[發明專利]一種超聲波振動空氣反循環的冰層鉆進方法

有效

• 申請號: 201711024183.0
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107829678B
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發明（設計）人: 趙大軍;周宇;王美艷
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B7/24;E21B44/00
• 代理公司: 長春市吉利專利事務所 22206
• 代理人: 李曉莉

1.一種超聲波振動空氣反循環的冰層鉆進方法，其特征在于：該冰層鉆進方法采用的冰層鉆進裝置包括空氣反循環裝置、超聲波振動鉆進裝置及下放提引回收裝置，空氣反循環裝置由孔口密封裝置(6)及供氣裝置(7)組成；超聲波振動鉆進裝置由壓電陶瓷(1)、功率放大器(2)、信號發射器(3)及鎧裝電纜(4)組成；下放提引回收裝置由電纜絞車(8)、電控系統(9)及冰樣儲存器(10)組成，所述鎧裝電纜(4)的鉆進端依次連接有壓力傳感器(11)、信號發射器(3)、功率放大器(2)及壓電陶瓷(1)，且鎧裝電纜(4)、壓力傳感器(11)、信號發射器(3)、功率放大器(2)及壓電陶瓷(1)同軸布置，其中鎧裝電纜(4)內部具有鎧裝電纜中心通道(5)，鎧裝電纜(4)通過法蘭盤與壓力傳感器(11)連接，壓力傳感器(11)、信號發射器(3)、功率放大器(2)及壓電陶瓷(1)順次插接，且壓力傳感器(11)、信號發射器(3)、功率放大器(2)及壓電陶瓷(1)內部均預留有電纜，電纜互相連接后與鎧裝電纜(4)連接構成連通電路；

具體步驟為：

步驟一、寒冷環境，選定冰層鉆進區域，預先設定鉆進深度，根據現場勘探，確定鉆孔實施方案后，完成鉆孔定位、鉆機就位的準備工作；

步驟二、根據鉆孔方案選擇壓電陶瓷(1)，安裝超聲波振動鉆進裝置并將其連通冰樣儲存器(10)；

步驟三、開啟電控系統(9)控制信號發射器(3)使其輸出固定頻率電信號，該固定頻率電信號經功率放大器(2)放大后通過壓電陶瓷(1)轉化為機械信號，從而產生超聲波振動，進行開孔作業；

步驟四、開孔后，關閉電控系統(9)，在開孔位置安裝空氣反循環裝置，并將安裝好的超聲波振動鉆進裝置穿過孔口密封裝置(6)送至鉆進位置，繼續下放超聲波振動鉆進裝置進行鉆進工作；

步驟五、開啟電控系統(9)，通過電控系統(9)控制電纜絞車(8)下放鎧裝電纜(4)，并對鎧裝電纜(4)進行供電，同時開啟供氣裝置(7)，供氣裝置(7)向鎧裝電纜(4)與鉆孔孔壁之間形成的環狀間隙內供氣，鉆進過程中，壓力傳感器(11)監測鉆壓，并通過電纜絞車(8)調節鉆壓，超聲波振動鉆進裝置將冰層融化，得到冰樣，冰樣通過空氣反循環作用進入鎧裝電纜中心通道(5)，冰樣進入鎧裝電纜中心通道(5)后被凍結，凍結的冰樣經由鎧裝電纜中心通道(5)返回地面并存儲到冰樣儲存器(10)內；

步驟六、按照鉆進要求，鉆進達到預定深度，結束鉆進。

2.根據權利要求1所述的一種超聲波振動空氣反循環的冰層鉆進方法，其特征是：所述壓電陶瓷(1)為取心式壓電陶瓷，取心式壓電陶瓷的內徑小于鎧裝電纜中心通道(5)半徑。

3.根據權利要求2所述的一種超聲波振動空氣反循環的冰層鉆進方法，其特征是：步驟五中，所述冰樣為液態水與冰心的混合物，液態水與冰心的混合物通過空氣反循環作用進入鎧裝電纜中心通道(5)，液態水凍結形成冰屑，冰屑及冰心經由鎧裝電纜中心通道(5)返回地面后存儲到冰樣儲存器(10)內。

4.根據權利要求1所述的一種超聲波振動空氣反循環的冰層鉆進方法，其特征是：所述壓電陶瓷(1)為全面式壓電陶瓷，全面式壓電陶瓷具有過水缺口(101)。

5.根據權利要求4所述的一種超聲波振動空氣反循環的冰層鉆進方法，其特征是：步驟五中，所述冰樣為液態水，液態水通過空氣反循環作用進入鎧裝電纜中心通道(5)后凍結形成冰屑，冰屑經由鎧裝電纜中心通道(5)返回地面，存儲到冰樣儲存器(10)內。

6.根據權利要求1-5任一項所述的一種超聲波振動空氣反循環的冰層鉆進方法，其特征是：所述鎧裝電纜(4)具有五層，從外到內依次為鎧裝電纜外殼(41)、外導體層(42)、絕緣層(43)、內導體層(44)及鎧裝電纜內殼(45)。

7.根據權利要求1所述的一種超聲波振動空氣反循環的冰層鉆進方法，其特征是：所述孔口密封裝置(6)上設置有氣體壓力檢測裝置。