[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

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征在于：包括钻进排渣装置和水力振荡压裂强化瓦斯抽采装置；/n所述钻进排渣装置包括钻头(3)、钻杆(4)、钻机(5)、加压泵Ⅰ(6)、纳米流体储藏罐Ⅰ(7)、气渣分离器Ⅰ(8)和瓦斯抽采管道Ⅰ(9)；/n所述钻杆(4)的一端设置有钻头(3)，另一端设置有钻机(5)；所述钻头(3)呈圆锥状，所述钻头(3)的尖端设置有高压喷头(301)，所述钻头(3)的表面间隔布置有若干高压喷头(301)和若干锯齿(302)，若干所述锯齿(302)均沿钻头(3)的母线均匀布置；所述钻杆(4)的内部设置有贯穿其两端的纳米流体通道(401)，所述纳米流体通道(401)的一端与每个高压喷头(301)贯通连接，另一端连接有管路Ⅰ；所述管路Ⅰ与加压泵Ⅰ(6)连接，所述加压泵Ⅰ(6)通过管路Ⅱ与纳米流体储藏罐Ⅰ(7)连接；/n所述气渣分离器Ⅰ(8)的上端呈敞口状，所述气渣分离器Ⅰ(8)通过管路Ⅲ与瓦斯抽采管道Ⅰ(9)连接；/n所述水力振荡压裂强化瓦斯抽采装置包括加压泵Ⅱ(12)、纳米流体储藏罐Ⅱ(13)、气渣分离器Ⅱ(14)、瓦斯抽采管道Ⅱ(15)、水槽(16)、压裂管(17)和水泥砂浆搅拌槽(18)；/n所述水泥砂浆搅拌槽(18)连接有注浆管(20)和出浆管(21)；/n所述压裂管(17)的一端设置有一对对称的自激式脉冲振荡喷头(1701)，另一端与加压泵Ⅱ(12)连接；所述压裂管(17)上连接有气渣分离器Ⅱ(14)，所述气渣分离器Ⅱ(14)通过管路Ⅳ与瓦斯抽采管道Ⅱ(15)连接；/n所述加压泵Ⅱ(12)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(13)和水槽(16)；/n使用时，首先使用所述钻进排渣装置的钻头(3)在煤层(1)上钻出瓦斯抽采孔(101)，所述钻头(3)和钻杆(4)随着开钻进度伸入瓦斯抽采孔(101)内，所述气渣分离器Ⅰ(8)的上端敞口与瓦斯抽采孔(101)密封连接；当所述钻头(3)穿透煤层(1)且伸入煤层顶板(2)0.5～1.0m时，退出所述钻进排渣装置；/n使用封堵板(19)将所述瓦斯抽采孔(101)的孔口封严，所述封堵板(19)上设置有通孔Ⅰ、通孔Ⅱ和通孔Ⅲ，所述注浆管(20)和出浆管(21)分别穿过通孔Ⅰ和通孔Ⅱ后伸入瓦斯抽采孔(101)的内部；所述压裂管(17)设置有自激式脉冲振荡喷头(1701)的一端穿过通孔Ⅲ后伸入瓦斯抽采孔(101)的内部。/n