一种电脉冲超声一体钻杆

本技术属于煤层增透，具体涉及一种电脉冲超声一体钻杆。

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缝数量并改善裂缝连通性。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缝；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，电缆线容易断，使得增透装置在水平长钻孔内的运送更加不方便。

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电脉冲超声一体钻杆。

2、为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种电脉冲超声一体钻杆，包括钻杆本体，钻杆本体中安装有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本体能够与外部的超声波发生系统连接，电脉冲放电电极的电缆线穿过钻杆本体能够与外部的电脉冲发生系统连接。

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本体内，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。本实用新型集钻杆定向钻进、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、在本实用新型的一种优选实施方式中，钻杆本体中还设有沿其长度方向延伸的通水管路，钻杆本体的侧壁上设有与通水管路相通的若干通孔，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或通孔进入水腔中。

5、上述技术方案，超声增透作业时，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、在本实用新型的一种优选实施方式中，通水管路与水腔相通，在钻杆本体安装超声波换能器对应的侧壁节段设置通孔；和/或钻杆本体上安装有用于封闭或打开通孔的阀门。

7、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，利于超声水力复合增透。

8、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。

9、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。

10、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。

11、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。

12、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。

13、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，使得该钻杆不仅可可以通水，还能够置于液体中使用，比如在超声水力复合增透中使用。

14、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。

15、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。

16、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。

17、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。

18、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。

19、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。

20、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。

21、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。

22、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：先实施高压电脉冲致裂煤体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，高压电脉冲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，弥补高压电脉冲在微缝网改造上的不足。电脉冲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。

23、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。