【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤层增透，具体涉及一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统及应用方法。
技术介绍
1、我国大部分煤层为高瓦斯压力、高地应力和低渗透性煤层，煤层开采过程中瓦斯动力现象严重，地质条件复杂，煤层透气性差，导致大部分煤层抽采利用率较低。现有技术中，常规的水力压裂技术无法控制煤体裂纹的起裂位置和扩展方向，且裂隙延伸范围较小，容易造成水锁现象，堵塞瓦斯运移的通道。注气开采增渗效果较好，但受到气源和经济性的限制。高压电脉冲措施进行的煤层增透技术具有瞬时强效的特点，可使煤层产生宏观大尺度裂隙，但对较小尺度的孔隙影响程度有限。超声致裂措施进行煤层增透，对煤层的微孔裂隙结构具有很强的改造作用，但受超声功率的影响，难以应用于坚硬厚实煤层的大尺度改造。高压电脉冲与超声叠加可对煤层全尺度孔隙产生改造效应，最大限度提升煤层渗透性、扩散性。
2、cn202110172986.0披露了一种电脉冲协同超声波的煤层气强化开采方法，利用超声波发生器产生的弹性效应，扰动正电极井筒和负电极井筒之间的煤层，在煤层内催生出孔裂隙，同时向煤层注满导电离子溶液，利用高压电脉冲放电击穿正电极和负电极之间的煤层，巨大的能量形成冲击波作用于煤层，有效地增加煤层内的裂隙数量并改善裂隙连通性。前述公开专利，在煤层施工两个竖向钻井来进行增透，然而竖向钻井对煤层水平方向的增透影响小，难以在水平方向产生大范围的裂隙；而且，对于水平长钻孔，这种方式很难将增透装置(包括超声波换能器、正电极、负电极、高压脉冲发射装置等)送至远距离的水平长钻孔内，而且增透装置需要携带电缆线，电缆
技术实现思路
1、本专利技术旨在解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术的第一个目的是提供一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，本专利技术的第二个目的是提高一种基于前述的电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统的应用方法。
2、为达到上述第一个目的，本专利技术采用如下技术方案：一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，在煤层中施工有钻孔，钻孔为水平长钻孔，增透系统包括钻杆、与钻杆相连的位于钻孔外的钻机、安装在钻杆中的超声波换能器和电脉冲放电电极，超声波换能器的电缆线穿过钻杆连接有位于钻孔外的超声波发生系统，电脉冲放电电极的电缆线穿过钻杆连接有位于钻孔外的电脉冲发生系统。
3、上述技术方案，将超声波换能器和电脉冲放电电极内置到钻杆内，能更好的保护超声波换能器、电脉冲放电电极以及与两者连接的电缆线；随着钻杆钻头的钻进，超声波换能器和电脉冲放电电极进入深部钻孔，在钻进的同时，对钻孔周边煤层进行增透作业，极大提高工作效率。本专利技术的钻机和钻杆用于在钻孔中钻进，电脉冲发生系统和电脉冲放电电极用于实施高压电脉冲增透，超声波发生系统和超声波换能器用于实施超声波增透，本专利技术集钻杆定向钻进、高压电脉冲致裂煤体、高频超声波改造煤体微缝网结构三大功能于一体。
4、在本专利技术的一种优选实施方式中，钻杆中还设有沿其长度方向延伸的通水管路，钻杆的侧壁上设有与通水管路相通的若干通孔，钻杆设置超声波换能器的节段具有水腔，水能够通过通水管路或通孔进入水腔中；钻孔的孔口处设有与钻杆连接的用于封闭钻孔内壁与钻杆外壁之间的间隙的封孔器，封孔器上连接有与通水管路相通的进水管，进水管与水源连接，进水管上设有进水阀。
5、上述技术方案，封孔器和水压监测设备用于钻孔孔内注水的封堵和水压的监测。超声增透作业时，先通过封孔器将钻孔的孔口封闭，然后打开进水阀，水经进水管进入通水管路，通过通水管路向钻孔中注水，使超声在水力环境内进行增透作业，增透效果更好；而且电脉冲使煤层产生的宏观裂隙，有利于水在煤层的传播，可以促进超声的空化效应的影响范围，增强超声作用效果。
6、在本专利技术的一种优选实施方式中，封孔器套设在钻杆外，通水管路的进水口位于封孔器内的钻杆节段中，位于封孔器内的钻杆节段的侧壁上具有同时与通水管路的进水口和进水管出水口相通的流通孔。
7、在本专利技术的一种优选实施方式中，封孔器包括套设在钻杆外的位于钻孔外的夹持器、以及与夹持器相连的位于钻孔内的由弹性材料制成的注水囊袋，注水囊袋套设在钻杆外用于封闭钻孔内壁与钻杆外壁之间的间隙；进水管设在夹持器上，夹持器上还设有与囊袋相通的注水管，注水管上设有注水阀。
8、上述技术方案，水经注水管进入注水囊袋中，注水囊袋膨胀，将钻杆外壁与钻孔内壁之间的间隙密封，以封闭钻孔的孔口。
9、在本专利技术的一种优选实施方式中，通水管路与水腔相通，在钻杆安装超声波换能器对应的侧壁节段设置通孔；和/或钻杆上安装有用于封闭或打开通孔的阀门，阀门包括设在钻杆内壁上的挡板、以及驱动挡板运动以打开或关闭通孔的驱动机构，驱动机构驱动挡板沿钻杆的轴向、和/或周向运动以打开或关闭通孔。
10、上述技术方案，通过钻机将钻杆送入钻孔中时，阀门关闭，可避免钻孔中的颗粒物经通孔进入钻杆内部，而且可避免通孔被堵塞；超声增透煤层时，阀门打开，通水管路中的水经通孔注入钻孔中，使超声在水力环境内进行增透作业，利于超声波换能器发射的超声波的传播和超声空化射流效应的形成，增透效果更好。。
11、在本专利技术的另一种优选实施方式中，钻杆包括依次相连的多节子钻杆，子钻杆包括与钻头连接的前端子钻杆、与前端子钻杆相连的用于安装超声波换能器和电脉冲放电电极的容置子钻杆、以及位于超声波换能器后侧的与容置子钻杆相连的水电双通子钻杆，通水管路分成若干节段分别设置在水电双通子钻杆中，容置子钻杆与第一节水电双通子钻杆之间、以及相邻两节水电双通子钻杆之间通过密封接头连接，密封接头设有导电结构和管连接结构，相邻两节水电双通子钻杆内的同一回路的电缆线通过导电结构电性连接，相邻两节通水管路通过管连接结构连接。
12、上述技术方案，通过水电双通子钻杆实现钻杆杆内注水和导电双重输送；钻杆由多节子钻杆组成，可根据钻孔的长度按需设置合理数量的子钻杆，而且多节子钻杆可弯曲，使得钻杆还可用于定向长钻孔，具体可从地面向下钻进至煤层后，再在煤层中钻进水平长钻孔。
13、在本专利技术的另一种优选实施方式中，增透系统还包括导电凝胶喷射机构，导电凝胶喷射机构包括可伸缩的连续体机器人、以及由连续体机器人携带的喷射管；电脉冲放电电极包括主放电电极，主放电电极包括可伸缩的连续体机器人及其携带的放电端；增透系统还包括声波探查装置和声波接收装置。
14、上述技术方案，高压电脉冲放电致裂煤体时，将导电凝胶注入煤层的裂隙内或者预期产生裂隙的位置，便于电脉冲放电电极放电时电能的传递；在喷注导电凝胶的目标位置放电，保证能量沿着导电凝胶传递入煤层内部，使裂隙变宽变长，利于煤层增透；声波探查装置向不同方向发射超声波，声波接收装置接收超声波，依据发射接收的时间差探查煤层中存在的裂隙，以便定位裂隙的位置。
15、在本专利技术的另一种优选实施方式中，电脉冲放电电极还包括沿着钻杆分布的从放电电极。
16、上述技术方案，在主放电电极放电时候，从放电电极本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，在煤层中施工有钻孔，所述钻孔为水平长钻孔，其特征在于，所述增透系统包括钻杆、与钻杆相连的位于钻孔外的钻机、安装在钻杆中的超声波换能器和电脉冲放电电极，所述超声波换能器的电缆线穿过钻杆连接有位于钻孔外的超声波发生系统，所述电脉冲放电电极的电缆线穿过钻杆连接有位于钻孔外的电脉冲发生系统。
2.根据权利要求1所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述钻杆中还设有沿其长度方向延伸的通水管路，所述钻杆的侧壁上设有与通水管路相通的若干通孔，所述钻杆设置超声波换能器的节段具有水腔，水能够通过通水管路或所述通孔进入所述水腔中；
3.根据权利要求2所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述封孔器套设在钻杆外，所述通水管路的进水口位于封孔器内的钻杆节段中，位于封孔器内的钻杆节段的侧壁上具有同时与通水管路的进水口和进水管出水口相通的流通孔。
4.根据权利要求3所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述封孔器包括套设在钻杆外的位于钻孔外的夹持器、以及与夹持器相连的位于钻孔内
5.根据权利要求2所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述通水管路与水腔相通，在所述钻杆安装超声波换能器对应的侧壁节段设置所述通孔；
6.根据权利要求1所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述钻杆包括依次相连的多节子钻杆，子钻杆包括与钻头连接的前端子钻杆、与前端子钻杆相连的用于安装超声波换能器和电脉冲放电电极的容置子钻杆、以及位于超声波换能器后侧的与容置子钻杆相连的水电双通子钻杆，通水管路分成若干节段分别设置在水电双通子钻杆中，容置子钻杆与第一节水电双通子钻杆之间、以及相邻两节水电双通子钻杆之间通过密封接头连接，所述密封接头设有导电结构和管连接结构，相邻两节水电双通子钻杆内的同一回路的电缆线通过所述导电结构电性连接，相邻两节通水管路通过所述管连接结构连接。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述增透系统还包括导电凝胶喷射机构，所述导电凝胶喷射机构包括可伸缩的连续体机器人、以及由连续体机器人携带的喷射管；
8.根据权利要求7所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述电脉冲放电电极还包括沿着钻杆分布的从放电电极。
9.一种基于根据权利要求2-8中任一项所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统的应用方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求9所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，采用高压电脉冲放电致裂煤体时，还包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，在煤层中施工有钻孔，所述钻孔为水平长钻孔，其特征在于，所述增透系统包括钻杆、与钻杆相连的位于钻孔外的钻机、安装在钻杆中的超声波换能器和电脉冲放电电极，所述超声波换能器的电缆线穿过钻杆连接有位于钻孔外的超声波发生系统，所述电脉冲放电电极的电缆线穿过钻杆连接有位于钻孔外的电脉冲发生系统。
2.根据权利要求1所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述钻杆中还设有沿其长度方向延伸的通水管路，所述钻杆的侧壁上设有与通水管路相通的若干通孔，所述钻杆设置超声波换能器的节段具有水腔，水能够通过通水管路或所述通孔进入所述水腔中；
3.根据权利要求2所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述封孔器套设在钻杆外，所述通水管路的进水口位于封孔器内的钻杆节段中，位于封孔器内的钻杆节段的侧壁上具有同时与通水管路的进水口和进水管出水口相通的流通孔。
4.根据权利要求3所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述封孔器包括套设在钻杆外的位于钻孔外的夹持器、以及与夹持器相连的位于钻孔内的由弹性材料制成的注水囊袋，所述注水囊袋套设在钻杆外用于封闭钻孔内壁与钻杆外壁之间的间隙；
5.根据权利要求2所述的一种电脉冲-超声双重致裂煤层增透系统，其特征在于，所述通水管路与水腔相通，在所述钻杆安装超声波换...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘鹏，鲍广杰，柳先锋，聂百胜，刘伟，何珩溢，赵政舵，赵渝龙，陈楠，李闯，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：
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