[发明专利]一种地面定向钻井流态化水力采煤方法

权利要求书

1.一种地面定向钻井流态化水力采煤方法，所使用的地面定向钻井流态化水力采煤系统包括定向钻井水力采煤部分和定向钻井煤岩混合物输送部分；

所述的定向钻井水力采煤部分包括钻采定向钻机、定向采煤钻井(1)、采煤定向钻杆(2)和钻采一体化装置(3)；定向采煤钻井(1)相对于煤层倾斜方向的高端位置自地面通过钻采定向钻机打入，包括沿竖直方向的一个主采煤钻井段(11)、沿煤层倾斜走向向煤层倾斜走向的低端位置延伸的多个煤层钻井段(12)以及造斜连通设置在主采煤钻井段(11)与煤层钻井段(12)之间的采煤过渡钻井段(13)；采煤定向钻杆(2)包括多个密闭同轴安装连接为一体结构的空心钻杆段，采煤定向钻杆(2)内部空腔形成连贯的压力介质通道；钻采一体化装置(3)安装在采煤定向钻杆(2)的底端，包括流体控制机构Ⅰ(31)、钻进机构Ⅰ和水力切割机构，流体控制机构Ⅰ(31)用于控制流经采煤定向钻杆(2)的压力介质的流通方向，钻进机构Ⅰ包括可调弯壳体Ⅰ、孔底螺杆马达Ⅰ(32)以及通过万向轴总成安装在孔底螺杆马达Ⅰ(32)的动力输出端上的定向钻头Ⅰ(33)，定向钻头Ⅰ(33)上设有喷射方向面向钻进方向的钻进喷嘴Ⅰ，水力切割机构包括喷射方向沿定向钻头Ⅰ(33)径向方向设置为多个的水力切割喷嘴(34)，孔底螺杆马达Ⅰ(32)的高压输入端和水力切割喷嘴(34)分别与流体控制机构Ⅰ(31)密闭连通连接，孔底螺杆马达Ⅰ(32)的低压输出端与钻进喷嘴Ⅰ密闭连通连接；

所述的定向钻井煤岩混合物输送部分包括钻吸定向钻机、定向吸煤钻井(4)、吸煤定向钻杆(5)和钻吸一体化装置(6)；定向吸煤钻井(4)相对于煤层倾斜走向的低端位置自地面通过钻吸定向钻机打入，包括沿上下走向的一个主吸煤钻井段(41)、走向沿煤层宽度方向设置的一个煤层贯通钻井段(42)以及造斜连通设置在主吸煤钻井段(41)与煤层贯通钻井段(42)之间的一个吸煤过渡钻井段(43)，且煤层贯通钻井段(42)位于煤层倾斜走向低端位置的底部；吸煤定向钻杆(5)包括多个密闭同轴安装连接为一体结构的空心钻杆段，吸煤定向钻杆(5)内部空腔形成连贯的压力介质通道，压力介质通道包括压力水注入通道和吸煤通道；钻吸一体化装置(6)包括流体控制机构Ⅱ(61)、安装在吸煤定向钻杆(5)底端的钻进机构Ⅱ和安装在吸煤定向钻杆(5)上的吸煤机构，流体控制机构Ⅱ(61)用于控制流经吸煤定向钻杆(5)的压力介质的流通方向，钻进机构Ⅱ包括可调弯壳体Ⅱ、孔底螺杆马达Ⅱ(62)以及通过万向轴总成安装在孔底螺杆马达Ⅱ(62)的动力输出端上的定向钻头Ⅱ(63)，定向钻头Ⅱ(63)上设有喷射方向面向钻进方向的钻进喷嘴Ⅱ，孔底螺杆马达Ⅱ(62)的高压输入端通过流体控制机构Ⅱ(61)与压力水注入通道连接，孔底螺杆马达Ⅱ(62)的低压输出端与钻进喷嘴Ⅱ密闭连通连接，吸煤机构包括多个串联设置在吸煤定向钻杆(5)上的泥浆泵(64)、且泥浆泵(64)的物料输入端和物料输出端均与吸煤通道密闭连通连接，吸煤通道的输入端与流体控制机构Ⅱ(61)连接；

其特征在于，水力采煤方法具体包括以下步骤：

a.建井施工：采用探地雷达探测法确定煤层的埋深、厚度、倾角、长度范围及宽度范围，将钻采一体化装置(3)安装在采煤定向钻杆(2)的末端，根据煤层长度范围和宽度范围确定定向采煤钻井(1)的井口打钻位置后，在定向采煤钻井(1)的打钻井口位置附近布置并连接高压注水泵与储水罐，控制流体控制机构Ⅰ(31)使采煤定向钻杆(2)与钻采一体化装置(3)的钻进机构Ⅰ连通后启动高压注水泵进行钻进，采用钻采定向钻机利用钻采一体化装置(3)在地面通过逐级连接并推送采煤定向钻杆(2)施工开拓定向采煤钻井(1)，钻进过程中产生的泥浆经钻孔与采煤定向钻杆(2)之间的间隙自定向采煤钻井(1)的打钻井口位置排出，完成主采煤钻井段(11)的钻进后造斜并钻进采煤过渡钻井段(13)，然后根据水力切割喷嘴(34)的水力切割范围沿煤层倾斜走向向煤层倾斜走向的低端位置造斜并钻进第一个煤层钻井段(12)，第一个煤层钻井段(12)钻进至煤层倾斜走向的低端位置后停止钻进；施工开拓定向采煤钻井(1)的同时，将钻吸一体化装置(6)安装在吸煤定向钻杆(5)上，根据煤层长度范围和宽度范围确定定向吸煤钻井(4)的井口打钻位置后，在定向吸煤钻井(4)的打钻井口位置附近布置并连接高压注水泵与储水罐、并设置沉淀池，控制流体控制机构Ⅱ(61)使吸煤定向钻杆(5)的压力水注入通道与钻吸一体化装置(6)的钻进机构Ⅱ连通后启动高压注水泵进行钻进，采用钻吸定向钻机利用钻吸一体化装置(6)在地面通过逐级连接并推送吸煤定向钻杆(5)施工开拓定向吸煤钻井(4)，完成主吸煤钻井段(41)的钻进后，沿煤层的宽度方向造斜并钻进吸煤过渡钻井段(43)和煤层贯通钻井段(42)，煤层贯通钻井段(42)钻进至煤层宽度方向的边缘位置后停止钻进；

b.水力采煤：控制流体控制机构Ⅰ(31)使采煤定向钻杆(2)与钻采一体化装置(3)的水力切割机构连通后启动高压注水泵，水力切割喷嘴(34)喷出高压水射流对周向范围内的煤层进行水力切割，同时控制钻采定向钻机使采煤定向钻杆(2)慢速回退、直至钻采一体化装置(3)回退至第一个煤层钻井段(12)的顶端位置，即完成一次开采过程；控制钻采定向钻机推送采煤定向钻杆(2)使钻采一体化装置(3)复位至第一个煤层钻井段(12)的底端位置后进行二次水力切割，依次类推，控制钻采一体化装置(3)沿第一个煤层钻井段(12)的走向由低到高往复移动，直至将第一个煤层钻井段(12)内的煤炭资源全部水力开采完毕；

c.煤岩混合物上井：水力采煤过程中，第一个煤层钻井段(12)底端位置的煤层破碎后，第一个煤层钻井段(12)的底端位置与煤层贯通钻井段(42)贯通，被水力切割下的煤岩混合物呈流态化向煤层倾斜走向的低端位置移动、并进入煤层贯通钻井段(42)，将吸煤定向钻杆(5)吸煤通道的输出端连接沉淀池后控制钻吸定向钻机使钻吸一体化装置(6)回退至对应第一个煤层钻井段(12)的位置、并启动泥浆泵(64)，煤岩混合物被泥浆泵(64)泵压、并经吸煤定向钻杆(5)的吸煤通道提升至沉淀池；

d.平行接续采煤作业：待第一个煤层钻井段(12)内的煤炭资源全部开采完毕后，先控制钻采定向钻机使钻采一体化装置(3)回退至采煤过渡钻井段(13)，再根据水力切割喷嘴(34)的水力切割范围沿平行于第一个煤层钻井段(12)的方向造斜并钻进第二个煤层钻井段(12)，然后在第二个煤层钻井段(12)内进行水力采煤和煤岩混合物上井，依次类推，直至将煤层宽度方向上所有煤炭资源开采完毕。