CN106837177A - 用于冰层钻进的热水钻系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于冰层钻进的热水钻系统，包括有热水钻装置和还包括有自动控制装置；热水钻装置包括喷嘴及钻具、高压软管、桅杆、电动绞车、高压加热器、高压泵和水箱，其中桅杆的顶端设置有天车滑轮，自动控制装置包括伺服电机、称重传感器和编码器、钻孔参数观测仪器和控制器，称重传感器、编码器和钻孔参数观测仪器与控制器连接，伺服电机由控制器控制，伺服电机安装于电动绞车内，可根据控制器的指令调整电动绞车的运转状态。钻具下放速度可以自动控制，能防止钻孔变形，不会造成严重的孔斜事故；自动控制装置可实时获取各项钻进参数，并根据获取的钻进参数调节钻进速度，以协助该热水钻系统实现最大钻进效率。

Description

用于冰层钻进的热水钻系统
技术领域
本发明涉及极地和冰川钻探领域，特别涉及一种用于冰层钻进的热水钻系统。
背景技术
热水钻技术在南北极及山地冰川钻探中已经有半个世纪的发展，目前是极地冰层钻进中发展最快、应用最广泛、前景最好的钻进方法，该方法因其低污染、高效率在南极钻探领域具有不可替代的地位。世界上在南极科研领域较活跃的国家都已经在南极实施了热水钻项目，其中，英美等国家持续在南极进行热水钻项目超过三十年之久。相比之下，中国的热水钻发展还处于技术攻关的起步阶段，所以我国科研人员设计制造了该热水钻系统。纵观国外已有的热水钻系统，钻进速度一般依靠现场工作人员的经验来控制，很难应用最优的钻进参数，获取最大的钻进效率。钻具下放速度过快，喷嘴离孔底过近，会受到液流反冲击，造成喷嘴振动，钻孔变形，甚至可能造成严重的孔斜事故；钻具下放速度低，则钻进速度也会较低，但热水钻能耗高，时间成本高。节省钻进时间将极大地节约钻进成本，故研究获取高效钻进效率的控制系统具有巨大的经济价值。
发明内容
本发明的目的是为了研发一套极地冰层钻进用热水钻系统及一套适用于该系统的自动控制系统。
本发明包括热水钻装置和自动控制装置；
所述的热水钻装置包括喷嘴及钻具、高压软管、桅杆、电动绞车、高压加热器、高压泵和水箱，其中桅杆的顶端设置有天车滑轮，电动绞车通过伺服电机带动，热水钻喷嘴与钻具由高压软管悬吊，高压软管由电动绞车引出并由天车滑轮支撑，高压泵一端与水箱连接，高压泵另一端连接高压加热器；高压软管的一端与高压加热器连通，高压软管另一端与喷嘴及钻具的喷嘴连通；
所述的自动控制装置包括伺服电机、称重传感器和编码器、钻孔参数观测仪器和控制器，称重传感器、编码器和钻孔参数观测仪器与控制器连接，伺服电机由控制器控制，钻孔参数观测仪器安装在喷嘴及钻具的钻具内，所述的钻孔参数观测仪器包括测径仪、温度传感器和测斜仪等。伺服电机安装于电动绞车内，可根据控制器的指令调整电动绞车的运转状态。称重传感器共有三个，呈犄角形安装于天车滑轮底部，可实时反馈高压软管所受拉力。编码器安装于天车滑轮侧面，用于实时监测钻具提升或下放速度。
本发明的工作过程：
高压泵将水箱中的水泵入高压加热器内，高压加热器迅速将水加热至所需的温度，加热后的热水沿高压软管经电动绞车和天车滑轮进入喷嘴及钻具，并由喷嘴喷出，快速融化孔底的冰层以实现高效钻进。
钻进过程中，喷嘴离孔底较远时，称重传感器反馈的压力值相对平稳，自动控制装置自动发出提升下钻速度的指令；随着喷嘴逐渐接近孔底，由于热水直接喷射冲击孔底而产生较大的反作用力，压力数值会随之产生波动，自动控制装置能够根据波动大小降低下钻速度，促使压力数值趋于稳定。通过压力数值的变化，实时调节钻进速度，从而确保钻具以最佳钻进速度进行钻进，实现高效钻进。自动控制装置可实时获取各个传感器反馈的信号，并根据压力反馈数值，控制位于卷扬的伺服电机，调节钻进速度。
本发明的有益效果：
钻具下放速度可以自动控制，能防止钻孔变形，不会造成严重的孔斜事故；自动控制装置可实时获取各项钻进参数，并根据获取的钻进参数调节钻进速度，以协助该热水钻系统实现最大钻进效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的天车滑轮仰视图。
图3是本发明通过压力波动调节下钻速度的方法流程图。
其中：1—喷嘴及钻具；2—高压软管；3—桅杆；4—天车滑轮；5—电动绞车；6—伺服电机；7—高压加热器；8—高压泵；9—水箱；10—称重传感器；11—编码器。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，本发明包括热水钻装置和自动控制装置；
所述的热水钻装置包括喷嘴及钻具1、高压软管2、桅杆3、电动绞车5、高压加热器7、高压泵8和水箱9，其中桅杆3的顶端设置有天车滑轮4，电动绞车5通过伺服电机6带动，热水钻喷嘴与钻具1由高压软管2悬吊，高压软管2由电动绞车5引出并由天车滑轮4支撑，高压泵8一端与水箱9连接，高压泵8另一端连接高压加热器7；高压软管2的一端与高压加热器7连通，高压软管2另一端与喷嘴及钻具1的喷嘴连通；
所述的自动控制装置包括伺服电机6、称重传感器10和编码器11、钻孔参数观测仪器和控制器，称重传感器10、编码器11和钻孔参数观测仪器与控制器连接，伺服电机6由控制器控制，钻孔参数观测仪器安装在喷嘴及钻具1的钻具内，所述的钻孔参数观测仪器包括测径仪、温度传感器和测斜仪等。伺服电机6安装于电动绞车5内，可根据控制器的指令调整电动绞车5的运转状态。称重传感器10共有三个，呈犄角形安装于天车滑轮4底部，可实时反馈高压软管2所受拉力。编码器11安装于天车滑轮4侧面，用于实时监测钻具提升或下放速度。所述的控制器是现有技术。
本发明的工作过程：
高压泵8将水箱9中的水泵入高压加热器7内，高压加热器7迅速将水加热至所需的温度，加热后的热水沿高压软管2经电动绞车5和天车滑轮4进入喷嘴及钻具1，并由喷嘴喷出，快速融化孔底的冰层以实现高效钻进。
钻进过程中，喷嘴离孔底较远时，称重传感器10反馈的压力值相对平稳，自动控制装置自动发出提升下钻速度的指令；随着喷嘴逐渐接近孔底，由于热水直接喷射冲击孔底而产生较大的反作用力，压力数值会随之产生波动，自动控制装置能够根据波动大小降低下钻速度，促使压力数值趋于稳定。如图3所示，通过压力数值的变化，实时调节钻进速度，从而确保钻具以最佳钻进速度进行钻进，实现高效钻进。

Claims (2)

1.一种用于冰层钻进的热水钻系统，其特征在于：包括有热水钻装置和还包括有自动控制装置；
所述的热水钻装置包括喷嘴及钻具(1)、高压软管(2)、桅杆(3)、电动绞车(5)、高压加热器(7)、高压泵(8)和水箱(9)，其中桅杆(3)的顶端设置有天车滑轮(4)，电动绞车(5)通过伺服电机(6)带动，热水钻喷嘴与钻具(1)由高压软管(2)悬吊，高压软管(2)由电动绞车(5)引出并由天车滑轮(4)支撑，高压泵(8)一端与水箱(9)连接，高压泵(8)另一端连接高压加热器(7)；高压软管(2)的一端与高压加热器(7)连通，高压软管(2)另一端与喷嘴及钻具(1)的喷嘴连通。
所述的自动控制装置包括伺服电机(6)、称重传感器(10)、编码器(11)、钻孔参数观测仪器和控制器，称重传感器(10)、编码器(11)和钻孔参数观测仪器与控制器连接，伺服电机(6)由控制器控制，钻孔参数观测仪器安装在喷嘴及钻具(1)的钻具内，伺服电机(6)安装于电动绞车(5)内，称重传感器(10)共有三个，呈犄角形安装于天车滑轮(4)底部，编码器(11)安装于天车滑轮(4)侧面。
2.根据权利要求1所述的一种用于冰层钻进的热水钻系统，其特征在于：所述的钻孔参数观测仪器包括测径仪、温度传感器和测斜仪。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107420130A (zh) * 2017-08-10 2017-12-01 沈阳铁道勘察设计院有限公司 一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法
CN108104716A (zh) * 2017-12-13 2018-06-01 中国石油大学(华东) 模拟冻土地带钻井的装置
CN108225612A (zh) * 2018-04-10 2018-06-29 吉林大学 冰层热熔钻进周围冰层及融水温度场分布检测装置及方法
CN108360991A (zh) * 2018-03-24 2018-08-03 吉林大学 一种水压触发式冰层底部多点热水取芯钻具
CN109798071A (zh) * 2019-03-29 2019-05-24 吉林大学 一种极地冰川用超声波热水钻进装置及方法
CN109826561A (zh) * 2019-04-12 2019-05-31 吉林大学 一种无人值守极地粒雪层温度随钻测量装置
CN110273645A (zh) * 2019-08-06 2019-09-24 吉林大学 一种用于冰架底部无钻杆仰孔热熔回转钻进系统
CN113803052A (zh) * 2021-10-27 2021-12-17 昆明理工大学 一种地应力测量钻孔孔内环境检测装置及其检测方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2224272Y (zh) * 1994-12-24 1996-04-10 中国科学院兰州冰川冻土研究所 冰川钻探用热水钻
WO2005008018A2 (de) * 2003-07-13 2005-01-27 Stiftung Alfred-Wegener-Institut Für Polar- Und Meeresforschung Verfahren zum thermischen bohren von löchern in eis und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
FR2964141A1 (fr) * 2010-09-01 2012-03-02 Boma Construction Dispositif et procede pour percer un trou dans une couche epaisse de glace
CN204326970U (zh) * 2014-11-19 2015-05-13 吉林大学 用于冰雪层钻进的热熔钻头
CN106014202A (zh) * 2016-07-25 2016-10-12 吉林大学 一种在冰川使用的热水取芯钻具
CN206845097U (zh) * 2017-04-01 2018-01-05 吉林大学 用于冰层钻进的热水钻系统

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2224272Y (zh) * 1994-12-24 1996-04-10 中国科学院兰州冰川冻土研究所 冰川钻探用热水钻
WO2005008018A2 (de) * 2003-07-13 2005-01-27 Stiftung Alfred-Wegener-Institut Für Polar- Und Meeresforschung Verfahren zum thermischen bohren von löchern in eis und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
FR2964141A1 (fr) * 2010-09-01 2012-03-02 Boma Construction Dispositif et procede pour percer un trou dans une couche epaisse de glace
CN204326970U (zh) * 2014-11-19 2015-05-13 吉林大学 用于冰雪层钻进的热熔钻头
CN106014202A (zh) * 2016-07-25 2016-10-12 吉林大学 一种在冰川使用的热水取芯钻具
CN206845097U (zh) * 2017-04-01 2018-01-05 吉林大学 用于冰层钻进的热水钻系统

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107420130A (zh) * 2017-08-10 2017-12-01 沈阳铁道勘察设计院有限公司 一种巨型岩堆下部永久冰冻层电加热融化方法
CN108104716A (zh) * 2017-12-13 2018-06-01 中国石油大学(华东) 模拟冻土地带钻井的装置
CN108104716B (zh) * 2017-12-13 2019-05-21 中国石油大学(华东) 模拟冻土地带钻井的装置
CN108360991B (zh) * 2018-03-24 2023-09-19 吉林大学 一种水压触发式冰层底部多点热水取芯钻具
CN108360991A (zh) * 2018-03-24 2018-08-03 吉林大学 一种水压触发式冰层底部多点热水取芯钻具
CN108225612A (zh) * 2018-04-10 2018-06-29 吉林大学 冰层热熔钻进周围冰层及融水温度场分布检测装置及方法
CN108225612B (zh) * 2018-04-10 2019-03-22 吉林大学 冰层热熔钻进周围冰层及融水温度场分布检测装置及方法
CN109798071A (zh) * 2019-03-29 2019-05-24 吉林大学 一种极地冰川用超声波热水钻进装置及方法
CN109798071B (zh) * 2019-03-29 2023-11-21 吉林大学 一种极地冰川用超声波热水钻进装置及方法
CN109826561A (zh) * 2019-04-12 2019-05-31 吉林大学 一种无人值守极地粒雪层温度随钻测量装置
CN109826561B (zh) * 2019-04-12 2023-10-20 吉林大学 一种无人值守极地粒雪层温度随钻测量装置
CN110273645A (zh) * 2019-08-06 2019-09-24 吉林大学 一种用于冰架底部无钻杆仰孔热熔回转钻进系统
CN110273645B (zh) * 2019-08-06 2024-02-20 吉林大学 一种用于冰架底部无钻杆仰孔热熔回转钻进系统
CN113803052A (zh) * 2021-10-27 2021-12-17 昆明理工大学 一种地应力测量钻孔孔内环境检测装置及其检测方法
CN113803052B (zh) * 2021-10-27 2022-03-01 昆明理工大学 一种地应力测量钻孔孔内环境检测装置及其检测方法

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