[发明专利]基于纳米流体的钻进排渣和振荡压裂瓦斯抽采系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于纳米流体的钻进排渣和水力振荡压裂强化瓦斯抽采系统及方法。在煤体钻进过程中利用亲水性纳米流体将钻头前部的煤岩体与破碎的岩块润湿，增大煤岩体流动性，保证钻进过程中排渣顺畅。之后向煤层中注入疏水性纳米流体，使其附着在煤体表面，防止高压水滤失，更好地扩张裂缝深度，从而达到相同的注水压力下高效致裂煤体，大范围促进煤层瓦斯的快速解吸，实现了纳米流体和水力压裂的良好协同作用。本发明实现了钻进高效作业、煤层高效增透与瓦斯高效抽采一体化的效果，科学高效地抽采煤层瓦斯，达到有效防治高瓦斯、低渗透性煤层瓦斯灾害的目的。

技术领域

本发明涉及瓦斯抽采技术领域，具体是一种基于纳米流体的钻进排渣和水力振荡压裂强化瓦斯抽采系统及方法。

背景技术

研究表明，我国的能源需求增长量仍要以煤炭增产为主，而随着煤炭开采深度的急剧增长，对于钻进过程中的排渣要求会更高，排渣不利会导致喷孔、卡钻、埋钻等问题，无法保证施工安全，严重影响施工效率。

同时由于深部煤层的渗透率较低，瓦斯难以抽采，煤与瓦斯突出问题也日益严重。因此，常常采用水力压裂、水力冲孔等增透措施来保证瓦斯的高效开采。然而在进行水力压裂时，往往会存在高压水易滤失、多次压裂的起裂压力降低不明显等问题，导致水力压裂效果较差，无法保证瓦斯的高效抽采。所以在煤炭开采的过程中，既要解决钻进过程中所出现的喷孔、卡钻等问题，又要采取有效的抽采技术来抽采煤层中赋存的瓦斯，以降低煤层的突出危险，保证煤炭安全高效开采。

因此，亟需发明一种较高效率的瓦斯抽采系统及其方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于纳米流体的钻进排渣和水力振荡压裂强化瓦斯抽采系统及方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于纳米流体的钻进排渣和水力振荡压裂强化瓦斯抽采系统，包括钻进排渣装置和水力振荡压裂强化瓦斯抽采装置。

所述钻进排渣装置包括钻头、钻杆、钻机、加压泵Ⅰ、纳米流体储藏罐Ⅰ、气渣分离器Ⅰ和瓦斯抽采管道Ⅰ。

所述钻杆的一端设置有钻头，另一端设置有钻机。所述钻头呈圆锥状，所述钻头的尖端设置有高压喷头，所述钻头的表面间隔布置有若干高压喷头和若干锯齿，若干所述锯齿均沿钻头的母线均匀布置。所述钻杆的内部设置有贯穿其两端的纳米流体通道，所述纳米流体通道的一端与每个高压喷头贯通连接，另一端连接有管路Ⅰ。所述管路Ⅰ与加压泵Ⅰ连接，所述加压泵Ⅰ通过管路Ⅱ与纳米流体储藏罐Ⅰ连接。

所述气渣分离器Ⅰ的上端呈敞口状，所述气渣分离器Ⅰ通过管路Ⅲ与瓦斯抽采管道Ⅰ连接。

所述水力振荡压裂强化瓦斯抽采装置包括加压泵Ⅱ、纳米流体储藏罐Ⅱ、气渣分离器Ⅱ、瓦斯抽采管道Ⅱ、水槽、压裂管和水泥砂浆搅拌槽。

所述水泥砂浆搅拌槽连接有注浆管和出浆管。

所述压裂管的一端设置有一对对称的自激式脉冲振荡喷头，另一端与加压泵Ⅱ连接。所述压裂管上连接有气渣分离器Ⅱ，所述气渣分离器Ⅱ通过管路Ⅳ与瓦斯抽采管道Ⅱ连接。

所述加压泵Ⅱ与三通管的一个管口连接，所述三通管的另外两个管口分别连接有管路Ⅴ和管路Ⅵ，所述管路Ⅴ和管路Ⅵ分别连接有纳米流体储藏罐Ⅱ和水槽。

使用时，首先使用所述钻进排渣装置的钻头在煤层上钻出瓦斯抽采孔，所述钻头和钻杆随着开钻进度伸入瓦斯抽采孔内，所述气渣分离器Ⅰ的上端敞口与瓦斯抽采孔密封连接。当所述钻头穿透煤层且伸入煤层顶板0.5～1.0m时，退出所述钻进排渣装置。

使用封堵板将所述瓦斯抽采孔的孔口封严，所述封堵板上设置有通孔Ⅰ、通孔Ⅱ和通孔Ⅲ，所述注浆管和出浆管分别穿过通孔Ⅰ和通孔Ⅱ后伸入瓦斯抽采孔的内部。所述压裂管设置有自激式脉冲振荡喷头的一端穿过通孔Ⅲ后伸入瓦斯抽采孔的内部。