一种岩石热能钻进实验装置的制作方法

本实用新型涉及一种岩石热能钻进实验装置，属于钻进实验领域。

背景技术：

目前，钻探工程基本都是采用硬质合金钻进、金刚石钻进、牙轮钻进等机械碎岩方法。热能钻进法能实现无钻杆钻进和不受地温影响，是最具前景的新型钻进方式。热能钻进法是用高温“钻头”接触岩石，通过热传导方式加热岩石达到熔化温度，一般情况下，岩石的熔化温度在1000℃～1500℃。目前国外设计的热能钻进实验装置最高温度为1300℃，不足以熔化花岗岩(约1500℃)，使用寿命仅十几小时。国内对热能钻进法的研究很少，主要集中在热熔套管技术的研究，缺少专门用于岩石热能钻进实验的装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述问题和不足，提供一种岩石热能钻进实验装置。

本实用新型是由热能钻进系统、保温系统和控制记录系统组成；

热能钻进系统包括发热元件和壳体，发热元件悬空在壳体内部，由保温毡固定，壳体由夹持器固定，装入限位筒；

保温系统包括贴棉、保温毡、炉壳、炉膛，加热棒、保温层和耐火砖，贴棉紧贴在壳体外侧，保温毡填充在壳体内部上端，炉膛嵌于炉壳内，保温层包裹岩石，耐火砖为垫底；

控制记录系统包括热电偶、限位筒、夹持器、升降台、控制记录仪、控温热电偶和电控柜，热电偶插入保温毡，测温端贴近发热元件，限位筒位于炉壳上方，中心与炉壳顶部相通直达炉膛内部，夹持器固定壳体，升降台与夹持器相连，控制记录仪连接热电偶、发热元件、升降台、电控柜和控温热电偶，控温热电偶插入炉膛。

实验用的岩石可以是凝灰岩玄武岩花岗岩玻璃石英岩盐等各类岩石和材料，形状为块状或圆柱状。

发热元件材料可以是硅碳棒、硅钼棒或石墨等发热体，根据所需温度上限和加热环境不同选定。

发热元件形状可以是U型、螺旋型、片状、网状、子弹状或层状等形状。壳体材料可以是钨铼合金、铼钼合金、氧化锆、氧化铝、硼化锆或硼化铪等合金及陶瓷材料。

传递能量方式为发热元件产生热能通过热辐射(壳体内部保护气或空气) 或热传导(壳体内部填充绝缘耐火材料)方式传递到壳体，壳体通过热传导方式传递到岩石上。

壳体内部填充的绝缘耐火材料可以是氧化镁、氧化锆或氧化铝等陶瓷微珠。

贴棉、保温毡和保温层的材料可以是石墨毡、氧化铝、氧化镁或陶瓷纤维等。

整体实验可在真空或保护气氛下进行。

本实用新型的工作原理：

1.岩石放置在炉膛耐火砖上，用保温层包裹。

2.开启控制记录仪和电控柜，升降台控制热能钻进系统缓慢下降，壳体底部紧贴岩石表面。

3.发热元件开始升温给岩石传递热能，热电偶反馈壳体内温度，炉膛内加热棒升温，控温热电偶反馈炉膛内温度。

4.当传递热能足以熔化岩石时，升降台继续控制热能钻进系统缓慢下降，挤出熔化的岩石使壳体与新鲜的岩石面接触保持钻进。

5.控制记录仪通过线缆链接热电偶、发热元件、升降台、电控柜和控温热电偶，显示上述对应的参数。

本实用新型的有益效果：

本实用新型主要在实验室中利用发热元件产生的高温通过壳体传递到岩石上使之熔化排开达到钻进的目的，通过对岩石的熔融效果、效率及热能功率等数据的采集，研究热能钻进岩石的机理变化，对实际热能钻进中应对不同岩层的参数选择和结构设计，提高热能钻进的效率有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1所示，本实用新型是由热能钻进系统1、保温系统2和控制记录系统3组成；

热能钻进系统1包括发热元件11和壳体12，发热元件11悬空在壳体12 内部，由保温毡22固定，壳体12由夹持器33固定，装入限位筒32；

保温系统2包括贴棉21、保温毡22、炉壳23、炉膛24，加热棒25、保温层26和耐火砖27，贴棉21紧贴在壳体12外侧，保温毡22填充在壳体12 内部上端，炉膛24嵌于炉壳23内，保温层26包裹岩石，耐火砖27为垫底；

控制记录系统3包括热电偶31、限位筒32、夹持器33、升降台34、控制记录仪35、控温热电偶36和电控柜37，热电偶31插入保温毡22，测温端贴近发热元件11，限位筒32位于炉壳23上方，中心与炉壳23顶部相通直达炉膛24内部，夹持器33固定壳体12，升降台34与夹持器33相连，控制记录仪35连接热电偶、发热元件11、升降台34、电控柜37和控温热电偶36，控温热电偶36插入炉膛24。

所述的实验用的岩石可以是凝灰岩、玄武岩、花岗岩、玻璃、石英和岩盐等各类岩石和材料，形状为块状或圆柱状。

所述的发热元件11材料是硅碳棒、硅钼棒或石墨。

所述的发热元件11的形状是U型、螺旋型、片状、网状、子弹状或层状。

所述的壳体12材料是钨铼合金或铼钼合金，或是氧化锆高温陶瓷材料、氧化铝高温陶瓷材料、硼化锆高温陶瓷材料或硼化铪高温陶瓷材料。

所述的贴棉21、保温毡22和保温层26的材料是石墨毡、氧化铝、氧化镁或陶瓷纤维。

本实用新型的工作原理和过程：

1.岩石放置在炉膛24底部耐火砖27上，用保温层26包裹。

2.开启控制记录仪35和电控柜37，升降台34控制热能钻进系统1缓慢下降，壳体12底部紧贴岩石表面。

3.发热元件11开始升温给岩石传递热能，热电偶31反馈壳体12内温度，炉膛24内加热棒25升温，控温热电偶36反馈炉膛24内温度。

4.当传递热能足以熔化岩石时，升降台34继续控制热能钻进系统1缓慢下降，挤出熔化的岩石使壳体12与新鲜的岩石面接触保持钻进。

5.控制记录仪35通过线缆链接热电偶、发热元件11、升降台34、电控柜 37和控温热电偶36，显示上述对应的参数。