CN204804691U - 一种毫米波辅助钻井装置 - Google Patents
一种毫米波辅助钻井装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204804691U CN204804691U CN201520126317.XU CN201520126317U CN204804691U CN 204804691 U CN204804691 U CN 204804691U CN 201520126317 U CN201520126317 U CN 201520126317U CN 204804691 U CN204804691 U CN 204804691U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- millimeter wave
- drilling
- rock
- optical fiber
- millimeter
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000005553 drilling Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 13
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 26
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 13
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 7
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 abstract description 23
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 241001074085 Scophthalmus aquosus Species 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Earth Drilling (AREA)
Abstract
本实用新型涉及的是石油和天然气或高温岩体地热能源工程领域中的一种利用毫米波电磁能辅助破岩的钻井装置，方钻杆之上水龙头之下设置有光纤接口装置，光纤连接至接口装置，并通过波导顺序与隔离器、大功率毫米波回旋管连接，大功率毫米波回旋管通过电缆由电源供电；方钻杆、钻杆、钻铤内均设有光纤通道，内部安装有光纤，钻头内设置有喷嘴，喷嘴的外围钻头体内封装1-3个毫米波天线，在钻头体内与每个毫米波天线亦对应设有光纤通道。本实用新型的有益效果是：毫米波天线直接安装在钻头上，钻头在破岩切削的同时，毫米波能够同时对岩石进行熔化破岩，改变岩石特性的同时，增加主动破岩效果，可以提高坚硬岩石机械钻速，提高经济效益。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是石油和天然气或高温岩体地热能源工程领域中的钻井装置，特别涉及的是利用毫米波电磁能强束辅助机械旋转破岩的毫米波辅助钻井装置。
背景技术
目前，机械旋转钻井技术已基本成熟，多年来，机械旋转钻井技术在石油和天然气的勘探开发中发挥了巨大的作用。近年来，随着深部地层中埋藏的常规和非常规油气以及高温岩体地热能源的开发利用，所钻深井数量逐年增加，但深部地层岩石致密坚硬、可钻性差，应用机械旋转钻井技术进行钻井施工机械钻速极慢，钻头磨损严重，起下更换钻头频繁，严重影响了钻井时效，钻井施工成本呈指数增长。面对日益复杂的钻井地质条件和对钻井技术提出“优、快、省、HSE”的要求，为解决深部地层坚硬岩石破岩难题，钻井技术不断革新。自20世纪60年代激光技术兴起以来，国内外专家学者对1～10μm波长的激光定向能钻井方法进行了50多年的研究，虽然理论研究证实激光钻井方法可显著提高机械钻速，降低钻井施工成本，但至今仍未见到穿透深度超过1米的任何文字记录，更未能付诸现场应用。
毫米波指的是波长为1～10毫米，工作频率为30～300GHz的电磁波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。近十几年来，毫米波技术的发展十分迅速，而发展毫米波器件一直是发展毫米波技术的先导，回旋管结构上的特点使其成为毫米波段的实用的一种大功率器件。在国际聚变能发展计划实施过程中，工作频率为110～170GHz毫米波，回旋管连续波输出功率等级已达到1MW，毫米波功率转换效率超过50％。在用于连续波发射的短脉冲状态工作模式下，工作频率为200～300GHz的毫米波，回旋管连续波输出功率等级也达到1MW。
毫米波电磁波谱范围可克服激光波谱范围的局限性，波长足够长，可更有效率传播通过充满小颗粒的传播通道，不会出现散射或吸收损失，但波长也足够短，很容易聚焦进行局部加热。而且，毫米波大功率源能量更高、更有效率、成本更低，因此，应用毫米波强束能够钻进更深地层、机械钻速快。美国麻省理工学院等离子体科学和熔化中心研究科学家PaulWoskov等人的研究结果表明，当比能接近25kJ/cm3，功率密度为100kW/cm2时，机械钻速可达100m/h，这几乎比传统机械旋转钻井技术在深层高温岩体地热钻井中实现的机械钻速高100倍。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供毫米波辅助钻井装置，可解决深部地层钻井机械钻速慢、施工成本高的难题，克服了传统机械钻井技术的不足，能够避免钻头严重磨损，减少起下钻次数，显著提高机械钻速，适合于深、超深部坚硬地层钻井施工。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：这种毫米波辅助钻井装置包括地面部分和地下部分，在地面之下的井筒中，与位于地面之上方钻杆连接的钻具向下延伸到井筒内并达到井筒的底部，钻具由钻杆、钻铤和专用钻头组成；地面井口处安装有套管头，钻杆通过水龙头连接到气体压缩增压装置；方钻杆之上水龙头之下设置有光纤接口接头，可通过光纤连接至接口装置，并通过波导顺序与隔离器、大功率毫米波回旋管连接，大功率毫米波回旋管通过电缆由电源供电；井筒通过表层套管与套管头连接，套管头连接有导管。
上述方案中方钻杆、钻杆、钻铤内均设有光纤通道，内部安装有光纤，钻头内设置有喷嘴，喷嘴的外围钻头体内封装1-3个毫米波天线，在钻头体内与每个毫米波天线亦对应设有光纤通道。
上述方案中气体压缩增压装置由空气压缩机组和增压机组组成，用于给二氧化碳、氮气气源提供高压压力。
上述方案中光纤接口接头可提供来自接口装置的光纤与方钻杆内光纤的连接接口，不仅可随着方钻杆旋转，而且还拥有钻井液循环通道。
上述方案中波导为金属波导，可为圆形或矩形。
上述光纤为利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
本实用新型的有益效果是：毫米波天线直接安装在专用钻头上，钻头在破岩切削的同时，毫米波定向能同时对岩石进行熔化破岩，改变岩石特性的同时，有一定的主动破岩效果，可以提高坚硬岩石机械钻速，节省钻井周期，降低钻井成本，提高经济效益。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是底部钻具横截面示意图。
图中：1井筒，2钻杆，3钻铤，4专用钻头，5水龙头，6光纤接口接头，7方钻杆，8光纤，9接口装置，10隔离器，11波导，12大功率毫米波回旋管，13电缆，14电源，15套管头，16导管，17压缩气供应装置，18高压软管，19喷嘴，20毫米波天线，21光纤通道，22光纤，23钻井液通道
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：
本实用新型包括地面部分和地下部分，在地面之下的井筒1中，与位于地面之上方钻杆7连接的钻具向下延伸到井筒1内并达到井筒1的底部，钻具由钻杆2、钻铤3和专用钻头4组成；地面井口处安装有套管头15，钻杆2通过水龙头5连接到气体压缩增压装置17，形成进气通道；方钻杆7之上水龙头5之下设置有光纤接口接头6，可通过光纤8连接至接口装置9，并通过波导11顺序与隔离器10、大功率毫米波回旋管12连接，隔离器10可吸收反射回来的那部分毫米波，以免对大功率毫米波回旋管12造成损害，大功率毫米波回旋管12通过电缆13由电源14供电；井筒1通过表层套管与套管头15连接，套管头15连接有导管16，可将返出的气体排至大气中，固相颗粒排至排污池中。方钻杆7、钻杆2、钻铤3内均设有光纤通道21，内部安装有光纤22，钻头内设置有喷嘴19，喷嘴19的外围钻头体内封装1-3个毫米波天线20，在钻头体内与每个毫米波天线20亦对应设有光纤通道21。气体压缩增压装置17由空气压缩机组和增压机组组成，用于给空气、氮气气源提供高压压力。光纤接口接头6可提供来自接口装置9的光纤8与方钻杆内光纤22的连接接口，不仅可随着方钻杆旋转，而且还拥有钻井液循环通道。波导11为金属波导，可为圆形或矩形。光纤8和22为利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
钻井施工中，气体压缩增压装置17供应的空气或氮气由高压软管18通过水龙头进入方钻杆7经钻具至井底，在专用钻头4旋转破岩的同时，毫米波天线20发射的毫米波强束熔化岩石，产生的高温粉尘经气体冷却形成固相颗粒，并经井筒1与钻具之间的环形空间携带至地面。
需要说明的是，上述实施例围绕在旋转钻井体系工况下的毫米波辅助钻井装置。基于本实用新型给出的技术方案也可以采用其他方式实现。
Claims (6)
1.一种毫米波辅助钻井装置，包括地面部分和地下部分，其特征是在地面之下的井筒中，与位于地面之上方钻杆连接的钻具向下延伸到井筒内并达到井筒的底部，钻具由钻杆、钻铤和钻头组成；地面井口处安装有套管头，钻杆通过水龙头连接到气体压缩增压装置；方钻杆之上水龙头之下设置有光纤接口装置，光纤一端连接至接口装置，另一端通过波导依次与隔离器、大功率毫米波回旋管连接，大功率毫米波回旋管通过电缆由电源供电；井筒通过表层套管与套管头连接，套管头连接有导管。
2.按照权利要求1所述的一种毫米波辅助钻井装置，其特征在于方钻杆、钻杆、钻铤内均设有光纤通道，内部安装有光纤，钻头内设置有喷嘴，喷嘴的外围钻头体内封装1-3个毫米波天线，在钻头体内与每个毫米波天线亦对应设有光纤通道。
3.按照权利要求1所述的一种毫米波辅助钻井装置，其特征在于气体压缩增压装置由空气压缩机组和增压机组组成，用于提高二氧化碳、氮气气源压力。
4.按照权利要求1所述的一种毫米波辅助钻井装置，其特征在于光纤接口接头可提供来自接口装置的光纤与方钻杆内光纤的连接接口，不仅可随着方钻杆旋转，而且还拥有钻井液循环通道。
5.按照权利要求1所述的一种毫米波辅助钻井装置，其特征在于波导为金属波导，可为圆形或矩形。
6.按照权利要求1所述的一种毫米波辅助钻井装置，其特征在于光纤为利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520126317.XU CN204804691U (zh) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 一种毫米波辅助钻井装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520126317.XU CN204804691U (zh) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 一种毫米波辅助钻井装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204804691U true CN204804691U (zh) | 2015-11-25 |
Family
ID=54589533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201520126317.XU Expired - Fee Related CN204804691U (zh) | 2015-03-05 | 2015-03-05 | 一种毫米波辅助钻井装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204804691U (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108678709A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-10-19 | 张云华 | 一种地热井井筒套管 |
| CN110469269A (zh) * | 2018-05-10 | 2019-11-19 | 新奥科技发展有限公司 | 一种毫米波钻头及毫米波钻井设备 |
| CN112282648A (zh) * | 2019-07-26 | 2021-01-29 | 新奥科技发展有限公司 | 侧钻装置及工艺 |
| CN112302535A (zh) * | 2019-07-26 | 2021-02-02 | 新奥科技发展有限公司 | 钻井装置及地热系统的建库方法 |
| CN112576268A (zh) * | 2019-09-30 | 2021-03-30 | 新奥科技发展有限公司 | 硬岩掘进装置及硬岩掘进方法 |
| CN112983283A (zh) * | 2019-12-18 | 2021-06-18 | 新奥科技发展有限公司 | 等离子炬破岩复合钻头和等离子炬破岩复合钻 |
| CN114352202A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-04-15 | 贵州大学 | 一种微波协同高压热水破岩钻井装置 |
| WO2022098830A3 (en) * | 2020-11-05 | 2022-06-16 | Quaise, Inc. | Basement rock hybrid drilling |
-
2015
- 2015-03-05 CN CN201520126317.XU patent/CN204804691U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108678709A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-10-19 | 张云华 | 一种地热井井筒套管 |
| CN110469269A (zh) * | 2018-05-10 | 2019-11-19 | 新奥科技发展有限公司 | 一种毫米波钻头及毫米波钻井设备 |
| CN110469269B (zh) * | 2018-05-10 | 2021-06-22 | 新奥科技发展有限公司 | 一种毫米波钻头及毫米波钻井设备 |
| CN112302535A (zh) * | 2019-07-26 | 2021-02-02 | 新奥科技发展有限公司 | 钻井装置及地热系统的建库方法 |
| CN112282648A (zh) * | 2019-07-26 | 2021-01-29 | 新奥科技发展有限公司 | 侧钻装置及工艺 |
| CN112576268A (zh) * | 2019-09-30 | 2021-03-30 | 新奥科技发展有限公司 | 硬岩掘进装置及硬岩掘进方法 |
| CN112983283A (zh) * | 2019-12-18 | 2021-06-18 | 新奥科技发展有限公司 | 等离子炬破岩复合钻头和等离子炬破岩复合钻 |
| CN112983283B (zh) * | 2019-12-18 | 2023-02-21 | 新奥科技发展有限公司 | 等离子炬破岩复合钻头和等离子炬破岩复合钻 |
| WO2022098830A3 (en) * | 2020-11-05 | 2022-06-16 | Quaise, Inc. | Basement rock hybrid drilling |
| US11624241B2 (en) | 2020-11-05 | 2023-04-11 | Quaise, Inc. | Basement rock hybrid drilling |
| US11624242B2 (en) | 2020-11-05 | 2023-04-11 | Quaise, Inc. | Basement rock hybrid drilling |
| US11624243B2 (en) | 2020-11-05 | 2023-04-11 | Quaise, Inc. | Basement rock hybrid drilling |
| US12000283B2 (en) | 2020-11-05 | 2024-06-04 | Quaise Energy, Inc. | Basement rock hybrid drilling |
| CN114352202A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-04-15 | 贵州大学 | 一种微波协同高压热水破岩钻井装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN204804691U (zh) | 一种毫米波辅助钻井装置 | |
| CN204200080U (zh) | 一种激光钻井系统 | |
| US8393410B2 (en) | Millimeter-wave drilling system | |
| US8082996B2 (en) | Equipment for excavation of deep boreholes in geological formation and the manner of energy and material transport in the boreholes | |
| WO2022127090A1 (zh) | 一种微波破岩钻井装置 | |
| CN113107516B (zh) | 微波加热与高压水切割联合辅助破岩的硬岩隧道掘进机 | |
| CN103790516A (zh) | 一种利用热力射流高效破岩的钻井新方法 | |
| CN105507812A (zh) | 一种微波辐射孔内汽化水力冲孔方法 | |
| CN103410443A (zh) | 一种热能和机械能结合的钻井方法及装置 | |
| CN107635301B (zh) | 一种用于开采天然气水合物的连续油管式微波加热器 | |
| CN203961781U (zh) | 一种井下微波辅助破岩的钻具 | |
| CN201705207U (zh) | 高温高压空气喷射破岩钻井装置 | |
| CN107152241B (zh) | 热力射流刮刀钻头装置 | |
| CN111911080B (zh) | 一种激光-机械联合破岩动力钻具 | |
| CN112796664A (zh) | 一种微波辅助超临界二氧化碳射流的钻进装置及方法 | |
| CN104790875B (zh) | 一种电热能‑机械能综合破岩钻头 | |
| CN104929513A (zh) | 微波辅助破岩气体钻井装备及气体钻井井壁冻结方法 | |
| CN109630076B (zh) | 一种径向水平井与降压注热联合开采天然气水合物的方法 | |
| CN101892806B (zh) | 高温高压空气喷射破岩钻井的方法及装置 | |
| CN103397846B (zh) | 一种能将井壁陶瓷化的钻头 | |
| WO2024083130A1 (zh) | 一种冷热交替式反井扩岩装置及施工方法 | |
| CN203452647U (zh) | 一种能将井壁陶瓷化的钻头 | |
| CN203452644U (zh) | 一种热能和机械能结合的钻井装置 | |
| CN112303942B (zh) | 一种干热岩非压裂对接井取热装置 | |
| CN103388455B (zh) | 一种耐高温钻头 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: CAVAVILLE ENERGY SERVICES LTD. Document name: Notification that Application Deemed not to be Proposed |
|
| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20200824 Granted publication date: 20151125 |
|
| PP01 | Preservation of patent right | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20230824 Granted publication date: 20151125 |
|
| PD01 | Discharge of preservation of patent | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151125 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |