[发明专利]一种千米钻孔分段水爆致裂开采煤层气的设备及方法

权利要求书

1.一种千米钻孔分段水爆致裂开采煤层气的设备，其特征在于：包括千米钻机（1），所述千米钻机（1）开挖形成垂直钻孔（2）和与所述垂直钻孔（2）相交的水平钻孔（3），以及与所述垂直钻孔（2）不相交的高抽巷（7），所述水平钻孔（3）位于煤层，所述水平钻孔（3）内设有若干水热致裂筒（4），所述水热致裂筒（4）外接引爆器，所述高抽巷（7）位于煤层上方爆破裂隙带中线，所述高抽巷（7）垂直方向上设有与所述高抽巷（7）相连通的巷道（8），所述巷道（8）内设有抽气管，所述抽气管与地面的抽气站（5）相连，所述抽气站（5）通过集气管与集气站（6）相连。

2.根据权利要求1所述的一种千米钻孔分段水爆致裂开采煤层气的设备，其特征在于：所述垂直钻孔（2）和所述水平钻孔（3）内设有外径分别与所述垂直钻孔（2）和所述水平钻孔（3）的内径一样的刚性套管，所述水热致裂筒（4）等距分布在所述刚性套管的水平段内，位于所述水热致裂筒（4）位置的所述刚性套管厚度低于所述刚性套管平均厚度，相邻两个所述水热致裂筒（4）设有堵头（9），所述堵头（9）与位于所述刚性套管上相应位置的凸头相适配，所述凸头位于所述刚性套管的中上端。

3.根据权利要求2所述的一种千米钻孔分段水爆致裂开采煤层气的设备，其特征在于：所述水热致裂筒（4）间隔距离为所述爆破直径的2倍。

4.根据权利要求2所述的一种千米钻孔分段水爆致裂开采煤层气的设备，其特征在于：所述堵头（9）为膨胀式堵头。

5.根据权利要求4所述的一种千米钻孔分段水爆致裂开采煤层气的设备，其特征在于：所述膨胀式堵头从外向内依次包括可伸缩外套（91）、液氮层（92）、信号接收部（93）和加热管（94），所述信号接收部（93）设有加热电路，所述加热电路由无线遥控开关、电源V和所述加热管（94）串联而成，所述加热管为电加热管R。

6.根据权利要求1所述的一种千米钻孔分段水爆致裂开采煤层气的设备，其特征在于：所述千米钻机（1）的钻头包括可拆卸的钻孔钻头和载物钻头。

7.采用权利要求2-5任一项所述设备的分段水爆致裂开采煤层气的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A：采用所述千米钻机（1）从地面钻孔至煤层，形成垂直钻孔（2），继续将所述千米钻机（1）的钻头转向90°在煤层内继续钻孔1000米以上，形成所述水平钻孔（3），清洗所述千米钻机（1）的钻头去除煤粉;

步骤B：在所述垂直钻孔（2）和所述水平钻孔（3）内铺设所述刚性套管，密闭封堵所述水平钻孔（3）远离所述垂直钻孔（2）的端头，每隔两倍致裂半径的距离布置一根所述水热致裂筒（4）；

步骤C：用所述千米钻机（1）从地面钻孔至煤层上方裂隙带中线，所述千米钻机（1）的钻头转向沿与煤层水方向施工所述高抽巷（7）；

步骤D：向任一相邻两个所述堵头（9）之间的刚性套管中充入离子水溶液，并封堵密闭充入离子水溶液的刚性套管，通过所述引爆器引爆被离子水溶液包围的所述水热致裂筒（4），逐一引爆直至完成所有所述水热致裂筒（4）的引爆；

步骤E：所述抽气站（5）抽采煤层气，所述集气站（6）收集煤层气。

8.根据权利要求7所述的一种分段水爆致裂开采煤层气的方法，其特征在于：步骤B中致裂半径的获取通过煤层厚度、煤的密度、煤的硬度、煤的强度、煤层顶板参数数据模拟获得。

9.根据权利要求7所述的一种分段水爆致裂开采煤层气的方法，其特征在于：步骤C中裂隙带中线的获得，通过模拟水热致裂筒爆过程，根据裂隙宽度和岩石粒径将致裂区域分为破碎带和裂隙带宽度分别为R1和L2，在垂直于煤层方向取裂隙带中点作与煤层平行的线即为裂隙带中线。

10.根据权利要求7所述的一种分段水爆致裂开采煤层气的方法，其特征在于：步骤D采用后退式爆破法，沿所述水平钻孔（3）末端远离所述垂直钻孔（2）方向向靠近所述垂直钻孔（2）方向逐一引爆所述水热致裂筒（4）。