[发明专利]一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔设备及方法

权利要求书

1.一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔方法，利用一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔设备，包括水箱、高压水管、高压泵、溢流阀、钻头、钻杆、封孔胶囊和控制阀；其特征在于，具有钻孔控制系统、高压水动力系统、水压分级控制系统和压裂封堵控制系统；

所述钻孔控制系统调整钻孔钻杆的钻进方向和钻杆供水水压，所述高压水动力系统提供压力在0-50MPa之间的高压水，所述水压分级控制系统调整钻进冲刷钻屑的水压小于5MPa，垂直于钻杆长度方向割缝用的水压为25-35MPa，封孔胶囊的封孔水压为35-40MPa，煤层水力压裂的卸压增透用水压为40-50MPa；所述压裂封堵控制系统对封孔和水力压裂施工进行控制；

步骤包括：

步骤A.确定需要进行瓦斯抽采的煤层，深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔设备安设在工作面前方；

步骤B.检查钻孔控制系统、高压水动力系统工作情况，检查湿式钻杆水压控制阀、割缝水压控制阀、胶囊封孔水压控制阀和水力压裂控制阀的开闭；

步骤C.施工钻孔，钻头钻杆沿钻进方向钻孔，钻孔控制系统实时修正钻孔角度，钻进过程中，湿式钻杆水压控制阀打开，钻头上的湿式钻杆出水口提供小于5MPa的水冲刷钻孔；

步骤D.割缝施工，钻杆和钻头留置在钻孔中，湿式钻杆水压控制阀关闭，割缝水压控制阀打开，割缝出水口提供水压为25-35MPa的高压水割缝；

步骤E.水力压裂施工,钻杆和钻头留置在钻孔中，湿式钻杆水压控制阀关闭，割缝水压控制阀关闭，胶囊封孔水压控制阀打开，封孔胶囊充35-40MPa的高压水完成封孔；封孔后，水力压裂控制阀打开，40-50MPa的高压水从水力压裂出水口对煤体进行水力压裂。

2.根据权利要求1所述的一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔方法，其特征在于，所述钻孔控制系统包括钻孔角度控制单元、钻进速度控制单元和钻孔角度修正控制单元，所述钻孔角度控制单元调整钻头钻杆的钻进方向，钻进速度控制单元调整钻机的转速和推进力，所述钻孔角度修正控制单元对钻孔的钻进方向进行实时修正。

3.根据权利要求2所述的一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔方法，其特征在于，所述钻头上设置有湿式钻杆出水口，沿钻杆的长度方向从钻头侧开始依次设置有割缝出水口、水力压裂出水口和封孔胶囊。

4.根据权利要求1所述的一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔方法，其特征在于，所述高压水动力系统包括水箱、高压泵、溢流阀和高压水管，高压泵泵送来自水箱的水，高压泵通过高压水管输送高压水，高压水管的上游设置有溢流阀。

5.根据权利要求1所述的一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔方法，其特征在于，所述水压分级控制系统的控制阀包括湿式钻杆水压控制阀、割缝水压控制阀、胶囊封孔水压控制阀和水力压裂控制阀，所述湿式钻杆水压控制阀水压小于5MPa时开启，割缝水压控制阀在水压为25-35MPa时开启，胶囊封孔水压控制阀在水压为35-40MPa时开启，水力压裂控制阀在水压为40-50MPa时开启。

6.根据权利要求1所述的一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔方法，其特征在于，所述压裂封堵控制系统包括封孔胶囊和水力压裂出水口，所述封孔胶囊充水封堵钻孔后，水力压裂出水口出水压裂煤体。

7.根据权利要求1所述的一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔方法，其特征在于，所述施工钻孔、割缝施工和水力压裂施工过程中高压水动力系统调整水压并提供相应压力的高压水。

8.根据权利要求1所述的一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔方法，其特征在于，所述割缝出水口与钻头之间的距离为1-2m；割缝出水口与封孔胶囊之间的距离通过连接钻杆调整，钻头侧的割缝出水口距离封孔胶囊5-15m；水力压裂出水口设置在封孔胶囊和割缝出水口之间。

9.根据权利要求1所述的一种深部低渗透高瓦斯煤层钻-割-封-压钻孔方法，其特征在于，所述钻杆上设置1-3个割缝出水口和割缝水压控制阀，在同一钻孔内施工1-3道割缝。