圆弧段(10.5)；所述轴向直管段(10.2)其长度为30‑50mm，钻杆连接部(10.1)的通孔通过一斜向的收缩段过渡到该轴向直管段(10.2)；所述第一圆弧段(10.3)的圆弧弧度α=10°‑30°，直径75‑150mm；所述斜管段(10.4)与两圆弧段相切，连接第一圆弧段(10.3)和第二圆弧段(10.5)；所述第二圆弧段(10.5)的圆弧弧度β=α+90°，直径75‑130mm；在第二圆弧段(10.5)的底部分布有细孔(10.7)，使导向器轨道的高压水流能够通过细孔经连接部分(10.10)的通孔到达钻头(11)；第二圆弧段(10.5)的末端是导向轨道出口位置，安装有空心螺环(10.8)，在使用组合钻具进行扩孔时，圆形水泥块(10.9)固定在空心螺环(10.8)上，封住导向轨道出口；所述导向轨道的壁上设有四个滚轮(10.6)，滚轮半径大小为4‑5mm，突出于轨道壁约2mm；且在第一圆弧段(10.3)上布置一个滚轮、在第二圆弧段(10.5)上布置三个滚轮；所述钻头(11)大小与煤矿井下瓦斯抽采常用钻头大小一致，钻螺纹为标准螺纹，便于与导向器连接；钻头内部有与导向器连接部分(10.10)连通的流道，使水流能够通过导向器后再通过钻头，以便进行排渣，钻头内流道由上向下逐渐缩小，并在中间位置有一段增大的空间，形成空化腔体(11.1)，空化腔体的纵剖面为上下对称的平行四边形，腔体上下游喷嘴碰撞壁为锥形面，且上游喷嘴碰撞壁凸向上游，下游喷嘴碰撞壁凹向下游；所述自进式钻头(13)包括钻头体和钻头体的中心自激振荡喷嘴(13.2)、边喷嘴(13.3)、中部喷嘴(13.4)和后部喷嘴(13.5)，钻头体具有前部平台(13.1)和内部空腔(13.7)；所述钻头体前部为球形，前端面为前部平台(13.1)，在平台中心即自进式钻头轴线上设置中心自激振荡喷嘴(13.2)，在平台上围绕中心自激振荡喷嘴(13.2)四周均匀布置边喷嘴(13.3)；所述钻头体后端为开口端，设有内螺纹(13.6)用于连接高压软管；钻头体的内部空腔(13.7)为前段圆锥形和后段圆柱形的组合空腔，圆锥形段的锥度为φ；所述推进机构(6)是采用同步带轮(6.3)和压紧带轮(6.7)构成送管机构，并同时设置高度和角度两级调节的管托机构(6.12)；压裂系统包括所述水箱(1)、所述高压泵(2)、压力表、高压橡胶管(14)、压力流量控制系统(16)、封孔装置(15)；所述高压泵(2)连接高压橡胶管(14)，所述高压橡胶管(14)连接压力流量控制系统(16)，所述压力流量控制系统(16)连接封孔装置(15)，所述压裂系统中所使用压裂液为低粘度压裂液。