[發明專利]一種可燃冰冷鉆進方法和裝置

有效

• 申請號: 201810261962.0
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108590512B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發明（設計）人: 楊曉峰;李艷紅;郝鵬飛;薛永超;許紀永
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: E21B7/00
• 分類號: E21B7/00;E21B7/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種可燃冰冷鉆進方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：準備階段：將鉆桿與液氮管和水管分別連接，并確保密封塊與鉆桿旋轉密封器緊密連接，以防液氮和水在供應過程中泄漏；并通過電源裝置給高壓泵、動力裝置供電；

S2：鉆進階段：液氮通過低溫軟管輸送到鉆桿外置旋轉密封器下部空間，然后從液氮進口流入，通過霧化噴嘴噴出進入漏斗混合腔從而霧狀射流；水通過注水管輸送到鉆桿外置旋轉密封器上部空間，然后從注水口流入，通過霧化噴嘴噴出進入漏斗混合腔從而形成霧狀射流；液氮所形成的霧狀射流使混合腔內溫度驟然降低，進而使水形成的霧狀射流變成冰粒；冰粒經冰粒輸送管進入一級噴嘴，在一級噴嘴內實現第一次加速；水由分支注水管進入二級噴嘴，且在二級噴嘴內實現加速，并經引射噴頭噴出，從而帶動一級噴嘴內部的冰粒高速運動，冰粒實現第二次加速，從而在鉆桿內部形成冰粒射流；鉆桿鉆進時冰粒射流連續噴出，輔助鉆進。

2.根據權利要求1中所述的一種可燃冰冷鉆進方法，其特征在于，在步驟S1中，在低溫軟管與鉆桿外置旋轉密封器連接部位設置密封環，同時注水管與鉆桿外置旋轉密封器連接部位也設置密封環，以保證液氮和水在鉆進過程中不發生泄漏；預先將液氮由低溫軟管以氣態輸入到制冰漏斗內,為鉆進過程中冰粒的制備提供一個深冷空間；在鉆桿內部設置橫隔板，控制冰粒輸送管的位置，以防鉆桿在鉆進過程中速度過快，導致冰粒輸送管偏離原始位置，從而造成冰粒輸送管損壞；在步驟S2中，隨著鉆進的深入，需要加接鉆桿；先停止鉆進，連接鉆桿和冰粒輸送管，然后加設橫隔板，固定冰粒輸送管的位置；再重復進行步驟S1-S2。

3.一種可燃冰冷鉆進裝置，包括冰粒射流系統、鉆進系統、電源系統，所述冰粒射流系統包括液氮箱(9)，供水箱(8)，低溫軟管(29)，注水管(24)，高壓泵(28)，調節閥(20)，密封環(19)，鉆桿外置旋轉密封器(18)，制冰漏斗(12)，制冰漏斗外置旋轉密封器(13)，霧化噴嘴(25)，冰粒輸送管(33)，分支注水管(27)，一級噴嘴(34)，二級噴嘴(35)，引射噴頭(36)；所述鉆進系統包括動力裝置(7)，鉆桿(10)，鉆頭(11)；所述電源系統包括電源裝置(5)，電線；其特征在于：

①所述低溫軟管與鉆桿外置旋轉密封器緊密連接；鉆桿的下端連接鉆頭；低溫軟管與鉆桿外置旋轉密封器連接之間設置密封環，以保證液氮在鉆進過程中不發生泄漏；注水管與鉆桿外置旋轉密封器連接，且在相互連接的部位設置密封環，以保證水在鉆進過程中不發生泄漏；所述旋轉密封器的工作原理相當于環向流通器，其內部中空，環形包覆在鉆桿上，且鉆桿可繞其轉動，保證在鉆進過程中液氮與水的連續供應；調節閥，高壓泵通過低溫軟管和注水管分別連接；

②所述制冰漏斗外部設置環向旋轉密封器，制冰漏斗內壁的液氮進口處和注水口處分別設置霧化噴嘴，液氮和水經霧化噴嘴噴出，形成霧狀射流；所述制冰漏斗外層設有隔熱層；所述制冰漏斗底部和冰粒輸送管相連接；冰粒輸送管底部與一級噴嘴相連接；所述冰粒輸送管能夠逐節加長；

③所述分支注水管與二級噴嘴相連接；所述二級噴嘴設置于一級噴嘴的內部，且二級噴嘴前端設置引射噴頭；水從二級噴嘴的引射噴頭噴出，形成高速、集中的水流束，從而帶動一級噴嘴內部的冰粒高速運動，形成冰粒射流。

4.根據權利要求3中所述的一種可燃冰冷鉆進裝置，其特征在于，所述鉆頭是三翼鉆頭和引射噴頭相組合的復合鉆頭；鉆桿內部是中空的,其中空內壁上設有保溫層。

5.根據權利要求3中所述的一種可燃冰冷鉆進裝置，其特征在于，設置有與之相適應的多功能旋挖鉆進機；所述旋挖鉆進機包括支撐腿(1)、履帶式伸縮底盤(2)、塔體(3)、回轉系統(4)、電源裝置(5)、自行起落鉆桅(6)；所述支撐腿能夠獨立伸縮，以使多功能鉆塔適應多種地形；回轉系統帶動鉆桿鉆進；履帶式伸縮底盤上設置電源裝置；所述自行起落鉆桅可以伸縮，可對可燃冰冷鉆進裝置進行操作；所述電源裝置通過電線與高壓泵，動力裝置連接并對其供電。