[發(fā)明專利]一種基于液態(tài)金屬的極地粒雪層垂鉆熱融鉆頭

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111530109.2
• 申請(qǐng)日: 2021-12-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114278218B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范曉鵬;李晨熠;宮達(dá);張楠;王如生;武威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): E21B7/00
• 分類號(hào): E21B7/00;E21B7/04;E21B7/14
• 代理公司: 長(zhǎng)春市吉利專利事務(wù)所(普通合伙) 22206
• 代理人: 王楠楠;李曉莉

本發(fā)明提出了一種基于液態(tài)金屬的極地粒雪層垂鉆熱融鉆頭，屬于鉆探機(jī)具領(lǐng)域，包括供電電纜、上蓋、絕熱環(huán)套、融冰球體、短加熱棒、長(zhǎng)加熱棒、發(fā)熱銅芯和液態(tài)金屬腔，發(fā)熱銅芯與融冰球體為同心設(shè)置，兩者之間安裝有耐高溫密封圈；發(fā)熱銅芯、融冰球體和耐高溫密封圈共同形成液態(tài)金屬腔，液態(tài)金屬腔內(nèi)填充有液態(tài)金屬，且液態(tài)金屬填充高度小于融冰球體的半徑；本發(fā)明采用具有高導(dǎo)熱性的液態(tài)金屬作為傳熱介質(zhì)，利用流態(tài)金屬的流動(dòng)性和重力實(shí)現(xiàn)鉆頭傳熱方向控制，使鉆頭在鉆進(jìn)中始終自動(dòng)保持向下垂直鉆進(jìn)，將大大降低極地粒雪層熱融鉆孔發(fā)生孔斜的可能性，提高鉆探靶區(qū)命中率，同時(shí)可降低提鉆過(guò)程中鉆頭發(fā)生卡鉆的概率，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鉆探機(jī)具領(lǐng)域，特別是涉及一種基于液態(tài)金屬的極地粒雪層垂鉆熱融鉆頭。

背景技術(shù)

冰層熱融鉆探是在極地粒雪層和冰層快速成孔的鉆探方法之一，具有設(shè)備輕便、易攜帶和功率消耗小等優(yōu)點(diǎn)，過(guò)去幾十年間在極地和高山冰川得到了廣泛的應(yīng)用。常規(guī)的電加熱熱融鉆頭通常采用加熱棒或加熱管直接加熱實(shí)心金屬體或者環(huán)狀金屬環(huán)，以實(shí)現(xiàn)全孔鉆進(jìn)或取芯鉆進(jìn)。但在實(shí)際使用過(guò)程中，由于冰層物理性質(zhì)均一性差，鉆頭發(fā)熱不均等問(wèn)題，熱融鉆頭各部分融冰速度存在差異，常常導(dǎo)致熱融鉆孔出現(xiàn)偏斜，嚴(yán)重的孔斜可達(dá)幾十度，致使鉆孔無(wú)法準(zhǔn)確達(dá)到目標(biāo)深度和地層。為了實(shí)現(xiàn)冰層熱融鉆探的垂直鉆進(jìn)，國(guó)際上通常采用減壓鉆進(jìn)，通過(guò)電纜懸吊熱融鉆具，降低鉆頭和冰層的接觸壓力，使鉆具可在重力作用下盡可能回歸垂直鉆孔軸線，但這種方法受到鉆具長(zhǎng)度的限制，對(duì)于較長(zhǎng)的鉆具，一旦出現(xiàn)孔斜，在短距離內(nèi)幾乎無(wú)法進(jìn)行校正。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供了一種基于液態(tài)金屬的極地粒雪層垂鉆熱融鉆頭，利用流態(tài)金屬的高導(dǎo)熱性和流動(dòng)性，當(dāng)球狀鉆頭出現(xiàn)偏斜時(shí)，流態(tài)金屬將在重力作用下向鉆孔傾斜的反方向流動(dòng)，從而使該側(cè)熱通量增大，促使鉆頭熱融回歸至垂直軸線，實(shí)現(xiàn)粒雪層垂直鉆進(jìn)。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種基于液態(tài)金屬的極地粒雪層垂鉆熱融鉆頭，其特征在于，所述極地粒雪層垂鉆熱融鉆頭包括：供電電纜、上蓋、絕熱環(huán)套、融冰球體、短加熱棒、長(zhǎng)加熱棒、發(fā)熱銅芯和液態(tài)金屬腔，所述上蓋通過(guò)緊固螺釘與融冰球體連接為一體，整體外形為圓球形，上蓋的軸向中心留有供所述供電電纜穿過(guò)的通孔；所述絕熱環(huán)套套設(shè)在融冰球體中部外圍，使得所述極地粒雪層垂鉆熱融鉆頭中部呈半圓柱面結(jié)構(gòu)；所述發(fā)熱銅芯通過(guò)限位螺釘固定在融冰球體內(nèi)部，發(fā)熱銅芯與融冰球體為同心設(shè)置，兩者之間安裝有耐高溫密封圈；發(fā)熱銅芯的中心下部為半球形，并在發(fā)熱銅芯上加工有用于容置短加熱棒和長(zhǎng)加熱棒的加熱棒插入孔；所述長(zhǎng)加熱棒和短加熱棒分別插設(shè)在各自對(duì)應(yīng)的加熱棒插入孔內(nèi)，短加熱棒布設(shè)在長(zhǎng)加熱棒外圍，所述長(zhǎng)加熱棒和短加熱棒的電線與供電電纜在融冰球體上部空間內(nèi)并聯(lián)連接；所述發(fā)熱銅芯、融冰球體和耐高溫密封圈共同形成液態(tài)金屬腔，液態(tài)金屬腔內(nèi)填充有液態(tài)金屬，且液態(tài)金屬填充高度小于融冰球體的半徑；發(fā)熱銅芯上開(kāi)設(shè)有兩個(gè)與液態(tài)金屬腔內(nèi)部連通的注液口，且在兩個(gè)注液口中分別連接有注液口密封螺釘，利用注液口密封螺釘對(duì)注液口進(jìn)行密封。

進(jìn)一步，所述供電電纜與上蓋的通孔采用密封膠進(jìn)行密封連接。

進(jìn)一步，在所述上蓋和融冰球體之間安裝有O型密封圈。

進(jìn)一步，于所述上蓋內(nèi)壁且位于供所述供電電纜穿過(guò)的通孔下方安裝有硅膠墊。

進(jìn)一步，所述上蓋的材料為聚四氟乙烯或有機(jī)玻璃。

進(jìn)一步，所述絕熱環(huán)套的材料為氣凝膠氈。

進(jìn)一步，所述發(fā)熱銅芯的上表面具有隔熱涂層。

通過(guò)上述設(shè)計(jì)方案，本發(fā)明可以帶來(lái)如下有益效果：

1、本發(fā)明首次將高導(dǎo)熱液態(tài)金屬應(yīng)用于極地粒雪層熱融鉆探領(lǐng)域，并利用液態(tài)金屬在重力作用下的流動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)鉆頭內(nèi)熱量的定向分配，從而使熱融鉆頭實(shí)現(xiàn)垂直鉆進(jìn)，大大降低極地粒雪層熱融鉆孔發(fā)生孔斜的可能性，提高鉆探靶區(qū)命中率。