[發明專利]一種熱能和機械能結合的鉆井方法及裝置

有效

• 申請號: 201310351447.9
• 申請日: 2013-08-13
• 公開（公告）號: CN103410443A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 高文金;張正祿;劉運榮;李紅;胡瓊;任小玲;蔣洪亮;李新年;王四虎;丁永偉
• 申請（專利權）人: 中國石油化工集團公司;中石化石油工程機械有限公司研究院
• 主分類號: E21B7/14
• 分類號: E21B7/14;E21B10/00;E21B21/16
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

1.一種熱能和機械能結合的鉆井裝置，其特征在于，包括燃料罐（1）、雙通道接頭（6）、壓縮機（10）、鉆頭（13）和鉆桿（9），所述鉆桿（9）的兩端分別與所述雙通道接頭（6）和所述鉆頭（13）連接；

所述雙通道接頭（6）包括外殼（38）和設置在所述外殼（38）內的燃料通道和空氣通道，所述燃料罐（1）與所述燃料通道連接，所述壓縮機（10）與所述空氣通道連接；

所述鉆頭（13）包括上接頭（16）、鉆頭本體（18）、鉆頭切削齒（21）、燃燒室（25），所述上接頭（16）上端與所述鉆桿（9）連接，所述上接頭（16）的下端與鉆頭本體（18）連接，所述鉆頭切削齒（21）設置在鉆頭本體（18）的下端；在所述上接頭（16）內設置中心管路（22），中心管路（22）的下端設置燃燒槍（17），所述燃燒槍（17）的燃氣進口與所述燃料通道連通，燃氣槍（17）的空氣進口與空氣通道連通，燃燒槍（17）的下端設置火焰噴嘴（24）；在鉆頭本體內部設置燃燒室（25），在所述鉆頭本體（18）的下端設有高溫氣體噴嘴（27），燃燒室（25）的兩端分別連通火焰噴嘴（24）和高溫氣體噴嘴（27）；在所述上接頭（16）內設有外環形管路（23），所述外環形管路（23）與燃燒槍（17）的空氣入口相連通。

2.根據權利要求1所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置，其特征在于，所述鉆頭本體（18）上設有造壁器（19），所述造壁器（19）套裝在所述燃燒室（25）上，所述造壁器（19）的內壁與所述燃燒室（25）接觸，造壁器（19）的外壁超出所述鉆頭本體（18）的外壁。

3.根據權利要求1所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置，其特征在于，所述雙通道接頭（6）的外殼（38）上設有上入口（34）和下入口（40），所述外殼（38）下端設有與所述鉆桿（9）連接的下接頭（37），所述外殼（38）內部設有與所述上入口（34）連通的中心管（39），所述下接頭（37）內部設有與所述下入口（40）連通的環空管（41）。

4.根據權利要求1所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置，其特征在于，在所述鉆頭本體（18）的外周設置第一冷卻裝置（20），所述鉆頭切削齒（21）沿鉆頭本體（18）的下端面周向間隔設置，在所述鉆頭切削齒（21）的外周套裝有第二冷卻裝置（47），所述第一冷卻裝置（20）、第二冷卻裝置（47）與接頭上的外環形管路（23）相連通。

5.根據權利要求4所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置，其特征在于，所述第一冷卻裝置包括第一多孔層（44），第一多孔層（44）設置在鉆頭本體（18）的外周面，并與鉆頭本體（18）固連，在第一多孔層（44）上設置有多個冷氣流出孔（42），在第一多孔層（44）和鉆頭本體（18）外周面之間設置有第一環形冷氣流通道（43），在鉆頭本體（18）內設置有內環空管（46）將第一環形冷氣流通道（43）與外環形管路（23）相連通；所述第二冷卻裝置（47）包括第二多孔層（48），第二多孔層（48）設置在鉆頭切削齒（21）的外周面，并與鉆頭切削齒（21）固連，在第二多孔層（48）上設置有多個冷氣流出孔，在第二多孔層（48）和鉆頭切削齒（21）之間設置有第二冷氣流通道（49），在鉆頭本體（18）內設置有內環空管（46）將第二環形冷氣流通道與外環形管路（23）相連通。

6.根據權利要求1所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置，其特征在于，在所述鉆頭本體（18）的外周面和鉆頭切削齒（21）的外周面均設置有高溫隔熱層（45）。

7.根據權利要求1所述的一種耐高溫鉆頭，其特征在于，在所述鉆頭本體（18）內設置有與外環形管路（23）相連通的空氣預熱回路（26），所述空氣預熱回路（26）與燃燒槍（17）的空氣入口相連通。

8.根據權利要求1所述的熱能和機械能結合的鉆井裝置，其特征在于，所述燃燒槍（17）內設有點火裝置和混氣室。

9.一種熱能和機械能結合的鉆井方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，將燃料和空氣分別輸送至井下的燃燒槍內混合并點燃；

S2，燃燒后產生的高溫燃氣高速射向鉆頭正下方的巖石，使巖石的上表層迅速升溫，巖石強度下降；

S3，鉆頭向下鉆進，破壞巖石時產生的巖屑被高溫燃氣攜帶出井底；

S4，通過輸送至井下的空氣來冷卻鉆頭。

10.根據權利要求9所述的熱能和機械能結合的鉆井方法，其特征在于，在鉆頭上設有造壁器，造壁器被高溫燃氣加熱，通過造壁器將井壁熔化，冷卻后形成陶瓷井壁。