CN108590512B - 一种可燃冰冷钻进方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可燃冰冷钻进方法和装置;包括冰粒射流系统、钻进系统和电源系统以及与其相适应的多功能旋挖钻进机。液氮和水经雾化喷嘴喷出在混合腔内温度骤然降低形成冰粒,冰粒经冰粒输送管进入一阶喷嘴,二级喷嘴喷射出的高压水带动一级喷嘴的冰粒高速运动,从而形成冰粒射流。本可燃冰冷钻进方法和装置从实用性出发,辅助钻进方式巧妙;利用冰粒射流,提高对岩石的冲击效应,有利于刀具粉碎岩石,提高钻进效率;冰粒射流和钻进同时进行,有利于降低钻头的温度和保护钻头的寿命,保证可燃冰在钻进过程中不会由于钻头温度的升高而发生分解。
Description
技术领域
本发明涉及可燃冰钻进技术领域,具体而言涉及一种可燃冰冷钻进方法和装置。
背景技术
可燃冰作为一种甲烷含量高,能量密度高、分布广、规模大、资源储量大,且燃烧后对环境无污染,所含有机碳资源总量相当于全球已知煤、石油和天然气总量的两倍,被国际公认为石油、天然气的接替能源,引起了世界各地的广泛关注。可燃冰的形成条件有低温、高压、有充足的气源。若这些条件不能具备,可燃冰会迅速熔化为水和甲烷,而甲烷作为一种温室气体,一旦失控,就会影响全球的气候,分解后的气体也会破坏周围环境,有时还会出现溶洞,使天然气水合物地层下沉,出现地基沉降事故。
尽管目前吉林大学发明了冷钻热采技术开采可燃冰,但由于在开采过程中钻头与井壁摩擦生热,钻头温度升高会使所钻进的可燃冰迅速分解为水和甲烷,而甲烷气体的释放会造成井壁稳定性破坏,出现井壁坍塌,分解产生的水增加了井壁地层的含水量,会造成地基整体沉降,甚至还可能引发井涌和井喷等事故。
因此解决可燃冰在钻进过程中,由于钻头摩擦生热,而使所钻进可燃冰分解问题应该引起高度关注。
发明内容
为解决现有技术所存在的技术问题,本发明提供了一种可燃冰冷钻进方法和装置。
为实现上述目的,本发明所采用的技术方案是:一种可燃冰冷钻进方法,所述可燃冰冷钻进方法通过一种可燃冰冷钻进装置来实现。
所述可燃冰冷钻进装置包括冰粒射流系统、钻进系统、电源系统。所述冰粒射流系统包括液氮供应箱,供水箱,低温软管,注水管,高压泵,调节阀,密封环,钻杆外置旋转密封器,制冰漏斗,制冰漏斗外置旋转密封器,雾化喷嘴,冰粒输送管,分支注水管,一级喷嘴,二级喷嘴,引射喷头;所述钻进系统包括动力装置,钻杆,钻头;所述电源系统包括电源装置,电线。
优选地,所述低温软管与钻杆外置旋转密封器紧密连接;钻杆的下端连接钻头;低温软管与钻杆外置旋转密封器连接之间设置密封环,以防止液氮在钻进过程中泄漏;注水管与钻杆外置旋转密封器连接,且在相互连接的部位设置密封环,以保证水在钻进过程中不发生泄漏;所述旋转密封器的工作原理相当于环向流通器,其内部中空,环形包覆在钻杆上,且钻杆可绕其转动,保证在钻进过程中液氮与水的连续供应;调节阀,高压泵通过低温软管和注水管分别连接。
优选地,所述制冰漏斗外部设置环向旋转密封器,制冰漏斗内壁的液氮进口处设置有雾化喷嘴,注水口处设置有雾化喷头,液氮和水经分别经过雾化喷嘴和雾化喷头喷出,形成雾状射流;所述制冰漏斗外层设有隔热层。所述制冰漏斗底部和冰粒输送管相连接;冰粒输送管底部与一级喷嘴相连接;所述冰粒输送管能够逐节加长。
优选地,所述分支注水管与二级喷嘴相连接;所述二级喷嘴置于一级喷嘴的内部,且二级喷嘴前端设置引射喷头;水从二级喷嘴的引射喷头喷出,形成高速,集中的水流束,从而带动一级喷嘴内部的冰粒高速运动,形成冰粒射流。
优选地,所述钻头是三翼钻头和引射喷头相组合的复合钻头;钻杆内部是中空的,其中空内壁上设有保温层。
优选地,所述可燃冰的冷钻进装置有与之相适应的多功能旋挖钻进机;所述旋挖钻进机包括支撑腿、履带式伸缩底盘、塔体、回转系统、电源装置、自行起落钻桅。所述支撑腿能够独立伸缩,以使多功能钻塔适应多种地形;回转系统带动钻杆钻进;履带式伸缩底盘上设置电源装置;所述自行起落钻桅可伸缩,可对可燃冰的冷钻进装置进行操作。所述电源装置通过电线与高压泵,动力装置连接并对其供电。
所述多功能旋挖钻进机包括支撑腿。所述支撑腿能够独立伸缩,以使多功能钻塔适应多种地形;履带式伸缩底盘上设置电源装置;自行起落钻桅可以伸缩,以适应钻进的深度。所述电源装置通过电线与高压泵,动力装置连接并对其供电。
所述可燃冰冷钻进方法,包括如下步骤:
S1:准备阶段:将钻杆与液氮管和水管分别连接,并确保密封环与钻杆旋转密封器紧密连接,以防液氮和水在供应过程中泄漏;调节旋挖钻进机到最佳位置;并通过电源装置给高压泵供电和动力装置供电;调节旋挖钻进机到最佳位置。
S2:钻进阶段:液氮通过低温软管输送到钻杆外置旋转密封器下部空间,然后从液氮进口流入,通过雾化喷嘴喷出进入漏斗混合腔从而形成雾状射流;水通过注水管输送到钻杆外置旋转密封器上部空间,然后从注水口流入,通过雾化喷头喷出进入漏斗混合腔从而形成雾状射流;水和液氮所形成的雾状射流在混合腔内温度骤然降低,形成冰粒;冰粒经冰粒输送管进入一级喷嘴,在一级喷嘴内实现第一次加速;水由分支注水管进入二级喷嘴,且在二级喷嘴内实现加速,并经引射喷头喷出,从而带动一级喷嘴内部的冰粒高速运动,冰粒实现第二次加速,从而在钻杆内部形成冰粒射流;冰粒射流和钻杆钻进同时行。
优选地,在S1步骤中,在低温软管与钻杆外置旋转密封器连接部位设置密封环,同时注水管与钻杆外置旋转密封器连接部位也设置密封环,以保证液氮和水在钻进过程中不发生泄漏。
优选地,在S2步骤中,预先将液氮由低温软管以气态输入到制冰漏斗内,为钻进过程中冰粒的制备提供一个深冷空间。
优选地,在钻杆内部设置横隔板,控制冰粒输送管的位置,以防钻杆在钻进过程中速度过快,导致冰粒输送管偏离原始位置,从而造成冰粒输送管损坏。
优选地,在S2步骤中,随着钻进的深入,需要加接钻杆;先停止钻进,连接钻杆和冰粒输送管,然后加设横隔板,以固定冰粒输送管的位置;再重复进行步骤S1-S2。
一种可燃冰冷钻进装置,本发明的优点在于:
本可燃冰冷钻进方法和装置,从实用性出发,冰粒射流和钻进同时进行,辅助钻进方式巧妙,有利于保护钻头的寿命,其利用冰粒射流,提高对岩石的冲击效应,有利于刀具粉碎岩石,提高钻进效率。
本可燃冰冷钻进方法和装置,是通过连续制冰的方法,在高压水射流的作用下形成冰粒射流,冰粒射流属于非热源的射流束,冰粒射流束作用于钻头可降低钻头的温度,防止由于钻头温度过高,在钻进过程中,与钻头直接接触的可燃冰分解;同时冰粒射流束作用于可燃冰,可降低可燃冰由于地热温度梯度引起的温度升高,更好的使可燃冰保持原状,以便成功高效开采。
附图说明
图1是本发明的整体系统示意图。
图2是本发明的钻杆首端结构示意图。
图3是本发明的钻头部分结构示意图。
图中:1-支撑腿 2-履带式伸缩底盘 3-塔体 4-回转系统 5-电源装置 6-自行起落钻桅 7-动力装置8-供水箱 9-液氮箱 10-钻杆 11-钻头 12-制冰漏斗 13-制冰漏斗外置旋转密封器 14-钻杆外置旋转密封器 15-密封环 16-调节阀 17-混合腔 18-钻杆外置旋转密封器 19-密封环 20-调节阀 21-高压泵 22-注水口 23-液氮进口 24-注水管 25-雾化喷头 26-保温层 27-分支注水管 28-高压泵 29-低温软管 30-雾化喷嘴 31-横隔板32-保温层 33-冰粒输送管 34-一级喷嘴 35-二级喷嘴 36-引射喷头。
具体实施方案
下面结合附图1-3,对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
一种可燃冰冷钻进方法,其包括以下步骤:S1准备阶段:将钻杆与液氮管和水管分别连接,并确保密封块与钻杆旋转密封器紧密连接,以防液氮和水在供应过程中泄漏;并通过电源装置给动力装置、高压泵供电。S2钻进阶段:液氮通过低温软管输送到钻杆外置旋转密封器下部空间,然后从液氮进口流入,通过雾化喷嘴喷出进入漏斗混合腔从而形成雾状射流;水通过注水管输送到钻杆外置旋转密封器上部空间,然后从注水口流入通过雾化喷头喷出进入漏斗混合腔从而形成雾状射流;水和液氮所形成的雾状射流在混合腔内温度骤然降低,形成冰粒;冰粒经冰粒输送管进入一级喷嘴,在一级喷嘴内实现第一次加速;水由分支注水管进入二级喷嘴,且在二级喷嘴内实现加速,并经引射喷头喷出,从而带动一级喷嘴内部的冰粒高速运动,冰粒实现第二次加速,从而在钻杆内部形成冰粒射流;冰粒射流和钻杆钻进同时进行。
优选地,在S1步骤中,在低温软管与钻杆外置旋转密封器连接部位设置密封环,同时注水管与钻杆外置旋转密封器连接部位也设置密封环,以保证液氮和水在钻进过程中不发生渗漏;预先将液氮由低温软管以气态输入到制冰漏斗内,为钻进过程中冰粒的制备提供一个深冷空间。
优选地,在S1步骤中,在钻杆内部设置横隔板,控制冰粒输送管的位置,以防钻杆在钻进过程中速度过快,导致冰粒输送管偏离原始位置,从而造成冰粒输送管损坏。
优选地,在S2步骤中,随着钻进的深入,需要加接钻杆;先停止钻进,连接钻杆和冰粒输送管,然后加设横隔板,固定冰粒输送管的位置;再重复进行步骤S1-S2。
一种可燃冰钻进装置,包括冰粒射流系统、钻进系统、电源系统。所述冰粒射流系统包括液氮供应箱,供水箱,低温软管,注水管,高压泵,调节阀,密封环,钻杆外置旋转密封器,制冰漏斗,制冰漏斗外置旋转密封器,雾化喷嘴,冰粒输送管,分支注水管,一级喷嘴,二级喷嘴,引射喷头;所述钻进系统包括动力装置,钻杆,钻头;所述电源系统包括电源装置,电线。
低温软管与钻杆外置旋转密封器紧密连接;钻杆的下端连接钻头;低温软管与钻杆外置旋转密封器连接之间设置密封环,以防止液氮在钻进过程中渗漏;注水管与钻杆外置旋转密封器连接,且在相互连接的部位设置密封圈,以防止水在钻进过程中渗漏;旋转密封器的工作原理相当于环向流通器,解决了在钻进过程中低温软管与注水管相互缠绕的问题;调节阀,高压泵通过低温软管和注水管。
所述制冰漏斗外部设置环向旋转密封器,制冰漏斗内壁的液氮进口处设置有雾化喷嘴,注水口处设置有雾化喷头,液氮和水经分别经过雾化喷嘴和雾化喷头喷出,形成雾状射流;制冰漏斗外层设有隔热层。所述制冰漏斗底部和冰粒输送管相连接;冰粒输送管底部与一级喷嘴相连接;所述冰粒输送管能够逐节加长。
所述分支注水管与二级喷嘴相连接;所述二级喷嘴设置于一级喷嘴的内部,且二级喷嘴前端设置引射喷头;水从二级喷嘴的引射喷头喷出,形成高速,集中的水流束,从而带动一级喷嘴内部的冰粒高速运动,形成冰粒射流。
所述钻头是三翼钻头和引射喷头相组合的复合钻头,钻杆内部是中空的,其中空内壁上设有保温层。
所述一种可燃冰冷钻进装置有与之相适应的多功能旋挖钻进机;所述旋挖钻进机包括支撑腿、履带式伸缩底盘、塔体、回转系统、电源装置、自行起落钻桅。所述支撑腿能够独立伸缩,以使多功能钻塔适应多种地形;回转系统带动钻杆钻进;履带式伸缩底盘上设置电源装置;所述自行起落钻桅可伸缩,可对可燃冰的冷钻进装置进行操作。所述电源装置通过电线与高压泵,动力装置连接并对其供电。
以上所述仅用来说明本发明的技术内容,以便于读者更容易理解,但不代表本发明的实施方式仅限于此,任何依本发明所做的技术延伸或再创造,均受本发明的保护。
Claims (1)
1.一种可燃冰冷钻进方法,其特征在于,所述可燃冰冷钻进方法通过一种可燃冰冷钻进装置来实现;
所述可燃冰冷钻进装置包括冰粒射流系统、钻进系统、电源系统,所述冰粒射流系统包括液氮箱(9),供水箱(8),低温软管(29),注水管(24),高压泵(28),调节阀(20),密封环(19),钻杆外置旋转密封器(18),制冰漏斗(12),制冰漏斗外置旋转密封器(13),雾化喷嘴(25),冰粒输送管(33),分支注水管(27),一级喷嘴(34),二级喷嘴(35),引射喷头(36);所述钻进系统包括动力装置(7),钻杆(10),钻头(11);所述电源系统包括电源装置(5),电线;
所述低温软管与钻杆外置旋转密封器紧密连接;钻杆的下端连接钻头;低温软管与钻杆外置旋转密封器连接之间设置密封环,以保证液氮在钻进过程中不发生泄漏;注水管与钻杆外置旋转密封器连接,且在相互连接的部位设置密封环,以保证水在钻进过程中不发生泄漏;所述旋转密封器的工作原理相当于环向流通器,其内部中空,环形包覆在钻杆上,且钻杆可绕其转动,保证在钻进过程中液氮与水的连续供应;调节阀,高压泵通过低温软管和注水管分别连接;
所述制冰漏斗外部设置环向旋转密封器,制冰漏斗内壁的液氮进口处设置有雾化喷嘴,注水口处设置有雾化喷头,液氮和水经分别经过雾化喷嘴和雾化喷头喷出,形成雾状射流;所述制冰漏斗外层设有隔热层;所述制冰漏斗底部和冰粒输送管相连接;冰粒输送管底部与一级喷嘴相连接;所述冰粒输送管能够逐节加长;
所述分支注水管与二级喷嘴相连接;所述二级喷嘴设置于一级喷嘴的内部,且二级喷嘴前端设置引射喷头;水从二级喷嘴的引射喷头喷出,形成高速、集中的水流束,从而带动一级喷嘴内部的冰粒高速运动,形成冰粒射流;
所述钻头是三翼钻头和引射喷头相组合的复合钻头;钻杆内部是中空的,其中空内壁上设有保温层;
所述可燃冰冷钻进装置还设置有与之相适应的多功能旋挖钻进机;所述旋挖钻进机包括支撑腿(1)、履带式伸缩底盘(2)、塔体(3)、回转系统(4)、电源装置(5)、自行起落钻桅(6);所述支撑腿能够独立伸缩,以使多功能钻塔适应多种地形;回转系统带动钻杆钻进;履带式伸缩底盘上设置电源装置;所述自行起落钻桅可伸缩,可对可燃冰冷钻进装置进行操作;所述电源装置通过电线与高压泵,动力装置连接并对其供电;
所述可燃冰冷钻进方法,包括如下步骤:
S1:准备阶段:将钻杆与液氮管和水管分别连接,并确保密封块与钻杆旋转密封器紧密连接,以防液氮和水在供应过程中泄漏;并通过电源装置给高压泵、动力装置供电;
S2:钻进阶段:液氮通过低温软管输送到钻杆外置旋转密封器下部空间,然后从液氮进口流入,通过雾化喷嘴喷出进入漏斗混合腔从而雾状射流;水通过注水管输送到钻杆外置旋转密封器上部空间,然后从注水口流入,通过雾化喷头喷出进入漏斗混合腔从而形成雾状射流;液氮所形成的雾状射流使混合腔内温度骤然降低,进而使水形成的雾状射流变成冰粒;冰粒经冰粒输送管进入一级喷嘴,在一级喷嘴内实现第一次加速;水由分支注水管进入二级喷嘴,且在二级喷嘴内实现加速,并经引射喷头喷出,从而带动一级喷嘴内部的冰粒高速运动,冰粒实现第二次加速,从而在钻杆内部形成冰粒射流;钻杆钻进时冰粒射流连续喷出,辅助钻进;
所述可燃冰冷钻进方法,在步骤S1中,在低温软管与钻杆外置旋转密封器连接部位设置密封环,同时注水管与钻杆外置旋转密封器连接部位也设置密封环,以保证液氮和水在钻进过程中不发生泄漏;预先将液氮由低温软管以气态输入到制冰漏斗内,为钻进过程中冰粒的制备提供一个深冷空间;在钻杆内部设置横隔板,控制冰粒输送管的位置,以防钻杆在钻进过程中速度过快,导致冰粒输送管偏离原始位置,从而造成冰粒输送管损坏;在步骤S2中,随着钻进的深入,需要加接钻杆;先停止钻进,连接钻杆和冰粒输送管,然后加设横隔板,固定冰粒输送管的位置;再重复进行步骤S1-S2。
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