一种超声水力钻杆

本技术属于煤层增渗，具体涉及一种超声水力钻杆。

背景技术：

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，且裂缝延伸范围较小，容易造成水锁现象，堵塞瓦斯运转的通道。

2、水力造穴是以水力采煤为基础，形成的一种防治煤与瓦斯突出的方法，利用高压将水射入煤体，高压水载荷作用煤体使其破碎，破碎的煤和释放出瓦斯排出孔外，煤层产生位移，应力重新分布，造穴洞室附近的应力降低，煤中的孔隙裂隙数量显著提升，起释放地应力、提高透气性的目的。比如cn202010539985.0披露了一种前端动力型水力大直径分级造穴卸压增透装置及方法，其主要用于井下煤层水力冲孔增透过程中大直径造穴，通过拆卸加长射流杆实现分级造穴，并通过钻杆的横向旋转以及射流装置的纵向旋转实现三维立体造穴，具有卸压面积大、操作简单、动力充足、造穴速度快、易于控制等优点。

3、水力造穴卸压对近孔区域宏观裂隙改造效果较好，但对于近孔区域微裂隙和孔隙效果一般，同时对远孔区域的宏微观裂隙、孔隙改造的能力十分有限，尤其限制了远孔区域瓦斯抽采效果，因此有必要进行改进。

技术实现思路

1、本实用新型旨在解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种超声水力钻杆。

2、为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种超声水力钻杆，包括钻杆本体，钻杆本体中安装有超声波换能器，超声波换能器的电缆线穿过钻杆本体能够与外部的超声波发生系统连接；钻杆本体中还设有沿其长度方向延伸的通水管路，钻杆本体设置超声波换能器的节段具有水腔，水能够通过通水管路进入水腔中，钻杆本体的侧壁上还安装有水力造穴喷嘴，通水管路或水腔中的水能够经水力造穴喷嘴喷射至煤层以造穴。

3、上述技术方案，随着钻杆钻头的钻进，超声波换能器和水力造穴喷嘴进入深部钻孔，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；而且将超声波换能器内置在钻杆本体内，能更好的保护超声波换能器及其电缆线。本实用新型集钻杆定向钻进、水力造穴改造煤体宏观裂隙、高频超声波改造煤体微缝网结构三大功能于一体，将超声增透和水力造穴卸压两个技术联合，可以对远孔-近孔进行充分改造，避免增渗空白带；同时，可对宏、微观裂隙及孔隙进行全孔径结构改造增渗。

4、在本实用新型的一种优选实施方式中，在钻杆本体的侧壁上设有与水腔相通的通孔，钻杆本体中安装有用于封闭或打开通孔的阀门。

5、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本体内部，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。

6、在本实用新型的一种优选实施方式中，阀门包括设在钻杆本体内壁上的挡板、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本体的轴向、和/或周向运动以打开或关闭通孔。

7、上述技术方案，驱动机构驱动挡板沿钻杆本体的轴向、和/或周向运动以打开或关闭通孔，阀门的结构简单。

8、在本实用新型的一种优选实施方式中，钻杆本体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水力造穴喷嘴的容置子钻杆、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。

9、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。

10、在本实用新型的一种优选实施方式中，超声波换能器和水力造穴喷嘴分别安装在两节容置子钻杆中，超声波换能器位于水力造穴喷嘴的后侧，两节容置子钻杆紧邻设置。

11、在本实用新型的另一种优选实施方式中，密封接头包括分别与两节水电双通子钻杆端部固接的公接头和母接头，公接头的外壁与母接头螺纹连接，导电结构包括设在公接头外端的与水电双通子钻杆内穿出的电缆线电性连接的公接头导电头、以及设在母接头外端的与水电双通子钻杆内穿出的电缆线电性连接的母接头导电头；公接头和母接头螺纹连接为一体时，公接头导电头能够与母接头导电头电性连接、且相邻两节通水管路能够连接为一体。

12、上述技术方案，公接头与母接头螺旋相接后，公接头导电头与母接头导电头电性接触，而使电路导通，相邻两节通水管路能够连接为一体而使水路导通；公接头与母接头采用螺纹密封，实现钻杆本体在密封接头处，其外部与内部的密封，使得该钻杆不仅可以通水通电，还能够置于液体中使用，比如在超声水力复合增透中使用。

13、在本实用新型的另一种优选实施方式中，通水管路同轴设置在水电双通子钻杆中，相邻两节通水管路通过螺纹连接、且与公接头和母接头的螺纹旋向相同且螺距相等。

14、上述技术方案，在公接头与母接头螺纹连接为一体时，相邻两节通水管路也连接为一体，实现水路导通。

15、在本实用新型的另一种优选实施方式中，公接头导电头为环设在通水管路外的与公接头同轴设置的导电环，母接头导电头为设在通水管路外侧的与导电环位置对应的导电块。

16、上述技术方案，公接头导电头为导电环，无论公接头与母接头的周向位置如何，公接头导电头和母接头导电头均能接触以导通。

17、在本实用新型的另一种优选实施方式中，母接头导电头的内端固接有导电杆，导电杆的内端与电缆线电性连接，导电杆外套设有弹簧，母接头导电头和导电杆一起通过弹簧与母接头弹性连接。

18、上述技术方案，通过设置弹簧，在零部件加工尺寸存在误差是，仍可保证公接头和母接头螺纹连接为一体时，公接头导电头始终能够与母接头导电头接触，保证电回路的导通。

19、在本实用新型的另一种优选实施方式中，通水管路外壁与水电双通子钻杆内壁之间、通水管路外壁与公接头内壁之间、以及通水管路外壁与母接头内壁之间均设置绝缘体，电缆线嵌设在绝缘体中，导电结构设在绝缘体上，水电双通子钻杆内的电缆线穿过绝缘体与导电结构电性连接。

20、上述技术方案，子钻杆内壁与电缆线之间、以及通水管路和电缆线之间还通过绝缘体进行隔离，保证密封；而且导电结构设在绝缘体上，避免短路。

21、相比现有技术，本实用新型较优的技术方案具有如下有益效果：先实施水力造穴生成大量宏观裂隙结构，打通煤体中的瓦斯渗流通道；之后实施高频超声波激励煤体辅助生成大量微缝网结构，改善煤体中的瓦斯扩散通道。其中，水力造穴所形成的大尺度裂隙通道有利于水在煤层中的传播，可强化后续的超声波空化效应；同样，高频超声波可改善煤中微尺度缝网结构，弥补水力造穴在微缝网改造上的不足。水力造穴协同超声波增透煤层，可高效改造煤中全尺度孔、裂隙结构，有利于打通煤体中瓦斯的扩散、渗流通道，更大限度提升煤中瓦斯的解吸-扩散-渗流，最大限度改善煤层瓦斯运移通道，解决运移受限瓶颈结构问题，最终提高瓦斯抽采量。

22、本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。