CN102135011A - 一种井下径向钻孔抽排煤层气的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下径向钻孔抽排煤层气的装置，包括高压泵组、液压驱动滚筒、高压喷射软管、软管导向管、井下偏心导鞋、射流喷嘴、螺杆泵及螺杆泵驱动装置，其特征是井下偏心导鞋内有两个通道，主通道与油管连接，以满足在喷射过程中及时将井下射流切割产生的煤渣、施工液及煤层所含水抽排出井口，另一个偏心通道与软管导向管连接，高压喷射软管通过套管头侧翼口进入软管导向管，从而进入井下偏心导鞋的偏心通道内，井下偏心导鞋内的偏心通道提供高压喷射软管从垂直转向水平。本发明满足了井下径向水平钻孔工艺与喷射过程中抽排井下残留煤渣、施工液及煤层所含水工艺同时施工的要求。
Description
技术领域：本发明涉及煤层气开采技术领域，特别涉及煤矿井下抽排煤层气的装置，具体为一种井下径向钻孔抽排煤层气的装置。
背景技术：径向钻孔是在常规水平井的基础上发展起来的，通过井下工具直接在垂直井井筒内完成由垂直向水平方向的转向，同时利用射流喷嘴进行径向水平钻孔的新技术。
煤层气是在煤矿层及其邻近岩层中与煤伴生的以分子吸附状态赋存于煤基质表面上的一种可燃气体，其主要成分(常占90％以上)是甲烷(CH4)，俗称“瓦斯”。俗称瓦斯的煤层气是造成煤矿瓦斯***、煤岩体突出的灾害性气体和引起全球气候变暖的强烈温室性气体，同时它也是一种洁净的新能源。
我国地质构造条件复杂，煤矿中含瓦斯比例高，其中高瓦斯和有瓦斯突出的矿井占46％以上。随着矿井不断向深部延伸采和开采规模的加大，瓦斯灾害更加严重，显然，瓦斯已成为威胁我国煤炭安全高效生产的关键因素。在煤矿生产中，一般采取先抽气后采煤的方法，即采煤前利用尽可能短的时间快速有效地降低煤层和围岩中瓦斯含量，使原本高瓦斯的矿井转变为低瓦斯的矿井，建立本质安全型煤矿，防治瓦斯灾害，保障煤炭安全高效生产。
由于我国瓦斯煤层的低压、低渗、低吸附气饱和度的特性，地面钻井抽采和煤矿井下原始煤体瓦斯抽放都比较困难，为了提高瓦斯的抽放效果，必须促进煤层裂隙发育，以增加煤(岩)层的透气性。在煤矿井下瓦斯钻孔抽采治理中，根据钻孔的布置方式，常见方法主要有：高位钻孔抽采、本煤层(顺层)钻孔抽采以及穿层钻孔抽采等。其中沿煤层钻孔，由于没有无效进尺，钻孔进尺少，成孔速度快，抽采效果好，所以如果施工条件允许时被作为首选预抽瓦斯钻孔的施工方法。目前，水平井抽采井下煤层气，主要采用负压抽取煤层气，煤层气的采收率较低，同时由于水平孔眼的钻进深度有限，抽采的范围也受到一定的影响，容易在采区的中部形成煤层气开采空白带，浪费了大量煤层气资源，同时也为后期采煤留下了施工隐患。
发明内容：本发明要解决的技术问题是提供一种井下径向钻孔抽排煤层气的装置。
本发明的目的是根据井下采煤之前预抽放煤层气的需要，在矿区井下高抽巷内利用垂直井在煤层段形成多层段辐射状的径向水平钻孔，增加煤层的暴露面积，同时通过在煤层段钻长孔，可以增大钻孔的卸压范围，加大钻孔的影响半径，增加钻孔抽排煤层气量，从而提高钻孔的抽排效果。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种井下径向钻孔抽排煤层气的装置，主要由高压泵组、液压驱动滚筒、高压喷射软管、软管导向管、井下偏心导鞋、射流喷嘴、螺杆泵及螺杆泵驱动装置组成。高压泵组通过旋转接头与高压喷射软管连接，高压喷射软管的另一端接有射流喷嘴，高压喷射软管缠绕在液压驱动滚筒上，可以通过调节液压驱动滚筒的线速度来控制高压喷射软管的行进速度，螺杆泵接在井下偏心导鞋下部，由螺杆泵驱动装置驱动螺杆泵工作，以满足在喷射过程中及时将井下射流切割产生的煤渣、施工液及煤层所含水抽排出井口，井下偏心导鞋内有两个通道，主通道与油管连接，油管上端连接螺杆泵驱动装置，另一个偏心通道与软管导向管连接，高压喷射软管通过套管头侧翼口进入软管导向管，从而进入井下偏心导鞋的偏心通道内，井下偏心导鞋内的偏心通道提供高压喷射软管从垂直转向水平，从而实现径向水平钻孔。
与煤矿现有井下瓦斯钻孔抽采方式相比，本发明的有益效果为：
1、本发明径向钻孔的长度可达到50-100m，每个层段可钻进多个水平孔眼，从而可以减少井下高抽巷钻场布置的个数和钻孔的个数，缩短施工周期和节约施工成本。
2、本发明可使低透气、松软煤层的煤层气得到有效开采，在实施径向钻孔的同时，利用螺杆泵的抽排功能及时将井下射流切割产生的煤渣、施工液及煤层所含水抽排出井
口，保持井筒内液面始终处于煤层以下，以减少井筒内液柱压力对煤层结构的影响和防止径向孔眼的坍塌。
3、本发明把以安全为目的的煤层气抽放转为以利用煤层气资源为目的的抽排，达到了煤与煤层气共采的目的。
附图说明：
图1为本发明的径向钻孔装置结构示意图；
其中(1)为高压泵组，(2)为液压驱动滚筒，(3)为高压喷射软管，(4)为软管导向管，(5)为井下偏心导鞋，(6)为射流喷嘴，(7)为螺杆泵，(8)为螺杆泵驱动装置；
图2为图1的井下偏心导鞋，其中51为主通道；
图3为图2的A-A向剖面图，其中52为偏心通道。
具体实施方式：以下结合附图来详细描述本发明所提出的一种井下径向钻孔抽排煤层气的装置的具体结构。本发明包括高压泵组(1)、液压驱动滚筒(2)、高压喷射软管(3)、软管导向管(4)、井下偏心导鞋(5)、射流喷嘴(6)、螺杆泵(7)、螺杆泵驱动装置(8)。高压泵组(1)通过旋转接头与高压喷射软管(3)连接，高压喷射软管(3)的另一端接有射流喷嘴(6)，高压喷射软管(3)缠绕在液压驱动滚筒(2)上，可以通过调节液压驱动滚筒(2)的线速度来控制高压喷射软管(3)的行进速度，螺杆泵(7)接在井下偏心导鞋(5)下部，由螺杆泵驱动装置(8)驱动螺杆泵(7)工作，以满足在喷射过程中及时将井下射流切割产生的煤渣、施工液及煤层所含水抽排出井口，井下偏心导鞋(5)内有两个通道，主通道(51)与油管连接，油管上端连接螺杆泵驱动装置(8)，另一个偏心通道(52)与软管导向管(4)连接，高压喷射软管(3)通过套管头侧翼口进入软管导向管(4)，从而进入井下偏心导鞋的偏心通道(52)内，井下偏心导鞋(5)内的偏心通道(52)提供高压喷射软管从垂直转向水平。
通过油管将下部接有螺杆泵(7)的井下偏心导鞋(5)下入到裸眼井井筒内相应煤层深度，油管上端接有螺杆泵驱动装置(8)，然后将接有射流喷嘴(6)的高压喷射软管(3)通过套管头侧翼口伸入软管导向管(4)内，在井下偏心导鞋(5)中的偏心通道(52)的引导下，高压喷射软管(3)和射流喷嘴(6)从垂直转向水平。由高压泵组(1)提供高压水射流能量，利用射流喷嘴(6)的前向喷嘴所产生的水射流能量冲蚀切割煤层，当射流喷嘴(6)进入煤层后，在后向喷嘴的“自牵引力”作用下，高压喷射软管(3)自动进入煤层，此时调节液压驱动滚筒(2)的线速度以适应高压喷射软管(3)的自动送进速度，同时开启螺杆泵驱动装置(8)驱动螺杆泵(7)工作，及时将井筒内的水及煤渣及时抽排出井口，保持井筒内液面始终处于目标煤层以下，待水平孔眼的钻进长度达到设计长度后，缓慢回收高压喷射软管(3)，利用后向喷嘴产生的水力能量冲蚀煤层扩孔，从而形成一个具有一定直径，且达到一定钻进深度的水平孔眼。
Claims (2)
1.一种井下径向钻孔抽排煤层气的装置，包括：高压泵组(1)、液压驱动滚筒(2)、高压喷射软管(3)、软管导向管(4)、井下偏心导鞋(5)、射流喷嘴(6)、螺杆泵(7)，螺杆泵驱动装置(8)，其特征在于高压泵组(1)通过旋转接头与高压喷射软管(3)连接，高压喷射软管(3)的另一端接有射流喷嘴(6)，高压喷射软管(3)缠绕在液压驱动滚筒(2)上，螺杆泵(7)接在井下偏心导鞋(5)下部，井下偏心导鞋(5)上端与油管连接，油管上端连接螺杆泵驱动装置(8)，同时井下偏心导鞋(5)上端还连接有软管导向管(4)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，井下偏心导鞋(5)提供两个通道，一个为主通道(51)，另一个为偏心通道(52)。
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