CN111502532A - 开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法 - Google Patents

开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111502532A
CN111502532A CN202010482673.0A CN202010482673A CN111502532A CN 111502532 A CN111502532 A CN 111502532A CN 202010482673 A CN202010482673 A CN 202010482673A CN 111502532 A CN111502532 A CN 111502532A
Authority
CN
China
Prior art keywords
channel
separator
end cover
hole hammer
oil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010482673.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111502532B (zh
Inventor
彭枧明
李彦良
李柯柯
黄朝阳
张广
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202010482673.0A priority Critical patent/CN111502532B/zh
Priority claimed from CN202010482673.0A external-priority patent/CN111502532B/zh
Publication of CN111502532A publication Critical patent/CN111502532A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111502532B publication Critical patent/CN111502532B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B1/00—Percussion drilling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B01D45/14—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces generated by rotating vanes, discs, drums or brushes
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B10/00—Drill bits
    • E21B10/36—Percussion drill bits
    • E21B10/38—Percussion drill bits characterised by conduits or nozzles for drilling fluids
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/003—Bearing, sealing, lubricating details
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B4/00—Drives for drilling, used in the borehole
    • E21B4/06—Down-hole impacting means, e.g. hammers
    • E21B4/14—Fluid operated hammers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N23/00—Special adaptations of check valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16N—LUBRICATING
    • F16N7/00—Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated
    • F16N7/30—Arrangements for supplying oil or unspecified lubricant from a stationary reservoir or the equivalent in or on the machine or member to be lubricated the oil being fed or carried along by another fluid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

本发明公开了一种开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法，属于干热岩钻探技术领域，该装置是由螺旋式井下分离器、储油器和气动潜孔锤依次通过螺纹配合形成的一体式结构；气动潜孔锤入井之前，从地热井口往井内注入清水，使潜孔锤达到井底后浸没在预定深度的水中，为维持水深，间歇性地向压缩空气管路中注清水，清水与压缩空气顺着钻柱下行，形成气液混合的雾气，雾气下行到螺旋式井下分离器，实现气液分离后，压缩空气经过储油器，形成混有润滑油的压缩空气进入潜孔锤气室，润滑活塞冲锤并驱动活塞冲锤完成冲击碎岩，清水则从潜孔锤中心孔流向井底实现补水，润滑冷却钻头球齿，提高钻头寿命，同时还可辅助冷裂岩石。

Description

开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法
技术领域
本发明属于干热岩钻探技术领域，具体涉及一种开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法。
背景技术
地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点。深部地热能项目可以为电力和热能生产提供低碳、可再生的负荷资源。与水热型地热资源相比，更多的地热能储存于地下无水或少水的高温岩体中形成干热岩(HDR)型地热资源。
与其他非常规油气资源不同的是，由于深部地热资源存在于低渗透、高研磨性、高硬度的花岗岩中，地热资源开发难度较大。制约地热能开发的关键因素是地热能开发成本过高。钻井费用约占地热开发项目总费用的50％-70％。钻井作业本身占总钻井成本的25％-40％，占总施工时间的40％以上。过高的钻井成本与较长的钻井周期严重制约了干热岩的大规模开发利用。
目前钻井作业成本过高，主要是因为干热岩地层中花岗岩的研磨性强、可钻性差。另外，常规回转钻进方法碎岩效率低，钻头磨损快。而潜孔锤在提高钻井效率上具有很大优势，但是在潜孔锤钻进干热岩地层中，合金齿与岩石之间的撞击和摩擦致合金表面温度升高，在地温梯度和井内温度较高情况下，钻头球齿以及边齿就会产生热疲劳，生长出热裂纹，进而直接降低钻头的使用寿命。现有钻头的冷却方式大多为井底流体自然流动冷却，但这种方式的换热速度慢，降温性能不佳，加上特殊的地热环境和地热高温影响，钻头的寿命往往很短，而且潜孔锤在高温环境中的磨损问题也很严重，极大的限制了钻进效率的提高。
发明内容
本发明的目的在于：针对现有干热岩钻井中潜孔锤钻头边齿磨损严重导致钻头寿命缩短的不足，以及干热岩碎岩效率低下等问题，提供一种开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法，可以有效地提高钻头和潜孔锤寿命，提高地热钻井开发效率。
本发明为实现上述目的采用的技术方案是：开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置，其特征在于，该装置由螺旋式井下分离器、储油器和气动潜孔锤三部分构成，螺旋式井下分离器、储油器和气动潜孔锤依次通过螺纹配合形成一体式结构；
所述螺旋式井下分离器包括上接头、分离器上端盖、螺旋体、分离器内缸、分离器外缸及分离器下端盖，上接头设有中空通道，并在该中空通道内部设有逆止阀机构，逆止阀机构由密封圈、第一弹簧及逆止阀组成，密封圈设置在上接头的中空通道内壁和逆止阀之间，第一弹簧的一弹性端抵靠在逆止阀上，另一弹性端抵靠在上接头的中空通道底部端面上；分离器上端盖的上部与上接头螺纹配合连接，分离器上端盖的下部同时与分离器内缸和分离器外缸螺纹配合连接，分离器上端盖上均匀开设有低温雾气入口通道，低温雾气入口通道的上端与上接头的中空通道连通，低温雾气入口通道的下端与分离器内缸内部连通；螺旋体的下部置于分离器内缸内部，螺旋体的上部安装在分离器上端盖上，螺旋体由旋转轴及螺旋叶片构成，旋转轴为空心轴，旋转轴的内部具有螺旋体中空通道，同时旋转轴的侧壁上部均匀开设有与螺旋体中空通道连通的气体排出口，螺旋叶片设置在旋转轴的外周壁上；分离器内缸和分离器外缸同轴设置，离器内缸位于分离器外缸内部，二者之间预留有间距以形成压缩空气流出环形通道，压缩空气流出环形通道通过开设在分离器上端盖上的气体通道与位于旋转轴侧壁上部的气体排出口连通；分离器下端盖上设有清水流出通道，分离器下端盖和分离器上端盖均通过螺纹与分离器内缸相连，分离器下端盖的上表面、分离器上端盖的下表面及分离器内缸内壁围成的空间形成液气分离内腔；
所述储油器包括储油器上端盖、储油器隔套、清水通道套筒、储油器外缸及储油器下端盖，储油器外缸的上端与分离器外缸螺纹配合连接，储油器外缸的下端与潜孔锤上接头螺纹配合；储油器上端盖、储油器隔套、清水通道套筒、储油器外缸及储油器下端盖同轴布置，储油器上端盖与储油器外缸螺纹连接，储油器上端盖上开设有轴向贯穿的压缩气体入口通道；储油器隔套位于清水通道套筒和储油器外缸之间，储油器隔套的内壁与清水通道套筒的外壁预留有间距，储油器隔套的外壁与储油器外缸内壁预留有间隙；储油器隔套和清水通道套筒的上端均与储油器上端盖螺纹连接，储油器隔套和清水通道套筒的下端均与储油器下端盖下端螺纹连接，储油器隔套的外壁、储油器外缸的内壁、储油器上端盖的下表面和储油器下端盖的上表面围成的空间形成压缩气体环形通道，压缩气体环形通道与压缩空气流出环形通道连通；储油器隔套的内壁、清水通道套筒的外壁、油器上端盖的下表面和储油器下端盖的上表面围成的空间为储油腔，储油腔通过开设在储油器隔套侧壁上部的压缩气体侧向出口与压缩气体环形通道连通；储油器下端盖上设置有润滑油渗出装置，润滑油渗出装置用于将储油腔内部的润滑油渗入开设在储油器下端盖上的润滑油流出通道内，储油器下端盖中部开设有轴向贯穿的中心通道，该中心通道与清水通道套筒内部连通；润滑油流出通道上部与压缩气体环形通道连通；
所述气动潜孔锤包括潜孔锤上接头、进气座、潜孔锤内缸、潜孔锤外缸、活塞冲锤、隔套、导向套、下接头及钻头，潜孔锤上接头设有清水中心通道和压缩空气侧通道，压缩空气侧通道与润滑油流出通道连通，潜孔锤外缸的一端与潜孔锤上接头通过螺纹连接，潜孔锤外缸的另一端通过螺纹与下接头连接；钻头通过花键与下接头配合连接；导向套坐于下接头上端面；进气座与潜孔锤内缸通过螺纹连接并与活塞冲锤一起装配到潜孔锤外缸内部，同潜孔锤上接头和钻头处于同一轴线；潜孔锤内缸与潜孔锤外缸之间预留间距形成环形腔；活塞冲锤和钻头均具有中空通道。
作为本发明的一种优选技术方案，所述润滑油渗出装置装入储油器下端盖上部，润滑油渗出装置整体处于储油腔内部，润滑油渗出装置高出储油器下端盖上平面。
作为本发明的一种优选技术方案，所述润滑油渗出装置包括壳体、第二弹簧和钢球，壳体内部设有上下贯穿的过油通道，该过油通道与开设在储油器下端盖上的润滑油流出通道连通，过油通道从上至下分为三部分，第一部分为圆柱形通道Ⅰ、第二部分为圆锥形过渡通道及第三部分为圆柱形通道Ⅱ，圆柱形通道Ⅰ的直径小于钢球直径，圆柱形通道Ⅱ的直径大于钢球直径；第二弹簧和钢球位于过油通道内部，第二弹簧的底端抵靠在储油器下端盖的上表面，第二弹簧的上端与钢球接触。
开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进方法，其特征在于，该方法采用上述钻进装置进行钻进，具体包括以下步骤：
a.气动潜孔锤入井工作之前，预先将清水从井口注入到井筒内，使距离井筒底部预定高度周围岩石产生热裂纹；
b.进行干热岩钻进作业时，使气动潜孔锤达到井底后浸没在2.5米-3.5米深的水中；为维持水深始终保持在2.5-3.5米，间歇性地向压缩空气管路中注入0℃-5℃的清水；注入清水与压缩空气顺着钻柱下行，形成气液混合的雾气，雾气经过上接头的中空通道通过逆止阀进入分离器上端盖的低温雾气入口通道中，继续进入分离器内缸的内部，驱动螺旋式井下分离器的螺旋体旋转，将气体和清水分离，气体顺着螺旋体中空通道，经过压缩空气流出环形通道排出，清水从分离器下端盖的清水流出通道排出；
c.分离后的压缩气体与清水分别进入到储油器上端盖的压缩气体入口通道和清水通道套筒；压缩气体通过压缩气体入口通道进入储油腔，储油腔内的压缩空气一部分从压缩气体侧向出口排出到压缩气体环形通道，一部分留在储油腔中，使储油腔内压强增大，推动润滑油经过润滑油渗出装置进入润滑油流出通道使润滑油渗出，渗流出来的润滑油与压缩空气相混合，进入到潜孔锤上接头的压缩空气侧通道；清水通道套筒内的清水通过储油器下端盖中部的中心通道进入潜孔锤上接头的清水中心通道；
d.进入到压缩空气侧通道的混有润滑油的压缩气体经过潜孔锤上接头，进入到潜孔锤内缸和潜孔锤外缸之间的环形腔，推动活塞冲锤下行，冲击钻头进而冲击破碎岩石，同时润滑活塞冲锤，进入到潜孔锤上接头的清水中心通道的清水经过进气座，进入活塞冲锤和钻头的中空通道，在孔底冷却钻头以及钻头上的球齿和清洗岩屑。
作为本发明的一种优选技术方案，所述预定高度为2.5-3.5米。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：本发明提出的开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法，可实现低温水充分冷却气动潜孔锤，减少钻头磨损，显著提高钻头寿命。混有润滑油的压缩气体可使潜孔锤得到适宜的润滑，进而提高潜孔锤寿命。同时，低温水还可冷裂井底岩石，降低破岩难度，进而提高干热岩钻进的效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1为开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置外观整体结构示意图。
图2为本发明实施例中开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置的螺旋式井下分离器结构示意图。
图3为图2的A-A剖面图。
图4本发明实施例中开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置的储油器结构示意图。
图5为润滑油渗出装置局部放大图。
图6为本发明实施例中开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置的气动潜孔锤结构示意图。
图中各标记如下：1-上接头；2-密封圈；3-第一弹簧；4-逆止阀；5-分离器上端盖；6-螺旋体；7-分离器内缸；8-分离器外缸；9-分离器下端盖；10-低温雾气入口通道；11-螺旋体中空通道；12-压缩空气流出环形通道；13-清水流出通道；14-储油器上端盖；15-储油器隔套；16-清水通道套筒；17-储油器外缸；18-储油器下端盖；19-压缩气体入口通道；20-压缩气体侧向出口；21-压缩气体环形通道；22-储油腔；23-润滑油流出通道；24-第二弹簧；25-钢球；26-潜孔锤上接头；27-清水中心通道；28-压缩空气侧通道；29-进气座；30-潜孔锤内缸；31-潜孔锤外缸；32-活塞冲锤；33-隔套；34-导向套；35-下接头；36-钻头；I-润滑油渗出装置。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，限定有“第一”、“第二”的特征并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
如图1、图2、图3、图4、图5及图6所示，开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置由螺旋式井下分离器、储油器和气动潜孔锤三部分构成，螺旋式井下分离器、储油器和气动潜孔锤依次通过螺纹配合形成一体式结构。
本发明提出的开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置的工作原理为：气动潜孔锤入井之前，从地热井口往井内注入清水，使气动潜孔锤达到井底后浸没在预定深度的水中，所述预定深度为2.5米-3.5米，优选为3米，为维持水深在2.5米-3.5米的范围内，间歇性地往压缩空气管路中注入0℃-5℃的清水，注入清水与压缩空气顺着钻柱下行，下行到气动潜孔锤上方后经过螺旋式井下分离器，实现气液分离后，压缩空气经过储油器，形成混有润滑油的压缩空气进入潜孔锤气室，润滑活塞冲锤32并驱动活塞冲锤32完成冲击碎岩，清水则从潜孔锤中心孔流向井底实现补水，润滑冷却钻头球齿，提高钻头寿命，同时还可辅助冷裂岩石。
如图2及图3所示，螺旋式井下分离器包括上接头1、分离器上端盖5、螺旋体6、分离器内缸7、分离器外缸8及分离器下端盖9，上接头1的上部与钻杆相连，上接头1设有中空通道，并在该中空通道内部设有逆止阀机构，逆止阀机构由密封圈2、第一弹簧3及逆止阀4组成，密封圈2设置在上接头1的中空通道内壁和逆止阀4之间，第一弹簧3的一弹性端抵靠在逆止阀4上，另一弹性端抵靠在上接头1的中空通道底部端面上；分离器上端盖5的上部与上接头1螺纹配合连接，分离器上端盖5的下部同时与分离器内缸7和分离器外缸8螺纹配合连接，分离器上端盖5上均匀开设有低温雾气入口通道10，低温雾气入口通道10的上端与上接头1的中空通道连通，低温雾气入口通道10的下端与分离器内缸7内部连通；螺旋体6的下部置于分离器内缸7内部，螺旋体6的上部安装在分离器上端盖5上，螺旋体6由旋转轴及螺旋叶片构成，旋转轴为空心轴，旋转轴的内部具有螺旋体中空通道11，同时旋转轴的侧壁上部均匀开设有与螺旋体中空通道11连通的气体排出口，螺旋叶片设置在旋转轴的外周壁上；分离器内缸7和分离器外缸8同轴设置，分离器内缸7位于分离器外缸8内部，二者之间预留有间距以形成压缩空气流出环形通道12，压缩空气流出环形通道12通过开设在分离器上端盖5上的气体通道与位于旋转轴侧壁上部的气体排出口连通；分离器下端盖9上设有清水流出通道13，分离器下端盖9和分离器上端盖5均通过螺纹与分离器内缸7相连，分离器下端盖9的上表面、分离器上端盖5的下表面及分离器内缸7内壁围成的空间形成液气分离内腔；
如图4所示，储油器包括储油器上端盖14、储油器隔套15、清水通道套筒16、储油器外缸17及储油器下端盖18，储油器外缸17的上端与分离器外缸8螺纹配合连接，储油器外缸17的下端与潜孔锤上接头26螺纹配合；储油器上端盖14、储油器隔套15、清水通道套筒16、储油器外缸17及储油器下端盖18同轴布置，储油器上端盖14与储油器外缸17螺纹连接，储油器上端盖14上开设有轴向贯穿的压缩气体入口通道19；储油器隔套15位于清水通道套筒16和储油器外缸17之间，储油器隔套15的内壁与清水通道套筒16的外壁预留有间距，储油器隔套15的外壁与储油器外缸17内壁预留有间隙；储油器隔套15和清水通道套筒16的上端均与储油器上端盖14螺纹连接，储油器隔套15和清水通道套筒16的下端均与储油器下端盖18下端螺纹连接，储油器隔套15的外壁、储油器外缸17的内壁、油器上端盖14的下表面和储油器下端盖18的上表面围成的空间形成压缩气体环形通道21，压缩气体环形通道21与压缩空气流出环形通道12连通；储油器隔套15的内壁、清水通道套筒16的外壁、油器上端盖14的下表面和储油器下端盖18的上表面围成的空间为储油腔22，储油腔22通过开设在储油器隔套15侧壁上部的压缩气体侧向出口20与压缩气体环形通道21连通，储油腔22中润滑油可通过润滑油渗出装置I渗出；如图5所示，润滑油渗出装置I位于储油腔22内部且安装在储油器下端盖18上，润滑油渗出装置I包括壳体、第二弹簧24和钢球25，壳体内部设有上下贯穿的过油通道，该过油通道与开设在储油器下端盖18上的润滑油流出通道23连通，过油通道从上至下分为三部分，第一部分为圆柱形通道Ⅰ、第二部分为圆锥形过渡通道及第三部分为圆柱形通道Ⅱ，圆柱形通道Ⅰ的直径小于钢球25直径，圆柱形通道Ⅱ的直径大于钢球25直径；第二弹簧24和钢球25位于过油通道内部，第二弹簧24的底端抵靠在储油器下端盖18的上表面，第二弹簧24的上端与钢球25接触，储油器中润滑油渗出速率和渗出量均可受到润滑油渗出装置I中第二弹簧24强度的调节来实现；储油器中储油体积为30L左右；润滑油渗出装置I独立装入储油器下端盖18上部，整体处于储油腔22内部，润滑油渗出装置I高出储油器下端盖18上平面，防止沉淀的杂质随润滑油进入气动潜孔锤；储油器下端盖18中部开设有轴向贯穿的中心通道，该中心通道与清水通道套筒16内部连通；润滑油流出通道23上部与压缩气体环形通道21连通；
如图6所示，所述气动潜孔锤包括潜孔锤上接头26、进气座29、潜孔锤内缸30、潜孔锤外缸31、活塞冲锤32、隔套33、导向套34、下接头35及钻头36，潜孔锤上接头26设有清水中心通道27和压缩空气侧通道28，压缩空气侧通道28与润滑油流出通道23连通，潜孔锤外缸31的一端与潜孔锤上接头26通过螺纹连接，潜孔锤外缸31的另一端通过螺纹与下接头35连接；钻头36通过花键与下接头35配合连接；导向套34坐于下接头35上端面；进气座29与潜孔锤内缸30通过螺纹连接并与活塞冲锤32一起装配到潜孔锤外缸31内部，同潜孔锤上接头26和钻头36处于同一轴线；潜孔锤内缸30与潜孔锤外缸31之间预留间距形成环形腔；活塞冲锤32和钻头36均具有中空通道。
开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进方法包括以下步骤：
a.气动潜孔锤入井工作之前，先将清水从井口注入到井筒内，预先使距离井筒底部2.5-3.5米处的周围岩石发生热交换产生热裂纹，弱化岩石力学性质；
b.进行干热岩钻进作业时，使气动潜孔锤达到井底后浸没在2.5米-3.5米深的水中；为维持水深始终保持在2.5-3.5米，间歇性地向压缩空气管路中注入0℃-5℃的清水；注入清水与压缩空气顺着钻柱下行，形成气液混合的雾气，雾气经过上接头1的中空通道通过逆止阀4进入分离器上端盖5的低温雾气入口通道10中，继续进入分离器腔体中即分离器内缸7的内部，驱动螺旋式井下分离器的螺旋体6旋转，将气体和清水分离，气体顺着螺旋体中空通道11，经过压缩空气流出环形通道12排出，清水从分离器下端盖9的清水流出通道13排出；
c.分离后的压缩气体与清水分别进入到储油器上端盖14的压缩气体入口通道19和清水通道套筒16；进入到压缩气体入口通道19的压缩空气进而进入了储油腔22，一部分压缩空气从压缩气体侧向出口20排出到压缩气体环形通道21，一部分压缩空气留在储油腔22中，使储油腔22内压强增大，推动润滑油经过润滑油渗出装置I，推动位于第二弹簧24上方的钢球25，压缩第二弹簧24，进而打开润滑油流出通道23使润滑油渗出，渗流出来的润滑油与压缩空气相混合，进入到潜孔锤上接头26的压缩空气侧通道28；清水进入潜孔锤上接头26的清水中心通道27；
d.进入到压缩空气侧通道28的混有润滑油的压缩气体经过潜孔锤上接头26，进入到潜孔锤内缸30和潜孔锤外缸31之间的环形腔，所述环形腔为活塞冲锤32运行的进气室，推动活塞冲锤32下行，冲击钻头36，进而冲击破碎岩石，同时润滑活塞冲锤32，提高气动潜孔锤寿命；进入到潜孔锤上接头26的清水中心通道27的清水经过进气座29，进入活塞冲锤32和钻头36的中空通道，在孔底冷却钻头36以及钻头36上的球齿和清洗岩屑，同时达到补充清水的目的，维持水深2.5米-3.5米左右。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所做的同等结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置，其特征在于，该装置由螺旋式井下分离器、储油器和气动潜孔锤三部分构成，螺旋式井下分离器、储油器和气动潜孔锤依次通过螺纹配合形成一体式结构；
所述螺旋式井下分离器包括上接头(1)、分离器上端盖(5)、螺旋体(6)、分离器内缸(7)、分离器外缸(8)及分离器下端盖(9)，上接头(1)设有中空通道，并在该中空通道内部设有逆止阀机构，逆止阀机构由密封圈(2)、第一弹簧(3)及逆止阀(4)组成，密封圈(2)设置在上接头(1)的中空通道内壁和逆止阀(4)之间，第一弹簧(3)的一弹性端抵靠在逆止阀(4)上，另一弹性端抵靠在上接头(1)的中空通道底部端面上；分离器上端盖(5)的上部与上接头(1)螺纹配合连接，分离器上端盖(5)的下部同时与分离器内缸(7)和分离器外缸(8)螺纹配合连接，分离器上端盖(5)上均匀开设有低温雾气入口通道(10)，低温雾气入口通道(10)的上端与上接头(1)的中空通道连通，低温雾气入口通道(10)的下端与分离器内缸(7)内部连通；螺旋体(6)的下部置于分离器内缸(7)内部，螺旋体(6)的上部安装在分离器上端盖(5)上，螺旋体(6)由旋转轴及螺旋叶片构成，旋转轴为空心轴，旋转轴的内部具有螺旋体中空通道(11)，同时旋转轴的侧壁上部均匀开设有与螺旋体中空通道(11)连通的气体排出口，螺旋叶片设置在旋转轴的外周壁上；分离器内缸(7)和分离器外缸(8)同轴设置，离器内缸(7)位于分离器外缸(8)内部，二者之间预留有间距以形成压缩空气流出环形通道(12)，压缩空气流出环形通道(12)通过开设在分离器上端盖(5)上的气体通道与位于旋转轴侧壁上部的气体排出口连通；分离器下端盖(9)上设有清水流出通道(13)，分离器下端盖(9)和分离器上端盖(5)均通过螺纹与分离器内缸(7)相连，分离器下端盖(9)的上表面、分离器上端盖(5)的下表面及分离器内缸(7)内壁围成的空间形成液气分离内腔；
所述储油器包括储油器上端盖(14)、储油器隔套(15)、清水通道套筒(16)、储油器外缸(17)及储油器下端盖(18)，储油器外缸(17)的上端与分离器外缸(8)螺纹配合连接，储油器外缸(17)的下端与潜孔锤上接头(26)螺纹配合；储油器上端盖(14)、储油器隔套(15)、清水通道套筒(16)、储油器外缸(17)及储油器下端盖(18)同轴布置，储油器上端盖(14)与储油器外缸(17)螺纹连接，储油器上端盖(14)上开设有轴向贯穿的压缩气体入口通道(19)；储油器隔套(15)位于清水通道套筒(16)和储油器外缸(17)之间，储油器隔套(15)的内壁与清水通道套筒(16)的外壁预留有间距，储油器隔套(15)的外壁与储油器外缸(17)内壁预留有间隙；储油器隔套(15)和清水通道套筒(16)的上端均与储油器上端盖(14)螺纹连接，储油器隔套(15)和清水通道套筒(16)的下端均与储油器下端盖(18)下端螺纹连接，储油器隔套(15)的外壁、储油器外缸(17)的内壁、储油器上端盖(14)的下表面和储油器下端盖(18)的上表面围成的空间形成压缩气体环形通道(21)，压缩气体环形通道(21)与压缩空气流出环形通道(12)连通；储油器隔套(15)的内壁、清水通道套筒(16)的外壁、油器上端盖(14)的下表面和储油器下端盖(18)的上表面围成的空间为储油腔(22)，储油腔(22)通过开设在储油器隔套(15)侧壁上部的压缩气体侧向出口(20)与压缩气体环形通道(21)连通；储油器下端盖(18)上设置有润滑油渗出装置(I)，润滑油渗出装置(I)用于将储油腔(22)内部的润滑油渗入开设在储油器下端盖(18)上的润滑油流出通道(23)内，储油器下端盖(18)中部开设有轴向贯穿的中心通道，该中心通道与清水通道套筒(16)内部连通；润滑油流出通道(23)上部与压缩气体环形通道(21)连通；
所述气动潜孔锤包括潜孔锤上接头(26)、进气座(29)、潜孔锤内缸(30)、潜孔锤外缸(31)、活塞冲锤(32)、隔套(33)、导向套(34)、下接头(35)及钻头(36)，潜孔锤上接头(26)设有清水中心通道(27)和压缩空气侧通道(28)，压缩空气侧通道(28)与润滑油流出通道(23)连通，潜孔锤外缸(31)的一端与潜孔锤上接头(26)通过螺纹连接，潜孔锤外缸(31)的另一端通过螺纹与下接头(35)连接；钻头(36)通过花键与下接头(35)配合连接；导向套(34)坐于下接头(35)上端面；进气座(29)与潜孔锤内缸(30)通过螺纹连接并与活塞冲锤(32)一起装配到潜孔锤外缸(31)内部，同潜孔锤上接头(26)和钻头(36)处于同一轴线；潜孔锤内缸(30)与潜孔锤外缸(31)之间预留间距形成环形腔；活塞冲锤(32)和钻头(36)均具有中空通道。
2.根据权利要求1所述的开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置，其特征在于：所述润滑油渗出装置(I)装入储油器下端盖(18)上部，润滑油渗出装置(I)整体处于储油腔(22)内部，润滑油渗出装置(I)高出储油器下端盖(18)上平面。
3.根据权利要求1所述的开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置，其特征在于：所述润滑油渗出装置(I)包括壳体、第二弹簧(24)和钢球(25)，壳体内部设有上下贯穿的过油通道，该过油通道与开设在储油器下端盖(18)上的润滑油流出通道(23)连通，过油通道从上至下分为三部分，第一部分为圆柱形通道Ⅰ、第二部分为圆锥形过渡通道及第三部分为圆柱形通道Ⅱ，圆柱形通道Ⅰ的直径小于钢球(25)直径，圆柱形通道Ⅱ的直径大于钢球(25)直径；第二弹簧(24)和钢球(25)位于过油通道内部，第二弹簧(24)的底端抵靠在储油器下端盖(18)的上表面，第二弹簧(24)的上端与钢球(25)接触。
4.开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-3中任意一项所述的钻进装置进行钻进，具体包括以下步骤：
a.气动潜孔锤入井工作之前，预先将清水从井口注入到井筒内，使距离井筒底部预定高度周围岩石产生热裂纹；
b.进行干热岩钻进作业时，使气动潜孔锤达到井底后浸没在2.5米-3.5米深的水中；为维持水深始终保持在2.5-3.5米，间歇性地向压缩空气管路中注入0℃-5℃的清水；注入清水与压缩空气顺着钻柱下行，形成气液混合的雾气，雾气经过上接头(1)的中空通道通过逆止阀(4)进入分离器上端盖(5)的低温雾气入口通道(10)中，继续进入分离器内缸(7)的内部，驱动螺旋式井下分离器的螺旋体(6)旋转，将气体和清水分离，气体顺着螺旋体中空通道(11)，经过压缩空气流出环形通道(12)排出，清水从分离器下端盖(9)的清水流出通道(13)排出；
c.分离后的压缩气体与清水分别进入到储油器上端盖(14)的压缩气体入口通道(19)和清水通道套筒(16)；压缩气体通过压缩气体入口通道(19)进入储油腔(22)，储油腔(22)内的压缩空气一部分从压缩气体侧向出口(20)排出到压缩气体环形通道(21)，一部分留在储油腔(22)中，使储油腔(22)内压强增大，推动润滑油经过润滑油渗出装置(I)进入润滑油流出通道(23)使润滑油渗出，渗流出来的润滑油与压缩空气相混合，进入到潜孔锤上接头(26)的压缩空气侧通道(28)；清水通道套筒(16)内的清水通过储油器下端盖(18)中部的中心通道进入潜孔锤上接头(26)的清水中心通道(27)；
d.进入到压缩空气侧通道(28)的混有润滑油的压缩气体经过潜孔锤上接头(26)，进入到潜孔锤内缸(30)和潜孔锤外缸(31)之间的环形腔，推动活塞冲锤(32)下行，冲击钻头(36)进而冲击破碎岩石，同时润滑活塞冲锤(32)，进入到潜孔锤上接头(26)的清水中心通道(27)的清水经过进气座(29)，进入活塞冲锤(32)和钻头(36)的中空通道，在孔底冷却钻头(36)以及钻头(36)上的球齿和清洗岩屑。
5.根据权利要求4所述的开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进方法，其特征在于：所述预定高度为2.5-3.5米。
CN202010482673.0A 2020-06-01 开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法 Active CN111502532B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010482673.0A CN111502532B (zh) 2020-06-01 开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010482673.0A CN111502532B (zh) 2020-06-01 开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111502532A true CN111502532A (zh) 2020-08-07
CN111502532B CN111502532B (zh) 2024-10-22

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112647839A (zh) * 2021-01-19 2021-04-13 贵阳云海岩土工程有限公司 自旋式气动潜孔锤

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012041084A1 (zh) * 2010-09-30 2012-04-05 湖南山河智能机械股份有限公司 组合式潜孔锤
CN102966304A (zh) * 2012-11-28 2013-03-13 吉林大学 泥浆护壁空气潜孔锤钻具及钻井工艺
CN109252816A (zh) * 2018-11-19 2019-01-22 吉林大学 边齿双束附壁射流冲击强冷式干热岩潜孔锤钻头
CN110318677A (zh) * 2019-08-06 2019-10-11 吉林大学 干热岩高能液动潜孔锤喷射扩眼装置
CN110359840A (zh) * 2019-08-06 2019-10-22 吉林大学 干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置
CN212177024U (zh) * 2020-06-01 2020-12-18 吉林大学 开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012041084A1 (zh) * 2010-09-30 2012-04-05 湖南山河智能机械股份有限公司 组合式潜孔锤
CN102966304A (zh) * 2012-11-28 2013-03-13 吉林大学 泥浆护壁空气潜孔锤钻具及钻井工艺
CN109252816A (zh) * 2018-11-19 2019-01-22 吉林大学 边齿双束附壁射流冲击强冷式干热岩潜孔锤钻头
CN110318677A (zh) * 2019-08-06 2019-10-11 吉林大学 干热岩高能液动潜孔锤喷射扩眼装置
CN110359840A (zh) * 2019-08-06 2019-10-22 吉林大学 干热岩风动潜孔锤钻进喷砂扩眼装置
CN212177024U (zh) * 2020-06-01 2020-12-18 吉林大学 开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112647839A (zh) * 2021-01-19 2021-04-13 贵阳云海岩土工程有限公司 自旋式气动潜孔锤
CN112647839B (zh) * 2021-01-19 2023-03-10 贵阳云海岩土工程有限公司 自旋式气动潜孔锤

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106050129B (zh) 一种利用涡轮实现旋转冲击的钻井工具
CN106246106B (zh) 一种脉冲式水力射流钻井工具
CN106639944B (zh) 一种涡轮式井下水力振荡器
CN107842317A (zh) 硬岩钻进用冲剪复合钻头
CN106639943B (zh) 高频扭转复位轴向振动冲击工具
CN105909166B (zh) 钻井提速增效用螺旋式双级复合冲击器
CN103256007B (zh) 井下动力增压钻具
CN106150349A (zh) 一种周向轴向负压冲击提速工具
CN105239922A (zh) 局部往复式液动冲击钻井提速工具
CN108086899B (zh) 一种气动扭摆冲击破岩钻孔工具
CN212079204U (zh) 一种大功率钻井扭力冲击提速工具
CN112483005A (zh) 一种用于井下钻具的破岩钻头
CN113006682B (zh) 轴向冲击振荡螺杆钻具
CN206129207U (zh) 基于涡轮与凸轮的新型振荡冲击器
CN111219147A (zh) 一种石油钻井提速设备
CN212177024U (zh) 开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置
CN1730898A (zh) 井底马达和冲击器驱动的组合式取心钻进系统
CN207813491U (zh) 一种气动扭摆冲击破岩钻孔工具
CN101988377A (zh) 可打捞井下蓄能式水力脉冲工具
CN208347673U (zh) 一种具有锤杆往复自冲击结构的破岩提速工具
CN111877979B (zh) 一种棘轮式液动冲击器
CN110029933A (zh) 基于涡轮驱动的双速pdc钻头
CN111502532B (zh) 开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法
CN111502532A (zh) 开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置及方法
CN110159187B (zh) 一种高风压潜孔冲击器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant