一种导波管的制作方法

本实用新型涉及干热岩钻探技术领域，尤其涉及一种导波管。

背景技术：

干热岩地热能具有能量大、分布广、安全性高、热能持续稳定等特点，是目前地热能开发的重要目标之一。在现阶段，为了获取干热岩地热能，通常使用机械式钻具进行钻井，其主要过程包括：利用钻机带动地质钻杆做回旋运动，使地质钻杆逐渐向下延伸至干热岩层。

但是，由于干热岩层通常深埋于地下数千米，当地质钻杆在钻探过程中向下延伸时，地质钻杆经常会遇到不同材质和硬度的岩石，如果地质钻杆遇到岩石的硬度较大，将会严重降低地质钻杆的前进速度，并会对地质钻杆造成较大磨损；此时，需要重新对地质钻杆的前进方向或钻探位置进行调整，这样导致整个干热岩钻探过程的效率较低。因此，如何提高干热岩的钻探效率，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种导波管，用于使毫米波在干热岩钻探过程中有效传输至干热岩层，以提高干热岩的钻探效率。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型提供一种导波管，该导波管包括：承压管，以及设置在所述承压管内侧的导波层；其中，所述导波层的外壁与所述承压管的内壁相连，所述导波层的内壁用于反射毫米波。

在本实用新型中，通过在导波管中设置承压管，可以使导波管具有较高的强度；这样，在导波管向下延伸至干热岩层的过程中，可以避免导波管由于地层压力的作用而发生变形损坏，并可以避免导波管由于自身重力过大而发生断裂，从而使导波管能够顺利延伸至干热岩层。而且，在本实用新型中，在承压管的内侧设置有导波层，且导波层的内壁能够反射毫米波；这样，可以在毫米波沿导波管轴向传播的过程中，有效避免毫米波被其他物质吸收、并可以有效防止毫米波因为发生散射而被削弱，从而有效避免毫米波发生损耗。

由于在本实用新型所提供的技术方案中，导波管能够延伸至干热岩层，且导波管能够有效避免毫米波在传播过程中发生损耗，因此，利用该导波管进行干热岩钻探时，可以将毫米波有效传输至干热岩层，从而为利用毫米波进行干热岩钻探提供了便利，进而可以提高干热岩的钻探效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例中导波管的沿轴向的局部剖视图；

图2为本实用新型实施例中导波管的立体结构示意图；

图3为本实用新型实施例中导波管的第一种径向截面示意图；

图4为本实用新型实施例中导波管的第一种轴向截面示意图；

图5为本实用新型实施例中导波管的第二种径向截面示意图；

图6为本实用新型实施例中导波管的第二种轴向截面示意图；

图7为本实用新型实施例中导波管的第三种径向截面示意图；

图8为本实用新型实施例中导波管的第三种轴向结构示意图；

图9为本实用新型实施例中导波管的第四种径向截面示意图；

图10为本实用新型实施例中导波管的另一种立体结构示意图。

附图标记：

1-承压管， 11-子承压管，

2-导波层， 21-金属镀层，

22-金属管， 3-隔热层，

4-信号传输部。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合说明书附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本实用新型保护的范围。

正如背景技术所述，目前干热岩的钻探效率较低。针对该技术问题，相关技术提供了一种定向能量毫米波(Millimeter Waves，简称：MMW)钻井技术，该技术通过向岩石层定向发射毫米波，并利用毫米波将特定区域的岩石层加热汽化，来达到在岩石层钻孔的目的；在利用该技术进行干热岩钻探的过程中，当遇到不同材质和硬度的岩石时，只需要适当调整毫米波的能量，即可使该岩石汽化，从而无需对钻探的方向和钻探的位置进行调整，即可使探井的井筒穿过该岩石，进而可以提高干热岩的钻探效率。

目前，在对毫米波进行定向发射时，通常是对毫米波进行短距离导向(通常不会超过10米)后，使毫米波在空气中自行沿某一方向进行传播；然而，在利用毫米波进行干热岩钻探时，由于井筒的井壁是由岩石构成，且该岩石井壁会导致毫米波在传播过程中发生严重衰减，因此，目前已有的毫米波定向发射方式无法使毫米波有效传输至干热岩层；也就是说，在相关技术中，利用定向能量毫米波钻井技术难以使干热岩探井的井筒延伸至干热岩层，这样也就难以利用定向能量毫米波钻井技术获得干热岩层中的能量。

基于此，本实用新型实施例提供了一种导波管，请参阅图1～图4，该导波管包括：承压管1，以及设置在承压管1内侧的导波层2；其中，导波层2的外壁与承压管1的内壁相连，导波层2的内壁用于反射毫米波。

实际工作时，导波管的一端连接在毫米波发生器的毫米波输出端，导波管的另一端对准需要被加热的岩石；毫米波发生器启动后，毫米波进入导波管内的空腔中，并沿导波管的轴向传播至岩石层，以使被加热的岩石发生汽化。随着岩石的汽化，探井的井筒逐渐向下延伸，这时，需要将导波管向下逐渐插入井筒，以使导波管靠近井底的一端与井底之间的距离保持在适当的范围之内，从而使毫米波能够不断将井底的岩石加热汽化，直到探井的深度满足要求。

由于在进行干热岩钻探的过程中，需要将导波管从地表逐渐向下延伸至位于地下数千米的干热岩层，因此导波管向下延伸的长度也能够达到数千米；这时，导波管需要承受自身重力所带来的较大拉力；而且，当导波管延伸到地下数千米的深度时，需要承受来自地层的较大的压力。在本实施例中，通过在导波管中设置承压管1，可以使导波管具有较高的强度；这样，在导波管向下延伸至干热岩层的过程中，可以避免导波管由于地层压力的作用而发生变形损坏，并可以避免导波管由于自身重力过大而被拉断，从而使导波管能够顺利延伸至干热岩层。

而且，在本实施例中，在承压管1的内侧设置有导波层2，且导波层2的内壁能够反射毫米波；这样，可以在毫米波沿导波管的轴向传播的过程中，有效避免毫米波被其他物质吸收、并可以有效防止毫米波因为发生散射而被削弱，从而有效避免毫米波发生损耗。

可见，由于在本实施例中，导波管能够延伸至干热岩层，且导波管能够有效避免毫米波在传播过程中发生损耗，因此，利用该导波管进行干热岩钻探时，可以将毫米波有效传输至干热岩层，从而为利用毫米波进行干热岩钻探提供了便利，进而可以提高干热岩的钻探效率。

需要说明的是，在钻井的过程中，岩石融化面的直径大于导波管的管径，这样可以使井筒的直径大于导波管的直径，从而使井筒的井壁和导波管的外壁之间形成间隙；岩石汽化后形成的岩石蒸汽可以经由该间隙排出井外。由于岩石蒸汽在向外排出的过程中，可能会冷却形成岩石灰，因此，为了避免岩石灰进入导波管的内部，同时为了避免由于岩石灰附着在井壁上堵塞上述间隙，在本实施例中，可以在利用导波管向岩石层发射毫米波的同时，在导波管的内部通入高压氮气，以便于使岩石灰从间隙顺利排出。

而且，发明人通过研究发现，在传输毫米波时，金属铝、铜、银和金对毫米波造成的损耗较小，因此，在本实施例中，导波层2的材料可以包括铜、铝、银或金中的至少一种。并且，发明人通过研究还发现，在毫米波传输的过程中，毫米波在银导波层2中的损耗小于毫米波在铜导波层2中的损耗，毫米波在铜导波层2中的损耗小于毫米波在铝导波层2中的损耗，且毫米波在铜导波层2中的损耗与毫米波在金导波层2中的损耗相近；在本实施例中，可以通过综合考虑制作成本和导波性能，来选取导波层2的材料。

请参阅图2～图8，在本实施例中，导波层2可以是单层结构，也可以是多层复合结构；且导波层2可以是通过电镀附着在承压管1内壁的金属镀层21，也可以是套设在承压管1内部的金属管22。

其中，当导波层2包括金属镀层21时，可选的，导波层2包括附着在承压管1内壁的至少一层金属镀层21。而且，在本实施例中，如果导波层2包括多层金属镀层21，不同镀层的材料可以相同，也可以不同，此处不做限定。通过使用金属镀层21作为导波层2，可以使导波层2与承压管1较为稳定的连接在一起。

当导波层2包括金属管22时，该金属管22为预制金属管22，且导波层2可以包括套设于所述承压管1内侧的一个金属管22，该金属管22与承压管1之间为过盈配合连接、粘接、或焊接；或者，导波层2也可以包括逐层套设于承压管1内侧的多个金属管22，且在多个金属管22中，套设于最外侧的金属管22与所述承压管1之间、以及相邻两个金属管22之间为过盈配合连接、粘接、或焊接。

需要说明的是，在本实施例中，多个金属管22逐层套设是指，沿导波管的半径方向，多个管径不同的金属管22同轴设置，并且，按照管径由大到小的顺序，该多个金属管22依次套设形成复合管结构，相邻两个金属管22之间，管径较小的金属管22的外壁和管径较大的金属管22的内壁相连。

在本实施例中，当导波层2包括逐层套设于承压管1内侧的多个金属管22时，不同金属管22的材料可以相同，也可以不同，此处不做限定。由于金属管22的制作难度较小，因此，通过利用金属管22制作导波层2，可以简化导波管的制作难度。而且，由于制作同样厚度金属管22和金属镀层21时，金属管22的制作成本更小；因此，使用金属管22制作导波层2，可以更加容易使导波层2具有更大的厚度。

当然，请参阅图9～图10，在本实施例中，导波层2也可以同时包括金属管22和金属镀层21，例如，可选的，导波层2包括套设在承压管1内部的金属管22，以及附着在该金属管22内壁的金属镀层21，此处不做赘述。

需要说明的是，导波层2的厚度越大，毫米波的损耗程度越小，同时，导波层2的制作难度和制作成本也会越高；为了在保证导波性能的基础上，将导波层2的制作成本和制作难度维持在合理的程度范围内，在本实施例中，当导波层2包括金属镀层21时，金属镀层21厚度可以在0～50毫米之间，可选的，金属镀层21厚度在5～50毫米之间；其中，该厚度可以是指单层金属镀层21的厚度，也可以是指多层金属镀层21复合形成导波层2后总的厚度，此处不做限定。或者，在本实施例中，当导波层2包括金属管22时，金属管22的壁厚为5～150mm；同样的，该金属管22的壁厚可以是指单个金属管22的壁厚，也可以指多个金属管22复合后形成的导波层2的总壁厚，此处不做限定。

为了进一步降低毫米波在导波管中的损耗，在本实施例中，导波层2的内壁是光滑的内壁，可选的，导波层2的内壁的粗糙度小于或等于Ra1.25；这样，可以提高导波层2的内壁对毫米波的反射能力，从而进一步避免毫米波被导波层2的内壁吸收。具体实施时，当导波层2为金属镀层21时，可以通过调整金属镀层21的电镀速率或其他的电镀参数，来调整金属镀层21内表面的光滑程度；当导波层2为金属管22时，可以通过拉制、精铣、电蚀等方式，来提高金属管22内表面的光滑程度。

请技术参阅图2至图6，在本实施例中，承压管1包括至少一个子承压管11；且若承压管1包括多个子承压管11，则多个子承压管11逐层套设。也就是说，在本实施例中，承压管1可以包括一个或多个子承压管11；当承压管1包括一个子承压管11时，承压管1为单管结构，当承压管1包括多个子承压管11时，承压管1为多层复合结构。可选的，在本实施例中，子承压管11为地质钢管或轻质合金管；其中，轻质合金管可以是铝合金管或钛合金管。其中，当子承压管11为地质钢管时，可以使导波管具有相对较低的制作成本；当子承压管11为轻质合金管时，可以更好的避免导波管发生断裂，并可以使导波管更加容易被打捞。

此处需要说明的是，在本实施例中，当承压管1包括多个逐层套设的子承压管11时，多个子承压管11可以是均为地质钢管、或多个子承压管11均为轻质合金管；当然，也可以是多个子承压管11中既有地质钢管也有轻质合金管，例如，在多个子承压管11中，位于导波管最外侧的子承压管11为地质钢管、位于该地质钢管与导波层2之间的子承压管11为轻质合金管；本实施例对此不做限定。

请参阅图1和图2，由于在对岩石层进行加热时，产生的温度较高，为了避免导波管融化，在本实施例中，导波管的近端设置有隔热层3，隔热层3覆盖承压管1近端的端面和外壁，并覆盖导波层2近端的端面；需要说明的是，在本实施例中，导波管的近端是指导波管的靠近干热岩层的一端，也就是导波管的远离毫米波发生器的一端；导波层2近端的端面则是指导波层2中靠近干热岩层一端的端面。可选的，在本实施例中，隔热层3为碳纤维层或耐高温陶瓷层。

请继续参阅图1和图2，为了降低导波管的制作难度，在本实施例中，导波管包括依次对接的多个信号传输部4，相邻两个信号传输部4之间可拆卸连接。具体的，相邻两个传输部之间可以通过螺纹连接，也可以通过其他方式卡接，也就是说，本实施例中，导波管为多段结构，每段导波管为一个信号传输部4。在具体实施时，随着钻井深度的逐渐加深，逐渐增加导波管中信号传输部4的数量，以使导波管逐渐加长，直至导波管延伸至干热岩层。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。