本发明属于钻完井技术领域，尤其涉及一种干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井系统。
背景技术
根据中国国土资源部和中国地质调查局2015年的调查评价结果，全国陆域埋深在3000-10000米的干热岩资源量折合856万亿吨标准煤，可采资源量达17万亿吨标准煤，约占世界干热岩资源总量的1/6。
干热岩是没有水或蒸汽的、致密不渗透的高温岩体，可广泛用于发电、供暖、强化石油开采等等，开发过程中几乎不产生氮硫氧化物等污染物，且不受季节、气候和昼夜的制约，已是国际上公认的高效低碳清洁能源。从上个世纪70年代开始，全球多个国家一直在进行干热岩的开发利用试验研究。目前，美国、英国、澳大利亚等国已建立了多处开发利用试验研究基地。我国从1987年开始地热资源开发研究工作，2013年我国首次在青海共和盆地2230米深度成功钻获温度高达153℃的干热岩，2017年在该盆地3705米深处钻获236℃的高温干热岩体，整体上我国对地热的开发利用仍处于初级阶段。虽然我国干热岩开采落后于国外，但整体上看国内外干热岩开采均未进入大规模开采阶段，经过进一步研究发现，限制干热岩资源大规模开采主要是以下原因：
干热岩钻井成本高。干热岩开采前期投入中，与常规油气相同井深相比，干热岩钻井成本是常规油气钻井成本的2-5倍，钻井投入占前期干热岩投入超过80%，这是目前干热岩开采难以大规模推广的一个重要原因之一。
干热岩水力压裂效果差。为提高干热岩热交换效率，常规采用水力压裂技术对干热岩储层进行改造，水力压裂产生的裂缝较少，热交换效果不好，且容易出现“热传递短路”的现象，即热交换介质入口和进口温差非常小，不能对热能进行利用。“热传递短路”现象的出现即标致着井眼已无可利用的价值，此种现象大大缩短了干热岩的开采周期，导致干热岩此种现象困扰着干热岩的可持续开采。
干热岩综合效益差。常规油气开采井口排量大小决定了油气开采的效益，干热岩的效益则与单位时间内交换的热值有关，通常情况下，干热岩交换热值产生的效益远远少于常规油气资源开采所产生的效益，并且干热岩前期投入远远大于常规油气资源的投入，因此干热岩开采的综合效益普遍不高。
现有技术主要有以下几个缺点：
（1）、燃料、氧化剂与水混合比例及数量控制困难，甚至达不到燃烧的条件；
（2）、燃料、氧化剂与水提前按比例进行混合，混合物在地面及下入过程中可能会发生燃烧，具有严重的安全隐患；
（3）、在已有的裂缝中燃烧，并将原裂缝长度进行延伸，裂缝数量有限，容易发生“热传递短路”现象；
（4）、现有机器人采用的是快速固化液体炸药，炸药输送难以实现，输送过程中安全隐患非常大；
（5）、无法实现对多分支井眼的钻完井作业。
为改善我国能源结构、防治大气污染、促进经济社会生态环境科学发展，发明一种钻井成本低、存储改造效果好、综合效益高的干热岩开采技术具有重大而现实的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种能显著优化干热岩裂缝网络、降低“热传递短路”风险的干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井系统。
一种干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井系统，包括地面控制系统、机器人、钻进执行系统、爆炸压裂执行系统、水力压裂执行系统、定向执行系统、重入执行系统；所述机器人分别与钻进执行系统、爆炸压裂执行系统、水力压裂执行系统、定向执行系统、重入执行系统相连，所述机器人用于钻进、爆炸压裂、水力压裂的数据采集及控制。
所述地面口控制系统包括数据处理中心、地面数据采集传感器、钻完井控制器、地面信号收发装置、防喷器、连续油管井口装置、连续油管作业车、输入设备、存储单元；所述地面数据采集传感器、钻完井控制器、地面信号收发装置、输入设备、存储单元分别与数据处理中心相连；所述输入设备用于起爆信号输入、爆炸压裂位置数据输入、水力压裂位置数据输入。
所述钻进执行系统用于双水平井钻井，为干热岩热传递裂缝网络提供基础；所述爆炸压裂执行系统用于对所述双水平井进行爆炸压裂，形成多裂缝的热传递裂缝网络；所述水力压裂执行系统用于对爆炸压裂形成的热传递裂缝网络进行延伸形成水力压裂裂缝，从而沟通双水平井。
所述钻进执行系统由顺次连接的连续油管、连续油管转换接头、连续油管安全接头、单向阀、定向工具、动力钻具、重入工具、钻头组成，所述机器人设置在单向阀与定向工具之间。
机器人控制重入工具将钻井管串于丛式井眼入口位置下入，钻井管串对干热岩双水平井进行钻进作业，完成后连续油管作业车起出钻井管串；机器人控制重入工具将地面组装好爆炸压裂完井管串于丛式井眼入口位置下入，机器人拖曳爆炸压裂完井管串并依次对多个压裂点进行爆炸压裂，完成爆炸压裂作业；水力压裂完井管串对爆炸压裂形成的热传递裂缝网络进行延伸形成水力压裂裂缝，从而沟通双水平井。
所述爆炸压裂执行系统由顺次连接的连续油管、连续油管转换接头、连续油管安全接头、单向阀、水力锚、暂堵器a、起爆装置、炸药短节、暂堵器b、重入工具、引鞋组成；所述机器人设置在所述单向阀、水力锚之间。
所述水力压裂执行系统由顺次连接的连续油管、连续油管转换接头、连续油管安全接头、水力锚、封隔器a、喷射短节、封隔器b、重入工具、引鞋组成；所述机器人设置在所述连续油管安全接头、水力锚之间。
进一步的，所述地面数据采集传感器包括排量传感器、泵压传感器、下钻速度传感器、井深传感器，机器人根据地面数据采集传感器测得的数据分析出最佳的进给速度和牵引力。
进一步的，所述机器人包括井底数据采集传感器、cpu单元、钻进控制模块、井底信号收发装置、重入工具控制模块、定向工具控制模块、定向工具控制模块、爆炸压裂控制模块、水力压裂控制模块；所述重入工具控制模块、钻进控制模块、定向工具控制模块、爆炸压裂控制模块、水力压裂控制模块分别与cpu单元输出端相连；所述井底数据采集传感器与井底信号收发装置分别与cpu单元相连；所述井底信号收发装置与地面信号收发装置网络相连。
进一步的，所述钻完井控制器包括排量控制器、泵压控制器、连续油管卷筒转速控制器。
进一步的，所述井底数据采集传感器包括钻速传感器、钻压传感器、扭矩传感器、振动传感器、距离传感器、排量传感器、液压传感器、井筒识别传感器、方位传感器、井底信号收发装置；所述方位传感器用于井斜数据采集；所述井筒识别传感器用于实时扫描井筒形状参数，通过cpu单元识别出丛式井筒形状及其方位参数，机器人的中央处理器根据丛式井筒的方位参数控制重入工具进入相应的丛式井筒。
进一步的，所述炸药短节为模块化炸药短节，用于地面炸药用量调整。
进一步的，所述起爆装置由地面控制系统的输入设备输入的引爆信号通过机器人引爆。
本发明的有益效果在于：解决目前干热岩钻井成本高、压裂效果差、综合开采效益不好的问题，钻井过程中采用机器人技术，采用炸药短节输送增强了稳定性、安全性；实现对多分支井眼的钻完井作业；实现智能闭环钻井，能有效降低干热岩钻井作业成本，完井过程中采用爆炸与水力复合压裂技术，能显著优化干热岩裂缝网络，延伸裂了缝长度，增加了裂缝数量，降低“热传递短路”风险。
附图说明
图1是本发明的钻完井系统结构示意图；
图2是图1中钻井管串局部放大示意图；
图3是本发明的爆炸压裂结构示意图；
图4是图3中爆炸压裂完井管串局部放大示意图；
图5是本发明的水力压裂结构示意图；
图6是图5中水力压裂完井管串局部放大示意图；
图7是本发明的地面控制系统与机器人的系统图；
图8是本发明的工作流程图；
图9是本发明的丛式井重入控制流程图；
图10是本发明的钻井控制流程图；
图11是本发明的双水平井定向流程图；
图12是本发明的爆炸压裂控制流程图；
图13是本发明的水力压裂控制流程图。
图中标号表示：1-地层；2-连续油管井口装置；3-防喷器；4-地面信号收/发装置；5-信号线；6-连续油管卷筒；7-卷筒转速控制器；8-数据处理中心；9-连续油管作业车；10-泥浆泵；11-泥浆泵排量/泵压控制器；12-主井眼；13-连续油管；14-连续油管转换接头；15-连续油管安全接头；16-单向阀；17-机器人；18-定向工具；19-动力钻具；20-重入工具；21-钻头；22-水力锚；23-暂堵器a；24-起爆装置；25-炸药短节；26-暂堵器b；27-引鞋；28-封隔器a；29-喷嘴；30-封隔器b；31-双水平井；32-钻井管串；33-爆炸压裂完井管串；34-水力压裂完井管串；35-爆炸压裂裂缝；36-水力压裂裂缝；37-地面控制系统。
具体实施方式
本实施例提供一种干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井系统，包括地面控制系统、机器人17、钻进执行系统、爆炸压裂执行系统、水力压裂执行系统、定向执行系统、重入执行系统；所述机器人17分别与钻进执行系统、爆炸压裂执行系统、水力压裂执行系统、定向执行系统、重入执行系统相连，所述机器人用于钻进、爆炸压裂、水力压裂的数据采集及控制。
所述地面口控制系统包括数据处理中心、地面数据采集传感器、钻完井控制器、地面信号收发装置4、防喷器3、连续油管井口装置2、连续油管作业车9、输入设备、存储单元；所述地面数据采集传感器、钻完井控制器、地面信号收发装置、输入设备、存储单元分别与数据处理中心相连。
如图7所示，所述机器人17包括井底数据采集传感器、cpu单元、钻进控制模块、井底信号收发装置、重入工具控制模块、定向工具控制模块、定向工具控制模块、爆炸压裂控制模块、水力压裂控制模块；所述重入工具控制模块、钻进控制模块、定向工具控制模块、爆炸压裂控制模块、水力压裂控制模块分别与cpu单元输出端相连；所述井底数据采集传感器与井底信号收发装置分别与cpu单元相连；所述井底信号收发装置与地面信号收发装置4网络相连。
钻进执行系统用于双水平井32钻井，为干热岩热传递裂缝网络提供基础；所述爆炸压裂执行系统用于对所述双水平井进行爆炸压裂，形成多裂缝的热传递裂缝网络；所述水力压裂执行系统用于对爆炸压裂形成的热传递裂缝网络进行延伸形成水力压裂裂缝36，从而沟通双水平井。
如图1、图2所示，钻进执行系统由顺次连接的连续油管13、连续油管转换接头14、连续油管安全接头15、单向阀16、定向工具18、动力钻具19、重入工具20、钻头21组成，所述机器人17设置在单向阀16与定向工具18之间。
如图3、图4所示，爆炸压裂执行系统由顺次连接的连续油管13、连续油管转换接头14、连续油管安全接头15、单向阀16、水力锚22、暂堵器a23、起爆装置24、炸药短节25、暂堵器b26、重入工具20、引鞋27组成；所述机器人17设置在所述单向阀16、水力锚22之间。
如图5、图6所示，水力压裂执行系统由顺次连接的连续油管13、连续油管转换接头14、连续油管安全接头15、水力锚22、封隔器a28、喷射短节29、封隔器b30、重入工具20、引鞋27组成；所述机器人17设置在所述连续油管安全接头15、水力锚22之间。
一种干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井系统，其工作过程包括如下步骤：s1：根据干热岩埋藏深度、储层厚度、地层倾角、热能参数、传热参数设置干热岩丛式双水平井井眼轨迹、干热岩丛式双水平井井眼间距、干热岩丛式双水平井井身结构参数、钻井管串13参数、爆炸压裂完井管串33参数、水力压裂完井管串34参数；根据岩层物性参数、岩石可钻性设置水力参数、机械参数；并根据干热岩岩性得到爆炸压裂裂缝35及水力压裂裂缝36扩展规律，设置爆炸间距、炸药数量及水力压裂排量和压力参数；s2：地面组装好钻井管串32，机器人17控制重入工具20将钻井管串32于丛式井眼入口位置下入，钻井管串32对干热岩双水平井31进行钻进作业，完成后连续油管作业车起出钻井管串32；s3：机器人17控制重入工具20将地面组装好爆炸压裂完井管串33于丛式井眼入口位置下入，将爆炸压裂完井管串33拖曳至设置井深处，坐封水力锚22、暂堵器a23，起爆装置24对炸药短节25进行起爆作业，炸药短节25完成对干热岩的单点爆炸压裂，地面口控制系统拖曳爆炸压裂完井管串33并依次对多个压裂点进行爆炸压裂，完成爆炸压裂作业；s4：机器人17控制重入工具20将在地面组装好的水力压裂完井管串34于丛式井眼入口位置下入，机器人17将水力压裂完井管串34拖曳至设置井深处，坐封水力锚22，坐封封隔器30，地面泵入压裂液，压裂液在高压下延长爆炸压裂裂缝35长度，直至双水平井31通过裂缝联通，连续油管作业车9起出水力压裂完井管串，完成水力压裂作业。
如图9所示，一种干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井方法的分支井重入工具20工作原理，当机器人17下入到离丛式井筒5-10米时，通过地面控制系中的输入设备输入丛式井筒编号，数据处理中心对丛式井筒编号进行编码，地面信号收发装置将编码发射至井下，机器人17的井底信号收发装置接收编码信号，中央处理器进行解码，同时井筒识别传感器对井筒形状进行实时探测，探测数据由中央处理器进行判断，若判断出不是分支井筒则继续探测，当探测到分支井筒时对比井深是否是设计井筒，若不是设计的分支井筒则继续探测，若是分支井筒，则根据探测到的分支井筒方位将控制信号发射至重入工具控制器，重入工具控制器控制重入工具20引导钻井管串32、爆炸压裂完井管串33或水力压裂完井管串34进入到相应的井筒。
如图1与图10所示，一种干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井系统的钻进过程工作原理:在地面上组装好钻井管串32，下入钻进管串32，下入过程中重入工具20正常工作，当钻井管串32下入到离井底5-10米时，启动钻进模式，地面控制系统中的输入设备输入钻压、钻速，数据处理中心对钻速、钻压进行编码并将数据由地面信号收发装置4发射至井底，井底信号收发装置接收地面信号，中央处理器解码并将控制信号传递给钻进执行系统的比例控制阀控制器和节流阀控制器，比例控制阀控制器和节流阀控制器分别控制进给速度和进给钻压，钻进的同时机器人17的钻速传感器、钻压传感器、扭矩传感器、振动传感器、排量传感器、液压传感器实时检测钻速、钻压、扭矩、振动、排量及液压参数，中央处理器通过大数据分析并判断钻进过程是否最优，若不是则机器人17将最优的控制信号重新输入到钻进执行控制器并进行相应的进给速度、进给钻压调整，若是最优的钻进过程，则井底控制系统通过井底信号收发装置将钻井管串32移动速度发送至地面，地面控制系统的地面信号收发装置4接收信号并发射至数据处理中心，数据处理中心将钻井管串移动速度转换成连续油管转速，并将转速信号发射至卷筒转速控制器，卷筒转速控制器调整连续油管卷筒6转速。
如图11所示，在控制钻井的进给速度和进给钻压的同时，地面控制系统通过输入设备输入双水平井距离，数据处理中心对距离数据进行编码，地面信号收发装置4将信号发射至井底，井底信号收发装置接收信号，中央处理器解码，中央处理器对比距离传感器探测得到距离和地面发射的距离，同时中央处理器根据井斜/方位传感器测到的井斜和方位，结合中央处理器的对比结果并根据对比结果，计算出定向工具的调整角度，机器人17将调整角度发射至定向工具控制器，定向工具控制器控制定向工具18的定向角度，钻进过程中距离传感器实时监测，并将数据反馈给定向工具控制器，定向工具控制器实时控制定向工具的定向角度。
如图3与图12所示，一种干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井系统的爆炸压裂工作原理，地面组装好爆炸压裂完井管串33，下入爆炸压裂完井管串33，下入过程中重入工具20工作，地面控制系统的输入设备输入爆炸压裂位置数据，数据处理中心对位置数据进行编码，地面信号收发装置发射位置信号，机器人17的井底信号收发装置接收位置信号并发射至中央处理器解码，地面控制系统牵引爆炸压裂完井管串33的同时地面控制系统的井深传感器实时探测井深数据，若机器人17未到达设计井深，则持续牵引，若机器人17到达设计井深则机器人17发射爆炸压裂控制信号至爆炸压裂执行系统，水力锚22、坐封控制器、暂堵工具控制器和起爆控制器依次工作，并分别控制水力锚、暂堵器a、暂堵器b、起爆装置24,起爆装置24引爆炸药短节25，完成单点爆炸压裂，机器人17根据设计数据拖曳爆炸压裂完井管串33按照上述流程完成干热岩微小井眼爆炸压裂作业。
如图5与图13所示，一种干热岩机器人爆炸水力复合压裂钻完井系统的水力压裂工作原理，地面组装好水力压裂完井管串34，下入水力压裂完井管串34，下入过程中重入工具20工作，地面控制系统的输入设备输入水力压裂位置数据，数据处理中心对位置数据进行编码，地面信号收发装置发射位置信号，井底控制系统的井底信号收发装置接收位置信号并发射至中央处理器解码，机器人牵引水力压裂完井管串34的同时地面控制系统的井深传感器实时探测井深数据，若机器人未到达设计井深，则持续牵引，若机器人到达设计井深泥浆泵打压，机器人17发射水力压裂控制信号至水力压裂执行系统，水力压裂执行系统的水力锚坐封控制器、封隔器坐封控制器依次工作，并分别控制水力锚22、封隔器a28及封隔器b30，泥浆泵增加泵压进行压裂，完成单点水力压裂作业。
本发明不仅适用于干热岩开发，还适用于非常规油气（天然气水合物、煤层气、致密油气、页岩气）和常规油气资源的开发。