CN102322219A

CN102322219A - 海底射流钻井车

Info

Publication number: CN102322219A
Application number: CN201110138187A
Authority: CN
Inventors: 王磊; 夏昊; 李晓天; 王志超; 何蕴哲; 周泉; 沈长贵; 麻绍钧; 孙凤鸣; 王思航
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2031-05-26
Also published as: CN102322219B

Abstract

一种能源开采技术领域的海底射流钻井车，包括：固定结构、射流钻组件、若干个推进组件、储藏固化组件、控制组件和车体，其中：若干个推进组件对称分布于车体上且与控制组件连接，控制组件设置于车体的内部，固定结构与车体连接，射流钻组件和储藏固化组件均与车体连接，控制组件分别与固定结构、储藏固化组件和射流钻组件连接。本发明能够用于连续高效、安全可靠地开采海底可燃冰矿层，解决了海底可燃冰的开采的经济和安全问题。

Description

海底射流钻井车

技术领域

本发明涉及的是一种能源开采技术领域的装置，具体是一种海底射流钻井车。

背景技术

由于传统能源的大量消耗，能源问题一直是国际社会普遍关注的问题。而可燃冰以其巨大储量、高效储能率、清洁的燃烧等优势已经吸引了各国的目光，被普遍认为是解决能源危机的最佳途径。目前海底可燃冰的开采还有很多有待解决的经济、安全等问题，尚停留在论证与试验阶段。与此同时开采可燃冰所需的相关设备的开发也并不完善，尤其是用于开采海底可燃冰矿层的钻井装置非常少，还没有一种能连续高效、安全可靠地用于可燃冰矿层开采的钻井车。

高压水射流技术是近代发展起来的一门新技术，其特点是通过高压水射流的能量高度集中，射击物体的巨大冲击力，会对被击物体进行加工作业。到上个世纪八十年代，国内外进行高压水射流冲孔的工业试验，已应用于煤层的开采。同时在石油地面钻井中，国外有采用水射流由垂直钻孔实施超短半径水平连续钻孔的研究，并取得了成果。

经过对现有技术文献的检索发现，中国专利申请号为：CN200510048133.7，名称为“可水压切换冲孔、割缝的高压水射流钻头”的专利，该结构以高压水为动力实现矿层的钻孔，但该钻头工作压力大，结构复杂，阻力损失大。中国专利申请号为：200820064169.3，名称为“一种用于天然气水合物的钻井及取心两用钻头”的专利，该结构能够实现钻井与取心，但在钻井过程中未能考虑天然气水合物矿层的安全性。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种海底射流钻井车，该结构能够用于连续高效、安全可靠地开采海底可燃冰矿层，解决了海底可燃冰的开采的经济和安全问题。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：固定结构、射流钻组件、若干个推进组件、储藏固化组件、控制组件和车体，其中：若干个推进组件对称分布于车体上且与控制组件连接，控制组件设置于车体的内部，固定结构与车体连接，射流钻组件和储藏固化组件均与车体连接，控制组件分别与固定结构、储藏固化组件和射流钻组件连接。

所述的射流钻组件由依次串联连接的射流泵、射流水管路和钻头组成，其中：射流水管路和钻头均设置于储藏固化组件中，射流泵和射流水管路分别与车体和控制组件连接。

所述的钻头包括：钻体、射流钻进牙和机械辅助牙，其中：射流钻进牙和机械辅助牙均环绕于钻体表面。

所述的推进组件由依次串联连接的螺旋桨、推进电机和旋转轴组成，其中：旋转轴与控制组件连接。

所述的储藏固化组件包括：储藏筒、密封环组件和固化剂控制装置，其中：储藏筒分别与车体和固化剂控制装置连接，密封环组件设置于储藏筒的内部且与控制组件连接。

所述的储藏筒为中空结构且内侧设有螺旋槽。

所述的固化剂控制装置为中空结构。

所述的控制组件包括：电力控制器、机械控制器、密封控制器和管路控制器，其中：电力控制器、机械控制器、密封控制器和管路控制器分别与推进组件、固定结构、储藏固化组件和射流钻组件连接，机械控制器分别与密封控制器和管路控制器连接，电力控制器设置于机械控制器、密封控制器和管路控制器的外部。

钻井车准备钻井时，电力控制器开始工作，为整个车提供电力，旋转轴、推进电机和螺旋桨配合工作，推动钻井车移动到钻井点，然后机械控制器工作，控制固定结构使其从车体中放下来，扎在岩层中使整个车稳定，并使固化剂控制装置贴着岩层表面。管路控制器工作，放下射流水管路和钻体，射流泵提供高压水使钻体向下钻进。钻头和岩土接触后，射流钻进牙喷出高压水冲击四周使其化为泥土，通过射流钻进牙和机械辅助牙所受力矩大小相等方向相反来实现钻体的力矩平衡。同时，密封控制器工作，使密封环组件中的一个密封环从储藏筒中放下并贴在井口，然后固化剂控制装置中的固化剂喷出，与泥土迅速反应并固化，在密封环外侧形成一圈固化岩土，使岩层稳定，防止海底环境的破坏。在钻头主体不断向下钻进的过程中，即使有可燃冰分解成天然气和水并溢出，也会因井口处低温高压的环境重新结合生成可燃冰，能有效地减小天然气泄露和防止井喷。

钻井完成后，管路控制器工作，使射流水管路上升并存放在储藏筒内侧的螺旋槽中，当机械控制器工作，使车体收回固定结构，然后旋转轴、推动电机和螺旋桨配合工作，推动车体运动并将其运输到下一个钻井点。

本发明将开采钻头和运输车结合在一起，通过钻井车来实现钻头的搬运和收放功能；通过高压射流水来实现钻井目的，通过射流钻进牙和机械辅助牙来实现钻头的力矩自平衡，有效地克服了钻头在钻进时振荡、阻力大的局限性。通过安放的密封环来解决可燃冰矿层的井喷问题，通过固化剂控制装置来固化泥土来解决海底岩层的稳定性问题，通过推进组件来实现了小车在海底六自由度无约束的运动，大大提高了小车的工作效率。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明钻头的结构示意图。

图3为本发明储藏固化组件的结构示意图。

图4为本发明车体内部的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本实施例包括：固定结构1、射流钻组件2、若干个推进组件3、储藏固化组件4、控制组件5和车体23，其中：若干个推进组件3对称分布于车体23上且与控制组件5连接，控制组件5设置于车体23的内部，固定结构1与车体23连接，射流钻组件2和储藏固化组件4均与车体23连接，控制组件5分别与固定结构1、储藏固化组件4和射流钻组件2连接。

所述的射流钻组件2由依次串联连接的射流泵6、射流水管路7和钻头8组成，其中：射流水管路7和钻头8均设置于储藏固化组件4中，射流泵6和射流水管路7分别与车体23和控制组件5连接。

如图2所示，所述的钻头8包括：钻体9、射流钻进牙10和机械辅助牙11，其中：射流钻进牙10和机械辅助牙11均环绕于钻体9表面。

如图1和图4所示，所述的推进组件3由依次串联连接的螺旋桨12、推进电机13和旋转轴14组成，其中：旋转轴14与控制组件5连接。

如图1和图3所示，所述的储藏固化组件4包括：储藏筒15、密封环组件16和固化剂控制装置17，其中：储藏筒15分别与车体23和固化剂控制装置17连接，密封环组件16设置于储藏筒15的内部且与控制组件5连接。

所述的储藏筒15为中空结构且内侧设有螺旋槽18。

所述的固化剂控制装置17为中空结构。

如图1和图4所示，所述的控制组件5包括：电力控制器19、机械控制器20、密封控制器21和管路控制器22，其中：电力控制器19、机械控制器20、密封控制器21和管路控制器22分别与推进组件3、固定结构1、储藏固化组件4和射流钻组件2连接，机械控制器20分别与密封控制器21和管路控制器22连接，电力控制器19设置于机械控制器20、密封控制器21和管路控制器22的外部。

本装置将开采钻头8和运输车结合在一起，通过钻井车来实现钻头8的搬运和收放功能；通过高压射流水来实现钻井目的，通过射流钻进牙10和机械辅助牙11来实现钻头8的力矩自平衡，通过安放的密封环来解决可燃冰矿层的井喷问题，通过固化剂控制装置17来固化泥土来解决海底岩层的稳定性问题，通过推进组件3来实现钻井车在海底的六自由度运动。

Claims

1.一种海底射流钻井车，其特征在于，包括：固定结构、射流钻组件、若干个推进组件、储藏固化组件、控制组件和车体，其中：若干个推进组件对称分布于车体上且与控制组件连接，控制组件设置于车体的内部，固定结构与车体连接，射流钻组件和储藏固化组件均与车体连接，控制组件分别与固定结构、储藏固化组件和射流钻组件连接。

2.根据权利要求1所述的海底射流钻井车，其特征是，所述的射流钻组件由依次串联连接的射流泵、射流水管路和钻头组成，其中：射流水管路和钻头均设置于储藏固化组件中，射流泵和射流水管路分别与车体和控制组件连接。

3.根据权利要求3所述的海底射流钻井车，其特征是，所述的钻头包括：钻体、射流钻进牙和机械辅助牙，其中：射流钻进牙和机械辅助牙均环绕于钻体表面。

4.根据权利要求1所述的海底射流钻井车，其特征是，所述的推进组件由依次串联连接的螺旋桨、推进电机和旋转轴组成，其中：旋转轴与控制组件连接。

5.根据权利要求1所述的海底射流钻井车，其特征是，所述的储藏固化组件包括：储藏筒、密封环组件和固化剂控制装置，其中：储藏筒分别与车体和固化剂控制装置连接，密封环组件设置于储藏筒的内部且与控制组件连接。

6.根据权利要求5所述的海底射流钻井车，其特征是，所述的储藏筒为中空结构且内侧设有螺旋槽。

7.根据权利要求5所述的海底射流钻井车，其特征是，所述的固化剂控制装置为中空结构。

8.根据权利要求1所述的海底射流钻井车，其特征是，所述的控制组件包括：电力控制器、机械控制器、密封控制器和管路控制器，其中：电力控制器、机械控制器、密封控制器和管路控制器分别与推进组件、固定结构、储藏固化组件和射流钻组件连接，机械控制器分别与密封控制器和管路控制器连接，电力控制器设置于机械控制器、密封控制器和管路控制器的外部。