一种超临界液氮射流硬岩钻进装置及方法与流程

文档序号:20489742发布日期:2020-04-21 21:57阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种超临界液氮射流硬岩钻进装置,包括钻头(15)、外接发生装置和钻进动力组;钻头主要包括加热套管(15-1)、挡板开关装置(15-2)、喷嘴摆动装置(15-3)、高压喷嘴(15-4)、四周连有磁性球的曲面钢片(16);外接发生装置主要包括液氮罐(1)、水箱(2)、水泵(3)、电加热片(4)、中压容器(5)、保温保压管道(6)、输液管(7);钻进动力组包括密封圈(8)、旋转输水器(9)、液压钻机卡盘(10)、电动滑轮(11)、固定桩(12)、井口密封装置(13)、钻杆(14);所述一种超临界液氮射流硬岩钻进装置,其特征在于:

a.所述钻头内超临界液氮射流由机械脉冲装置控制,所述机械脉冲装置设置于钻头中每条保温保压管道内,与喷嘴相邻;机械脉冲装置由设置于管道轴心的四周连有磁性球(abcd)的曲面钢片(16)和管道壁上的挡板开关装置(15-2)构成;其中带直流电的磁性区(15-2-2)和感应区(15-2-3)被四片磁性球挡板(15-2-1)围绕,磁性球挡板通过穿过弹簧收纳盒(15-2-6)的牵引线与从动轮b(15-2-12)相连,弹簧(15-2-4)一端连于磁性球挡板上,另一端连于弹簧收纳盒,内置扭簧的l形挡板(15-2-5)位于管壁内侧,与从动轮a(15-2-11)上的牵引线(15-2-7)相连;轮轴(15-2-13)两端固定于挡板开关锁盒(15-2-9)内一对对立壁上,内置交流电控制磁区的主动轮(15-2-10)固定在轮轴中央,两边各串连着从动轮a和从动轮b,一端固定有轴电机(15-2-14),从动轮与轴的接触面涂有润滑剂,电线(15-2-8)连接着轴电机及感应区等各配件;

b.所述钻头内高温水射流一部分由喷嘴摆动装置(15-3)控制后经高压喷嘴喷出,喷嘴摆动装置设置在钻头中输液管内向分叉管上,与横向喷嘴相邻,由双摇杆机构和摇杆电机(15-3-1)组成;双摇杆机构中摇杆a(15-3-2)与摇杆电机输出轴连接,为主动件,摇杆b(15-3-4)为被动件,两摇杆由连杆(15-3-3)连接;另一部分高温水射流由钻头中输液管外向分叉管上的3个高压喷嘴喷出。

2.根据权利要求1中所述的一种超临界液氮射流硬岩钻进装置,其特征在于,保温保压管道(6)连接液氮罐(1)和旋转输水器(9),中间接有中压容器(5),输液管连接水泵(3)和旋转输水器;旋转输水器与保温保压管道(6)和输液管的初始交接处由密封圈(8)密封,钻头(15)连接钻杆(14)底部,使用管螺纹连接;液压钻机卡盘(10)安装在固定桩(12)上,由电动滑轮(11)和液压钻机卡盘(10)带动旋转和推进钻杆与钻头。

3.一种超临界液氮射流硬岩钻进方法,其基于一种超临界液氮射流硬岩钻进装置,其特征在于,主要包括以下步骤:

步骤1:同时使水与液氮分别通过输液管(6)和保温保压管道(7),经过水泵(3)、加热套管(15-1)和带有电加热片(4)的中压容器(5)的加工后形成高温水与超临界液氮;

步骤2:开启钻进动力机组,实施钻进,同时,分布于钻头翼上的两种流体由高压喷嘴(15-4)喷出并在硬岩面上交汇,钻头侧向喷嘴摆动装置(15-3)喷出的3股高温水分别与钻头中心的3股超临界液氮射流在硬岩凸台侧向交汇,利用冷热交替致裂作用进而提升碎岩效率。


技术总结
本发明涉及一种临界液氮射流硬岩钻进装置及方法,针对在硬岩层钻进时,普通水射流的钻进效率不高,以及刀具磨损程度较大等问题。本发明基于冷热交替致裂的原理,以超临界液氮和高温水的交汇实现了硬岩的高钻进率;提供的钻进装置具有机械脉冲装置和喷嘴摆动装置,可有效破碎未被刀具切割并易对钻头产生磨损的硬岩凸台部分。本装置与常规钻探装置相比,可以起到提高钻进效率,减小钻头刀具损耗的作用。

技术研发人员:杨晓峰;曲展慧;聂爱国;周家恒;简权
受保护的技术使用者:中国矿业大学(北京)
技术研发日:2020.01.02
技术公布日:2020.04.21
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