煤层长钻孔超声水力复合增透换能器通电钻杆及应用方法

本发明属于煤层增透，具体涉及一种煤层长钻孔超声水力复合增透换能器通电钻杆及应用方法。

背景技术：

1、现有常规的增透装置多在煤层气垂直井内使用，具体可在垂直井内悬吊增透装置(比如高能声波振动棒、电脉冲设备)，在垂直井内增透煤层，只能对近垂直井附近煤体进行增透，无法改造其他区域煤体，整体的增透作用效果有限。在水平钻孔内使用增透装置，可对长钻孔周边的煤体进行致裂，大范围改造煤层，将大大提高煤层气井的产量。但现有运送增透装置的工艺及增透装置结构设置不够完善，增透装置极少在水平长钻孔中使用。

2、cn202010290706.1披露了一种在煤层顶板、底板钻孔中增透煤层的方法，其先用钻孔设备钻出垂直井和水平孔，然后利用油管推送方式将可控冲击波产生装备(即增透装置)推送到钻孔内最深处的作业段。对于水平长钻孔，这种方式很难将增透装置送至远距离的水平长钻孔内，而且增透装置(比如高能声波振动棒、电脉冲设备、超声波换能器)需要携带电缆线，电缆线容易断，超声波换能器容易被外物损坏，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、本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题，本发明的第一个目的是提供一种煤层长钻孔超声水力复合增透换能器通电钻杆，本发明的第二个目的是提供一种前述煤层长钻孔超声水力复合增透换能器通电钻杆的应用方法。

2、为达到上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：煤层长钻孔超声水力复合增透换能器通电钻杆，包括内部中空的钻杆本体、以及安装在钻杆本体中的超声波换能器，超声波换能器的电缆线穿过钻杆本体中空的内部能够与外部超声发射器连接，钻杆本体的侧壁上具有若干与其内部相通的通孔，钻杆本体上安装有用于封闭或打开通孔的阀门。

3、上述技术方案，将超声波换能器内置到钻杆本体内，能更好的保护超声波换能器，借助钻机推送该通电钻杆，以此将超声波换能器送入长钻孔底部；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，钻孔中的水经通孔进入钻杆本体中并将超声波换能器浸泡，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。

4、在本发明的一种优选实施方式中，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/或超声波换能器安装在钻杆本体的前段；和/或在钻杆本体的长度方向间隔设有一个或多个超声波换能器，多个超声波换能器并联连接和/或串联连接。

5、上述技术方案，通孔对应于超声波换能器设置，能够使水更快速的到达超声波换能器；超声波换能器安装在钻杆本体的前段，能够将超声波换能器送入长钻孔的最底部；设置多个超声波换能器时，提高超声增透效率，缩短增透时间。

6、在本发明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。

7、上述技术方案，驱动机构驱动挡板运动以打开或关闭通孔，阀门的结构简单。

8、在本发明的一种优选实施方式中，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、在本发明的一种优选实施方式中，钻杆本体包括用于安装超声波换能器的钻杆前段、以及依次连接的多节子钻杆，钻杆前段与第一节子钻杆固接且密封连接，相邻两节子钻杆之间通过密封接头连接，密封接头设有导电结构，相邻两节子钻杆内的同一回路的电缆线通过导电结构电性连接。

10、上述技术方案，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；钻杆本体的各连接部位密封连接，确保超声波换能器线路不漏电，保证安全。

11、在本发明的另一种优选实施方式中，密封接头包括分别与两节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。

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；公接头与母接头采用螺纹密封，实现通电钻杆在密封接头处，其外部与内部的密封，因此该通电钻杆能够置于液体中使用，比如在超声水力复合增透中使用。

13、在本发明的另一种优选实施方式中，公接头和母接头靠近子钻杆的一端均内嵌有密封块，子钻杆中的电缆线穿过公接头的密封块与公接头导电头电性连接，子钻杆中的电缆线穿过母接头的密封块与母接头导电头电性连接；和/或公接头的外壁与母接头采用锥螺纹连接；和/或公接头和母接头中均内嵌有绝缘体，导电结构设在绝缘体上，子钻杆内的电缆线穿过绝缘体与导电结构电性连接、或者导电结构穿过绝缘体与子钻杆内的电缆线电性连接。

14、上述技术方案，密封块起密封作用，保证电缆线穿入公接头/母接头的密封性，而且密封块还可封闭子钻杆的端部，避免外部液体经密封接头进入子钻杆内部；锥螺纹连接的密封效果更好；公接头和母接头内还通过绝缘体进行密封，保证电回路密封，而且导电结构设在绝缘体上，避免短路。

15、在本发明的另一种优选实施方式中，在钻杆本体内设有两路电缆线，公接头导电头和母接头导电头的数量均为两对，两对公接头导电头和母接头导电头分别与其中一路电缆线电性连接；其中一个公接头导电头环设在另一公接头导电头外、且两个公接头导电头之间具有绝缘距离，其中一个母接头导电头环设在另一母接头导电头外、且两个母接头导电头之间具有绝缘距离。

16、上述技术方案，设置两个电回路，其中一个电回路通过电缆线为超声波换能器供电，另外一个电回路通过电缆线来传输钻孔内钻头的数据信息。

17、为达到上述第二个目的，本发明采用如下技术方案：煤层长钻孔超声水力复合增透换能器通电钻杆的应用方法，包括如下步骤：

18、s1、施工煤层钻孔；

19、s2、在钻孔的孔口处安装封孔器，将封孔器管道外壁与钻孔内壁之间的间隙密封；

20、s3、将超声波换能器与钻杆本体连接，并用钻机送入深部钻孔中，封闭钻杆本体外壁与封孔器管道内壁之间的间隙，完成对钻孔孔口的封堵；

21、s4、对钻孔中的通电线路进行检测，具体可利用手摇表测定两路电缆线的导通情况；

22、s5、将超声波换能器的电缆线与超声发生器连接；

23、s6、利用封孔器向钻孔内注水；

24、s7、开启超声发生器电路和钻孔内的传感器单元，记录孔内钻头的运动轨迹、水压和超声波强度；

25、s8、当钻孔内水压达到设定值时，开始超声在水力环境内的增透作业，作业过程中，监测超声声强、水压、以及温度的变化；

26、s9、完成钻孔内一段长度的增透作业后，打开封孔器的封堵件，撤出一定长度的钻杆，然后关闭封孔器的封堵件，注水、检测水压，然后继续增透；

27、s10、重复以上步骤s6-s9，直至完成对钻孔全段的水力环境下的超声增透；

28、s11、利用周边钻孔抽采数据进行增透效果考察、地质雷达考察。

29、上述技术方案，借助封孔器完成高压水封孔，同时利用封孔器往钻孔注水，让超声波换能器在高压水水环境下增透。

30、在本发明的另一种优选实施方式中，封孔器为动态封孔注水器，封孔器包括能够环设在钻杆本体外的管道、间隔设置在钻孔中对管道进行支撑的两个支撑座、套设在管道外的由弹性材料制成的囊袋、以及位于管道内且能够环设在钻杆本体外的封堵件，注水管穿过封堵件而伸入至管道中，，囊袋具有注水口和出水口，囊袋的注水口和出水口处设有阀门，囊袋包括沿钻孔长度方向设置的多节子囊袋，每节子囊袋通过管路并列连接；

31、步骤s2中，将高压水注入囊袋中，囊袋膨胀，将封孔器的管道外壁与钻孔内壁之间的间隙密封，管道内壁与钻杆本体外壁之间具有间隙；

32、步骤s3中，在钻孔孔口处安装封堵件，封闭钻杆本体外壁与管道内壁之间的间隙；

33、步骤s6中，注水管穿过封堵件，通过管道内壁与钻杆本体外壁之间的间隙向钻孔中注水。

34、上述技术方案，通过设置管道、囊袋和封堵件，将孔口的封堵分为两部分，把高压水注入囊袋中，囊袋膨胀，将封孔器的管道外壁与钻孔内壁之间的间隙密封，封堵件封闭钻杆本体外壁与管道内壁之间的间隙，以此完成对钻孔孔口的封堵。囊袋由多节并列连接的子囊袋组成，如果钻孔内壁不光滑、或者钻孔尺寸不完全一致，同样的水压，多节子囊袋的设置，可以保证摩擦固定囊袋以封堵孔口的同时，根据钻孔的尺寸子囊袋自适应调节，避免了一个子囊袋密封不严密；而且避免一个子囊袋破裂，整个囊袋失效的情况。

35、本发明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，或通过本发明的实践了解到。