[發明專利]高溫熱液分裂輔助鉆機

無效

• 申請號: 201310486270.3
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103485720A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 趙晴堂
• 申請（專利權）人: 趙晴堂
• 主分類號: E21B7/14
• 分類號: E21B7/14;E21B7/18;E21B17/22;E21B17/18;E21B10/46
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及鉆探領域，具體為一種用于深層地熱鉆探的鉆機。

背景技術

隨著社會的發展，自然能源的環保高效利用成為社會新的熱點，地熱因其分布廣泛、能量高、開采簡單方便、使用無污染等優點而成為能源業的新秀。地熱能有一個特點：蘊藏越深，開發潛力就越大。然而，如果采用傳統的旋轉鉆井技術開采地熱能，隨著地熱井深度的增加，成本會呈指數上漲。

按照傳統的鉆頭進行鉆探時，鉆頭遇到地下堅硬、干燥的巖層時，往往會出現鉆不動的情況，這會對鉆頭造成極大的摩擦消耗，鉆頭很快就會損毀，有的鉆探工程會因為該巖層無法穿透為放棄。這些巖層通常位于地下3公里甚至更深的位置，巖層下面就是極其豐富的地熱資源。

現有的鉆探技術都是采用冷鉆頭硬摩擦來穿透巖層，面對硬度過高的巖層時往往無法鉆進，只有更換硬度更高的鉆頭來重新鉆進，但對于有些巖層而言，采用金剛石鉆進也有著不小的困難。

發明內容

本發明所解決的技術問題在于提供一種高溫熱液分裂輔助鉆機，以解決上述背景技術中的缺點。

本發明所解決的技術問題采用以下技術方案來實現：

高溫熱液分裂輔助鉆機，是一種利用高溫熱液使巖石自行分裂這一原理的鉆機，包括鉆頭、鉆頭臺和鉆桿，所述鉆頭和鉆頭臺位于鉆桿的下端，鉆頭安裝在鉆頭臺上，所述鉆頭、鉆桿和鉆頭臺為中空結構，鉆頭臺內設置有反應室，反應室內設有加熱裝置，鉆頭表面設置有噴焰口，所述噴焰口與反應室連通，鉆桿內設有管道，與反應室連通。

所述鉆桿的中空結構為雙層套管結構，包括運輸水和燃料的混合物的內層管道和運輸氧氣的外層管道，所述水和燃料的混合物與氧氣在反應室內混合，燃料和氧氣在水形成的超臨界水中燃燒。

所述鉆桿的中空結構與反應室的連接處設置有單向閥門，保證反應室內高壓的同時防止回流。

所述加熱裝置為加熱點火電阻，設置在反應室內側壁，能夠對反應室進行加熱，反應室與鉆頭的連接處設置有壓力調節閥，用于對反應室內的壓力進行調節，保持反應室內的高溫高壓環境。

所述噴焰口有若干個，均勻分布在鉆頭的表面，所述鉆頭表面上設置有可更換的合金齒，合金齒均勻分布在鉆頭表面。

所述鉆桿的外表設置有與井壁形成阿基米德螺旋的螺旋結構，將鉆頭處的碎石帶出鉆井。

所述鉆頭臺的反應室與鉆頭采用的材料是以金屬基添加碳化物和氮化物的合金，其中金屬基為鉻、鎳、鎢、鉭、錸、鉿、鈷、鈦中一種或幾種的合金，碳化物為碳化鎢、碳化鉭、碳化鈮中的一種，氮化物為氮化鎢、氮化鉭中的一種，碳化物和氮化物能有效的抵抗超臨界水對材料的腐蝕，整體材料硬度高、抗高溫、耐腐蝕、抗強沖擊，保證鉆頭能承受高溫，保證反應室的高溫高壓環境。

在所述鉆桿的上端，設有井上設施，包括電控部分、動力部分和配料部分，配料部分根據實際需要來配比燃料、氧氣和水，動力部分帶動鉆桿的旋轉，并給水、燃料和氧氣提供必要的壓力，電控部分對整體進行調節和控制。

在本發明中，采用超臨界水來作為溶劑，超臨界水是在374.3℃和22.05MPa的環境時，因高溫而膨脹的水的密度與因高壓而壓縮的水蒸氣的密度相當，形成的一種特殊狀態下的水，此時的水沒有氣態和液態的相態區別，具有極強的輔助氧化能力和溶解能力，能夠與氮氣、氧氣等無極性氣體以任意比例混合，可以與乙醇等物質混合；許多物質都可以在其中燃燒，冒出火焰；與氧氣和過氧化氫混合，能夠發生氧化的鏈式反應，具有極強的氧化性等。

在本發明中，所選的燃料可選為乙醇，乙醇和氧氣在超臨界水的狀態下，于450℃自燃，放出大量的熱，同時將來自中空結構的水通過高溫高壓形成更多的超臨界水，高溫高壓狀態的超臨界水配合燃料自燃的火焰，從反應室內沖出鉆頭，沖擊在巖層上，使巖層的表面迅速升溫，進而使整個巖層產生明顯的溫度梯度，此時巖層表面會因熱膨脹而破裂，形成大量毫米級的圓盤狀巖石碎片，鉆頭在這些已經初步碎裂的巖層中鉆探會容易的多，巖石的碎片也會隨著流體在阿基米德螺旋的帶動下被送到離地面較近的地方。巖石的溫度梯度越大，開采鉆探的速度就會越快。

有益效果：在本發明中，利用超臨界水的特性使巖層由溫度梯度過大而破裂，破解巖層的硬度，利用阿基米德螺旋的原理，將巖石碎片帶出鉆井，本發明能快速的鉆透硬度很高的巖層，避免頻繁更換鉆頭帶來的時間和經濟損失。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。

圖中：鉆桿1、單向閥門2、鉆頭臺3、反應室4、壓力調節閥5、鉆頭6、噴焰口7、合金齒8、加熱點火電阻9。

具體實施方式