WO2019010743A1

WO2019010743A1 - 3d打印离子体智能莫霍井钻井完井方法

Info

Publication number: WO2019010743A1
Application number: PCT/CN2017/096856
Authority: WO
Inventors: 张发旺; 张笑寒
Original assignee: 张发旺; 张笑寒
Priority date: 2017-07-12
Filing date: 2017-08-10
Publication date: 2019-01-17
Also published as: CN107313749A

Abstract

一种3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，包括如下步骤：建设钻井平台（7），安装钻井设备，开始钻井。钻井设备包括3D打印机系统集成（1）、泥水岩屑等及其混合物抽送系统（2）、智能井管升降固定系统（3）、3D打印机打印的井管（4）、管汇系统集成（5）、井下钻孔扩孔固井智能执行器（6）、钻井平台（7）、智能控制处理中心（8）。其中井管为3D打印机打印，抽送系统排出泥浆及岩屑等，离子体钻井执行器实施钻井，地下设备有绝热及冷却保护，该钻井方法由3D打印喷头Ⅰ（1-25）、3D打印喷头Ⅱ（1-26）、封堵系统喷头、离子体熔融固井、喷枪固井、扩孔、钻孔喷头、高压气体喷头协同作业，智能井管升降固定系统对3D打印机打印的井管进行智能固定、升降。可在陆地、深海实施钻井。

Description

3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法

技术领域

本发明涉及增材制造及地球深部钻探技术领域，更具体地说涉及3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法。

背景技术

在冷战的60年代，随着太空竞赛不断升温，另一项竞赛也慢慢展开，这就是地心争夺战。美苏尝试着钻到所谓的莫霍界面(即地球外壳与地幔之间的界线“Mohorovicic Discontinuity”，它是通常呈现固体形态的外壳和充满岩浆的地幔之间的一个理论性分界线)。

世界上首个深部勘探计划莫霍界面勘探是美国提出的，二十世纪60年代开始，主要是把莫霍面钻透，在地学上能有个明显的突破。但是因为高昂的经费以及高难的技术，该计划在一九九六年宣布告终。而在一九九六年的六月，一项对海底上部的地壳进行揭示的长期勘探计划由开始美国实施，也就是对世界各个大洋进行浅层次钻孔，主要对沉积岩采样和采集岩芯。共在各个大洋钻孔92口，所取的岩芯的长度9500米之多。科学工作者通过科学研究对大陆的漂移以及海底的扩张这两个假说进行了验证，构建了板块理论，建立了古海洋理论，对海底的高原形成以及海洋地壳的结构进行了解密；实证了气候的演变周期以及地球上环境突变的事件，对大陆周围深层流体作用进行了分析研究；海底的深部也有着生物圈，并且海底还有可燃冰天然气和水结合的产物，这些都给地球学科带来了巨大的突破。刚开始这个计划只有美国执行，后来慢慢的多国参与变成了国际性质的计划。这项计划结束是在一九八三年的十一月。该项计划和人类的登月球计划在二十世纪六十年代被称为人类的两大历史壮举。

在美国推出这项力图达到这个深度的钻探项目后，前苏联也加入到这场钻出世界上最深的洞的竞赛中。迪安·杜恩在《地球科学》一书中写道：“在1960年到1962年间，太空竞赛期间经济利益与国家自信心结合，促使前苏联科学家计划钻出一个“俄国超深钻井(Russian Mohole)”，这样做的目的是，赶在美国钻探项目之前到达地球外壳与地幔之间的界线。”将钻探地点选在人迹罕至的科拉半岛，在这里钻出有史以来最深的洞，洞深超过7英里(约11.22公里)。俄国钻了15年多，最终钻到地壳内部约12262米深处，这项世界纪录至今未被打破(世界之最而列入吉尼斯纪录大全)。

科学钻探是最近几十年才飞速发展的科学工程,大致可以将世界科学钻探分为两个时期：ICDP之前的科学钻探和ICDP之后的科学钻探.ICDP(International Continental Scientific Drilling Program)成立于1996年2月，德国、美国和中国作为第一批成员,成为ICDP的发起国,总部设在德国波茨坦,目前已有15个成员国.在ICDP成立之前,世界各国都已经有了科学钻探的探索.如美国的莫霍面计划(Mohole project)、深海钻探计划(Deep Sea Drilling Project,DSDP),苏联在全国范围内开展的大陆科学钻探,德国的“联邦德国大陆深钻计划(KTB)”,法国、英国、加拿大、日本、瑞典、瑞士等国也都有科学钻探的实施.各国的科学钻探比较分散,加之科学钻探是一种成本极高、风险极大、技术及其复杂的科学工程,各国在实施过程中会遇到很多困难,由此制约了钻探施工和成果获取。ICDP的成立为科学钻探降低风险和成本，装备技术的交流和共享、科学成果的交流和共享都起到了良好的促进作用。目前科学钻探已经实施了湖泊钻探项目、陨石撞击和生物灭绝事件的科学钻探项目、研究火山和地热的钻探项目、断层带科学钻探项目等22个科学钻探项目,取得了大量的科学资料,极大促进了地质学及相关技术的发展。

大洋科学钻探：IODP(Integrated Ocean Drilling Program，即综合大洋钻探计划)是一个以探索海底沉积物和岩石所记录的有关地球历史和结构信息、监测海底环境为主要目的国际性海洋研究计划。它建立在早期的深海钻探计划(DSDP)和大洋钻探计划(ODP)成功的基础上，这两个计划通过对大洋海底的钻探，不仅验证了海底扩张和板块构造学说，而且在古海洋学、高分辨率地层学、海洋地球化学、全球气候变化、地质构造与岩石圈研究、深海生物圈、海底热液以及海底矿床领域取得了举世瞩目的成就，使人类不仅对地球历史和全球过程的认识发生了革命性的变化，更对地球科学的认识从最初孤立的岩石圈上升到了地球系统科学。

2015年12月5日，一个由12个国家的科学家组成的科考团队乘坐决心号”大洋科学钻探船，在西南印度洋亚特兰蒂斯浅滩的地方，开始了人类科学史上具有里程碑意义的科考行动——大洋钻探。根据本轮大洋科考的规划，“决心号”大洋科学钻探船的最终目标就是钻穿地壳，“触摸”地幔。

福克斯说：“地球学有一个‘望远镜’：深层钻探和地球深处探测！我们充分利用这个望远镜，超越目前面临的种种限制，以便探寻地球科学的新领域。” 能源是每个国家的命脉，二战后的几次中东战争、海湾战争、中国目前面临的东海、南海问题、一路一带几乎都有能源的影子。

地球内部的总热能量，约为全球煤炭储量的1.7亿倍。每年从地球内部经地表散失的热量，相当于1000亿桶石油燃烧产生的热量。地核的温度达6000℃，莫霍面(陆地地下约35Km,大洋地下约5Km)的温度约900-1000℃。地表常温层(距地面约15米)以下约15公里范围内，地温随深度增加而增高，地热平均增温率约为3℃/100米。不同地区地热增温率有差异。

鉴于世界范围内的能源短缺，地热资源受到世界各国的高度重视而作为国家能源战略。常规的高温地热资源受地质条件制约分布有限，而存于地下3-30Km的干热岩，从理论上讲，随着地球向深部的地热增温，任何地区达到一定深度都可以开发出干热岩，因此干热岩又被称为是无处不在的资源。

利用EGS(增强地热系统)技术开发干热岩地热资源是前瞻性的世界前沿技术，设计相距数百米钻两个4000米(或更深)的深井，用“压裂”技术在两井之间造出连通的人工裂隙，然后从一井注入冷水，另一井中就能产出高温蒸汽和热水，供地热发电等。自2011年以来法国、德国、澳大利亚和美国已相继实现兆瓦级EGS电站商业运行试点，EGS破解常规高温地热资源的局限，美国称之为21世纪地热能的未来，将在2050年在美国完成1亿千瓦装机容量。中国设计了15％的美国指标，至2050年实现1500万千瓦干热岩EGS发电。

地热能由于不受天气影响、随时可开采利用，地热发电平均利用效率达73％，是太阳光伏发电的5.4倍，风力发电的3.6倍，因此国际能源专家普遍认为，预计到2100年，地热利用将在世界能源总值中占30％～80％。

地热能作为绿色、环保的可再生能源，可用于地热发电、工业烘干、制冷空调、供暖、医疗洗浴、温室、养殖、农业灌溉等。

目前无论是超深井钻探、油气田开采或是地热能开采等，基本均通过机械转盘式钻井，其主要设备包括钻头、管汇、钻杆、固控、泥浆、动力等。由于超深井地下温度高，影响泥浆性能、钻杆机械强度要求高，机械钻速慢。在上述机械钻孔、泥浆护壁、排岩屑等方法的基础上，采用超高压高速喷射破岩技术、旋冲钻井技术、离子体高温熔融钻井技术、离子通道钻井技术、激光钻井技术甚至核子钻井技术等，上述方法虽能够提高破岩效率。但由于在200℃以上的高温环境下，对钻杆、泥浆、管汇、固控、电子元件等设备材料质量要求高，同时需固井、挂管、射孔、护壁、防喷、防漏、防塌、防卡等等复杂工艺，事故率高，风险大，且其钻井深度一般在9000米以内。地下10-35Km的温度为300-1000℃，在这样高温环境下，采用目前现有的钻井技术，钻出孔洞直径30-100cm，井深10000-35000米的莫霍井(达到莫霍面)是很难想象的。

发明内容

针对传统超深井钻井现有技术不足：钻井周期长、钻井成本高、使用寿命短、钻井深度有限等缺点，同时钻深也不可能达到10000-50000米。本发明的目的是提供一种3D打印离子体智能莫霍井钻井成井方法，能够大幅度缩短钻井周期(设计钻速即成井速度30-150米/h)、提高钻井深度(10000-50000米)，扩大钻孔直径(30-100cm)，降低钻井费用，延长钻井使用寿命，降低钻井事故及风险，确保钻、成井质量，以便开采地下热能及稀缺资源。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，包括如下步骤：先在根据物探选定的钻孔位置建设钻井平台，然后安装钻井设备，开始钻井过程；所述的钻井设备包括智能控制处理中心、泥水岩屑等及其混合物抽送系统、井管、智能井管升降固定系统、管汇系统集成、井下钻孔扩孔固井智能执行器，所述的钻井设备还包括地面3D打印机系统集成、绝热和冷却保护系统，所述的井管为3D打印机打印的井管，由泥水岩屑等及其混合物抽送系统排出钻井产生的泥浆及岩屑，由井下钻孔扩孔固井智能执行器实施钻井；地下整个钻井设备系统由绝热和冷却保护系统予以保护；地面3D打印机系统集成、泥水岩屑等及其混合物抽送系统、智能井管升降固定系统、管汇系统集成以及智能控制处理中心的地面设备均在钻井平台上；管汇系统集成最下端与井下钻孔扩孔固井智能执行器本体的公共接头连接，该公共接头可通过电磁控制方式使管汇系统集成与井下钻孔扩孔固井智能执行器自动断开；管汇系统集成穿过井管、地面3D打印机系统集成，其上端由吊索支架支撑。

整个3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法由5个3D打印机协同作业，包括：3D打印喷头Ⅰ，3D打印喷头Ⅱ，封堵系统喷头，离子体熔融固井、离子体喷枪固井、离子体扩孔喷头，离子体钻孔、高压气体喷头，都具有一般3D打印机的特征；智能井管升降固定系统根据井下钻孔扩孔固井智能执行器的钻井工况—钻井、封堵、熔融固井、喷涂固井、扩孔及地面3D打印机系统集成打印情况，对3D打印机打印的井管进行智能固定、升降。

3D打印机系统集成包括依次相连的喷嘴段、再熔段、结晶段和冷却段的模具系统和3D打印熔融喷射系统；当井管结构为单管时，由模具内管、内管模具内层、内管模具外层、内管模具、模具横梁集成组成，其模具为两个大小不一的同心圆柱体套筒；当井管结构为套管时，由模具内管即井管管腔、内管模具内层、内管模具外层、内管模具、内管与外管的夹层、外管模具内层、外管模具外层、套管的外管及模具横梁集成组成，其模具腔为两个大小不一的空心同心圆柱体套筒，其模具为四个大小不一的同心圆柱体套筒，其上端通过横梁集成固连，下端悬空；内管模具、外管模具分别位于冷却器套筒和冷却器套筒的夹层内，其上端通过横梁集成中的冷气管道固连，其下端悬空；在模具、冷却器套筒及横梁集成上均安装有耐高温无线温度传感器；横梁集成用来固连模具、冷却器及通入冷气的管道；横梁集成是模具和冷却器的共同横梁，同时其内部有通入超低温冷气的管道。冷却器套筒由套筒内壁、冷却气腔、套筒外壁、冷却器套筒上密封盖及下密封盖组成；冷却器内外壁上有大小不一的孔洞，其分别对应结晶段、冷却段；冷却器为单向通入超低温冷气；3D打印熔融喷射系统包括：3D打印喷头Ⅰ和3D打印喷头Ⅱ，二者位于模具系统上方，可为一体或分开，根据工作流程二者可同时工作并自动切换单独工作；3D打印喷头Ⅰ喷射的金属液体可由离子体、激光等方式熔融；根据所要打印的井管结构：井管是单管或套管，一侧分别有1或2个，两侧2或4个打印喷头，从里向外分别对应其模具槽；打印喷头Ⅱ是等离子体炬、激光或电子束发生器方式喷射；根据所要打印的井管结构，井管可以是单管或套管，一侧分别有1或2个，两侧2或4个打印喷头，从里向外分别对应其模具槽；当打印喷头Ⅰ停止工作后，模具内的金属液体凝固，打印喷头Ⅱ用来再融模具内的已经凝固的金属断面。

泥水岩屑等及其混合物抽送系统包括：地面高负压吸入、抽送及相应的处理设备、抽送管汇、地下钻孔内与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的吸入装置；抽送管汇由管道、相应的接头、阀门组成；与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的吸入装置，由连为一体的上空心圆柱体的底面、中间圆柱体的侧面即真空绝热、冷却层外壳、下空心圆柱体顶面，长方体吸入管、外罩、抽送管道、矩形吸入口及其合围的空心圆柱体吸入腔组成；长方体吸入管的外侧为矩形吸入口，内侧矩形口与抽送管道半圆柱开口连接为一体，长方体吸入管从外壳圆柱体一侧穿过。吸入装置与整个钻井执行器连为一体。整个吸入口为空心圆柱体。在吸入口及内腔合适位置安装有无线风压传感器、湿度传感器、温度传感器。

智能化井管升降固定系统包括：支架、平衡装置和自动夹紧交替升降装置；支架及平衡装置包括支架底座、支架横梁及支架底座上安装的自动平衡装置；自动夹紧交替升降装置为两对十字交叉型的自动夹紧交替升降装置，包括支架横梁、拉索、液压或其他动力升降吊臂、拉力传感器、夹紧装置、夹紧装置液压或其他动力推拉臂及其智能控制系统；液压升降吊臂下端与支架横梁固连，液压升降吊臂上端与拉索上端连接，拉索下端与夹紧装置连接，夹紧装置液压推拉臂两端分别与夹紧装置、液压升降吊臂固连；夹紧装置包括贯钉体及其伺服器、贯钉、夹紧装置凹糟体、夹紧装置凸起体、夹紧装置夹具、气囊、压力传感器，夹紧装置凹糟体、夹紧装置凸起体外观均为立方体，中间一侧为半圆柱凹槽，上下均有封盖；所述的夹具两端均有两个大小不一的凸起体，在夹紧装置凹糟体、夹紧装置凸起体两端均有与夹具凸起体对应的凹槽，该凹槽体的宽度，满足在气囊不充气和充满高压气体下，夹具所产生的位移；在夹紧装置夹紧状态下，最里层为被夹紧的钢管，依次为夹具、气囊、夹紧装置凹凸体；夹紧装置凹凸体吻合后，在贯钉伺服器作用下，贯钉贯入，在气囊充高压气体后，夹紧装置凹凸体不可以松动；夹紧装置凹凸体吻合后其上下端截面均为空心圆；夹紧装置凹凸体底部有孔洞，以便气囊通气管道穿过，与气囊连通的为通气管道和空气压缩机，气囊配有压力传感器；夹紧装置凸起体凸起部分的侧面有与贯钉对应的贯钉孔；贯钉体及其伺服器由贯钉、贯钉体、伺服器组成；贯钉体上有若干分布均匀的贯钉，伺服器与贯钉体连接；在夹紧装置夹紧后，整个井管的重力全部由夹紧装置在夹紧状态下的底部承重，根据钻井深度，当钻井深度足够深而井管足够长、其重力足够重时，可由上下1-N对夹紧装置组成；根据在井下钻孔扩孔固井智能执行器钻进和3D打印机打印井管的速度，当一对夹紧装置对井管进行夹紧时，随着井管的下降，该夹紧装置随井管一起下降，下降到预定位置时，另一对夹紧装置升到预定高度并同时夹紧井管，同时该夹紧装置松开井管并开始上升，如此交替智能升降并夹紧井管。

3D打印机打印的井管包括：由3D打印机打印而成与井下钻孔扩孔固井智能执行器上端为一体的井管样管、由3D打印喷头Ⅰ喷射打印的井管；当井管为套管时，其外管顶部侧面开有孔洞。

管汇系统集成包括：抽送系统、封堵系统、等离子体工作气体系统、超低温冷气系统、高压气体系统及其卷盘、伺服器，电缆、信号传输线、吊索等及其卷盘和其伺服器，管汇系统集成外保护层及缠绕设备、公共接头、若干换接管、接线机器人；管汇系统集成的管汇包括：抽送管道、电缆、信号线、封堵管道、高压空气管道、离子体工作气体管道、超低温冷却管道、吊索、管汇系统集成保护层；封堵管汇系统包括：封堵3D打印机、封堵管道、封堵管道卷盘及其伺服器、封堵送料设备、封堵材料、管道换接机器人，封堵管汇由能够承受一定压力、耐高温且具有韧性、硬度的材料制造的管道和相应的接头、阀门组成，封堵送料设备满足封堵3D打印机喷口的喷射压力，封堵材料具有在3D封堵打印机喷口射出后具有水性或干性快速凝固、一定硬度的特性；等离子体工作气体系统、高压气体系统、超低温冷气系统均由管汇、管道卷盘、伺服器、送气设备、制气或储气设备组成，其管汇均由各自物理、化学性能决定的能够承受相应压力、耐相应高温或超低温的，且具有韧性、硬度的材料制造的管道和相应的接头、阀门组成；等离子体工作气体是氩气、氮气、氧气或者空气，或者是它们中至少两种的混合气体；高压气体系统其井下喷嘴喷出的高压气体可使刚处于熔融状态的岩土层喷为粉末，超低温冷气管道有一定的散热性能；电缆、信号传输线、吊索均由其相应的卷盘和伺服器组成并与其他管汇系统同步，电缆分为交流电缆和直流脉冲电缆，交流电缆与井下钻孔扩孔固井智能执行器内的无线充电装置相连；直流脉冲电缆直接与井下钻孔扩孔固井智能执行器内的钻井执行段的离子体发生器和熔融固井或扩孔段的离子体发生器相连；信号传输线与井下钻孔扩孔固井智能执行器内的无线传输中央处理器相连；吊索与井下最末端公共接头固连，每隔一定距离有与吊索固连的公共接头，所有管汇系统及所含物料、电缆、信号传输线的重量全部由吊索承载；公共接头为在地下钻孔的井管内用来连接所有管道、电缆、信号线、吊索等的公共接头，所有接头均可自动拆接；管汇系统集成外保护层及缠绕设备包括：管汇系统集成外保护层、3D打印机系统集成上方的收口器、卷材缠绕伺服器、缠绕转盘、硅酸铝针刺毯卷材；硅酸铝针刺毯卷材为耐高温、韧性好、抗拉强度高、绝缘的卷材，收口器是在缠绕设备上方的，按照各种管道、电缆、信号线、吊索等按照各自的排列方位，随着钻进，对管汇系统集成进行收拢、收紧的装置，3D打印机打印的井管和管汇系统集成居于转盘中心位置，根据钻井的速度，在自动智能转盘伺服器的带动下，转动转盘，同时在卷材缠绕伺服器的作用下，硅酸铝针刺毯等卷材自动随钻进速度缠绕管汇系统集成，并收紧、包紧，成为管汇系统集成保护层；管汇系统集成在井下钻孔扩孔固井智能执行器内部段，封装在井下钻孔扩孔固井智能执行器内部的筒状管道内；所有管汇系统在卷盘两侧接头顺序为：当续接管道时，先关停送料、送气或抽送设备等出口阀门，再关闭钻井侧阀门，断开管道连接；换上新的管道卷盘，依次连接卷盘两侧接头并开启卷盘两侧阀门，最后开启送气、送料、抽送设备阀门，进行正常钻井施工，以上操作均为相应的机器人操作。

井下钻孔扩孔固井智能执行器包括：外壳、钻井执行器离子体或激光或电子束或核子等高温高压钻井执行段，抽送系统吸入段，3D打印封堵段，离子体熔融喷涂固井或扩孔段、中央处理器、信息采集储存处理、电源、信号线及各种探测设备装配段、井管基础段、光源；外壳由真空或绝热层和冷却保护层系统、底部钨合金喷嘴、高压空气喷嘴构成；真空或绝热层和冷却保护层，二者紧密相连且与整个井下钻孔扩孔固井智能执行器内部的垂直筒状管道连为一体，二者由大小不一的若干个连为一体的圆桶组成，上端有与其连为一体的盖，其形状一致；冷却保护层系统，由制冷设备、冷媒供管、冷媒回管、装配段的立方体冷媒腔、封堵段和熔融固井或扩孔段的立方体冷媒腔、抽送系统吸入段和钻井执行段的立方体冷媒腔以及其进出接管组成；冷却保护层的内腔为通入的低温冷媒；在装配段冷媒腔的上方或其内部，从冷媒供管引入支管与靠近冷媒供管的位置与装配段冷媒腔联通，冷媒充满整个腔体；在装配段冷媒腔底部靠近冷媒供管位置有冷媒回管和立方体冷媒腔底部联通的支管；在装配段冷媒腔底部下面的供管与封堵段和熔融固井或扩孔段顶部有可伸缩的与封堵段和熔融固井或扩孔段冷媒腔联通的供冷媒支管；在封堵段和熔融固井或扩孔段内部底部靠近冷媒回管的位置有与回管和封堵段和熔融固井或扩孔段冷媒腔联通的可伸缩的回流支管，可伸缩的供冷媒支管、回流支管耐超低温、超高压；在抽送系统吸入段和钻井执行段顶部上方，靠近冷媒供管，有冷媒供管与封堵段和熔融固井或扩孔段冷媒腔联通的供冷媒支管；在抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔内部底部有冷媒回管与抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔联通的冷媒回流支管或回管与抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔底部直接联通；冷媒供管和回管均在位于井下钻孔扩孔固井智能执行器中心位置的筒状管道内；冷媒供管下端到抽送系统吸入段和钻井执行段顶部，冷媒回管到抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔底部；外壳的设备装配段侧面合适位置开有若干孔洞，用于装配各种元器件、电源及探测设备，同时，对应的孔洞安装有耐高温保温密封盖；在外壳各个段的侧面或顶端或下端安装有各种无线传感器及全景摄像头，各种无线传感器及全景摄像头安装在与冷媒腔相连的筒状的热管内，热管内侧与冷媒腔密封相连，热管外侧穿过真空层；热管内侧即冷凝端略向上倾斜；井下钻孔扩孔固井智能执行器离子体或激光或电子束或核子等高温高压钻井执行段包括：离子体发生器系统或激光或电子束或核子等高温系统、高压空气系统、各种无线传感器及全景摄像头；所述的离子体发生器系统包括：若干个离子体发生器及其冷却系统、直流脉冲电源、离子体工作气体、各种传感器；离子体发生器由热管阴极、筒状阳极、阴极阳极绝缘绝热支架、喷嘴、切向离子体工作气体通入管道及通道、直流脉冲电源组成；热管阴极由热管冷凝端、热管璧、热管芯、蒸发端组成；热管的蒸发端采用钨或其他耐高温耐烧灼的金属或合金制造，热管阴极镶嵌在热管蒸发端端且呈圆锥状，热管阴极、阳极由铜或其他金属或合金制得；热管阴极冷凝端有绝缘涂层，阳极为筒状，热管阴极、阳极通过绝缘支架分别与上下冷却腔的外壳固连，阳极一侧合适位置有小孔，以便直流脉冲电源与阴极连接；离子体发生器系统的冷却系统的冷源，采用冷却保护系统中的抽送系统吸入段和钻井执行段的立方体冷媒腔的冷媒；钻井执行段冷媒腔底部平面有若干凹槽，热管阴极冷凝端穿过钻井执行段冷媒腔的底部并浸入凹槽的冷媒中，阳极一侧或两侧有通入离子体工作气体的管道，阳极与热管阴极组成的环柱型腔道为离子体工作气体通道，阳极的下口为离子体喷嘴，外壳最底面的离子体、高压空气喷射管道及喷嘴穿过底部冷却层和真空层，离子体喷嘴、高压空气喷嘴呈均匀分布，且最外侧呈圆周离子体喷嘴均以一定角度向外侧喷射，喷射的离子束为喇叭口形状，外壳最底面安装有无线全景摄像头、无线红外线测距仪；抽送系统吸入段即泥水岩屑等及其混合物抽送系统与井下钻孔扩孔固井智能执行器连为一体的吸入装置；3D打印封堵段由真空绝热、冷却保护系统、智能升降或进退系统、智能旋转系统、可伸缩外罩、管道、可伸缩管道、喷嘴、封堵管道无线充电电动流量调节阀、各类无线传感器、全景摄像头组成；3D打印封堵段的真空绝热、冷却保护系统为一个相对独立的系统，为空心圆柱体，可智能升降和旋转，其冷媒供管和冷媒回流管可伸缩，伸缩的长度与升降高度、旋转长度一致；智能升降系统由抽送段外壳、位于抽送段外壳内的若干升降或进退无线充电电机或无线充电伺服器、升降或进退支架、托盘组成；无线充电升降或进退电机或无线充电伺服器位于抽送段外壳上底面并固定，其传动采用齿轮或液压传动；支架下端与升降或进退电机或伺服器固连，支架上端与托盘连接，中间穿过抽送段外壳并可上下移动或整个井下钻孔扩孔固井智能执行器水平放置时能前后移动；智能旋转系统由位于托盘上平面的圆环形导轨、位于封堵段外壳底面的若干无线充电驱动电机或无线充电伺服器及其传动机构、若干下端可自由滑动上端与外壳底面固定的支架、封堵段外壳中空圆柱体外侧面与筒装管道之间的轴承组成；无线充电驱动电机或无线充电伺服器与封堵段外壳底面固定，通过齿轮或带或其他方式传动使支架下端及整个封堵段和离子体熔融喷涂固井段，沿托盘上面的圆环形导轨自由旋转；可伸缩外罩为圆筒状，分为上可伸缩外罩和下可伸缩外罩，下可伸缩外罩其下端与抽送段顶面周边固连，其上端与封堵段下底面周边以若干可沿圆周滑动吊环紧密连接；上可伸缩外罩其下端与封堵段和离子体熔融喷涂固井段外壳上底面周边，以若干可沿圆周滑动吊环紧密连接，其上端与封装段外壳下底面固连；封堵段和离子体熔融喷涂固井或扩孔段共用一个外壳，在封堵段和离子体熔融喷涂固井段外壳顶面至装配段下底面的封堵管道为可伸缩耐高温、高压管道；在封堵段外壳内腔的水平封堵管道的合适位置，安装有无线充电电动流量调节阀，水平封堵管道最外侧为封堵材料喷嘴；离子体熔融喷涂固井或扩孔段，由真空绝热、冷却保护系统、智能升降或进退系统、智能旋转系统、可伸缩外罩、若干离子体发生器系统或离子体喷涂系统、各类无线传感器、全景摄像头组成；离子体熔融喷涂固井或扩孔段与封堵段紧密连为一体且共用一个绝热冷却保护系统、智能升降或进退系统、智能旋转系统、可伸缩外罩，其冷源是封堵段和离子体熔融喷涂固井或扩孔段顶部冷却腔的冷媒，当为离子体喷涂系统时为常见离子体喷枪；离子体发生器或离子体喷涂枪为圆弧形，其上端与离子体熔融喷涂固井或扩孔段与封堵段的外壳顶部底面固定连接，其下端即喷嘴呈水平穿过外壳并与外壳密封固连。若干个喷嘴组成一个圆环形喷嘴线；离子体工作气体管道、直流脉冲电源线在装配段外壳下面和离子体熔融喷涂固井段外壳上面之间的空隙具有可伸缩性，可伸缩的长度满足封堵段和离子体熔融喷涂固井段上下升降、正反旋转180度的需求；信息采集储存处理、电源、信号线及各种探测设备装配段包括：由外壳组成的腔体、信息采集储存处理器及其传输信号线、电源及其无线充电装置、各种探测设备；外壳组成的圆筒状腔体，其外侧开有若干个适宜的孔洞，用于安装各类元器件、设备，且有相应的绝热密封盖；井管基础段包括：与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的公共接头、基础井管；电源线、传输线通过预留的筒状孔洞与公共接头连接；所有与公共接头连接的上接头为电磁控制可自动拔出的接头；基础井管，为与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的井管，基础井管其下部直接与井下钻孔扩孔固井智能执行器上端连为一体且密封；当井管为单管时，其底部与井下钻孔智能执行器最上端连接处合适位置开有N个圆孔或方孔；当井管为套管时，其内管底部与井下钻孔智能执行器上端连接处上面开有N个圆孔或方孔；且内管外管下端均与井下钻孔扩孔固井智能执行器上端连为一体并密封，内外管之间的空腔通过内管底部孔洞与内管腔连通，且外管顶部侧面开有孔洞；光源，为在井下钻孔扩孔固井智能执行器的壳体或内部安装的有线或无线LED强光源，用于井下摄像头或内部照明且具有自清洁功能。

智能控制处理中心包括：地面3D打印机系统集成、冷却保护系统、泥水岩屑等及其混合物抽送系统、智能井管升降固定系统、管汇系统集成、井下钻孔扩孔固井智能执行器的智能控制系统；每个智能控制系统都有自己独立的控制液晶显示系统且受中央智能控制中心控制并显示。

所有地下设备、功能段、管汇均安装有相应功能的无线传感器和无线全景摄像头，地面设备、功能段、管汇均安装有相应功能的无线或有线传感器和全景摄像头，并将采集的各类信息传送至中央智能控制中心；所述的传感器、摄像头等元器件都安装在筒状热管内并密封，筒状热管由冷凝端、热管外侧面、热管内侧面、热管芯、热管蒸发端组成；筒状热管穿过真空绝热层到达冷却腔内侧面且密闭；在热管式摄像头外侧面安装有中空的圆环，圆环截面为方形，圆环的内侧面有若干向摄像头镜面倾斜的放气小孔，圆环的外侧接入通气小管Ⅰ和通气小管Ⅱ，两个通气小管之间安装有微型无线充电、耐高压常闭型电磁气阀及识别传感器、自动控制模块，通气小管Ⅱ与高压气体管道联通。

所述的钻井过程为把井下钻孔扩孔固井智能执行器放在钻孔位置，与管汇系统集成下端接头对接，钻孔扩孔固井智能执行器的基础井管上端插入至模具再熔段顶部，由智能井管升降固定系统对其夹紧固定；开启3D打印喷头Ⅱ，对基础井管顶端的金属断面再熔，当金属断面熔融后，自动关闭3D打印喷头Ⅱ，开启3D打印喷头Ⅰ进行金属液体喷射，即打印井管；同时，模具冷却系统及井下冷却系统、井下钻孔扩孔固井智能执行器均自动开启进行钻井，管汇系统集成、泥水岩屑等及其混合物抽送系统随钻进也自动开启；随着钻进，智能井管升降固定系统交替升降对井管夹紧固定；当钻进一定深度，需要续接各种管道、电缆、信号线、吊索时，由续接机器人自动换接，抽送系统抽出的水蒸气、泥土岩屑等及其混合物由地面处理设备进行无害化处理并清运。

在地球深部高温300-1000℃环境下实施垂直或水平钻孔，当实施水平钻孔时，将井下钻孔扩孔固井智能执行器水平放置，并在井下钻孔扩孔固井智能执行器的装配段的内腔和抽送段上方内腔加装驱动电机或伺服器以及传动机构并密封绝热，行进方式以轮式或履带式或步行式前进或后退。

当在大洋及深海海底钻井时，所述的钻井平台为海上钻井平台，在海上钻井平台上，根据钻孔的直径，先下一个直达海底面以下一定深度的套管，然后按陆地方法开始钻井。

本发明的优势在于：

1.本发明没有真正意义上的钻杆，3D打印机打印的井管或裸孔钻井的钢筋吊索即为钻杆。特别是超深井，传统机械钻井的钻杆所受扭力很大，对钻杆要求很高，同时，在钻井过程中钻杆震动，容易使围岩坍塌，再个也容易使钻孔倾斜。同时需要防止卡钻。

2.本发明采用泥水岩屑等及其混合物抽送系统，钻孔产生的泥水、岩屑等通过高负压抽送到地面。而传统钻孔方法采用泥浆循环方法把岩屑输送到地面。当为超深井或莫霍井时，地下温度300—1000℃时，泥浆的物理、化学性质会发生变化而不能循环。同时需要防喷、防漏、防塌。

3.本发明采用离子体(3000-30000℃)或激光或电子束等高温及高压气体(40Mp以上)联合破岩技术，钻孔速度快、效率高，设计钻速50-150m/h。而传统钻孔方法采用机械钻孔或机械、高压水喷射联合钻孔钻孔，总体破岩效率低；也有提出采用离子体或激光或电子束或核子破岩，由于没有相应的配套技术比如先进的离子体冷却技术，在实际上没有商业应用。

4.本发明采用离子体(3000-30000℃)熔融固井、离子体喷涂固井，固井效率高、节约钻井成本、安全可靠。而传统固井方法多采用套管，增加增加成本、效率低。

5.本发明采用离子体扩孔技术，可随意将钻孔扩孔直径达到30-100cm。而传统钻井方法，采用增大钻头的方法进行扩孔，扩孔直径有限，且钻井周期及成本大大增加。

6.本发明采用封堵系统和离子体喷涂对含水层及裂隙进行封堵，提高钻井速度及保护水资源。而传统钻井方法同时需要防漏、防塌。

7.本发明采用钻孔扩孔固井智能执行器技术，能够自动识别岩性，根据各种岩层的融点，智能调整高压气体喷射压力及离子体温度，以降低钻井成本。

8.本发明的地下钻孔扩孔固井智能执行器采用绝热、冷却技术，所有的电子元器件、电机等凡是不耐高温的设备均在绝热、冷却保护腔内。因此地下钻孔扩孔固井智能执行器能在300-1000℃高温环境下正常工作，因此钻孔可达到10000-40000m莫霍界面(即莫霍井)。而传统钻井方法无法配套冷却保护。

附图说明

图1为本发明系统图。

图2为模具结构图。

图3为单管模具截面图。

图4为套管模具顶部截面图。

图5为套管模具剖面图。

图6为套管模具及冷却器结构图。

图7为冷却器空心圆柱体套筒截面图。

图8为冷却器套筒外观图。

图9为模具系统与3D打印喷头结构图。

图10为单管模具3D打印工作原理图。

图11为套管模具3D打印工作原理图。

图12为单管模具3D打印再熔工作原理图。

图13为套管模具3D打印再熔工作原理图。

图14为泥水岩屑等及其混合物抽送系统结构图。

图15为与地下钻孔扩孔固井智能执行器一体的吸入装置剖面图。

图16为与地下钻孔扩孔固井智能执行器一体的吸入装置截面图。

图17为抽送管道侧面开口示意图。

图18为钻井支架底座平面图。

图19为智能自动夹紧、交替升降装置轴线剖面图。

图20为夹紧装置夹紧状态中间截面图。

图21为夹紧装置夹紧状态下端截面图。

图22为夹紧装置凸起体侧面图。

图23为贯钉体结构图。

图24为贯钉体立体图。

图25为3D打印机打印的单管截面图。

图26为3D打印机打印的套管截面图。

图27为管汇系统集成截面图。

图28为管汇系统集成系统图。

图29为管汇系统集成公共接头截面图。

图30为管道续接示意图。

图31为管汇系统集成收口器剖面图。

图32为管汇系统集成保护层缠绕原理图。

图33为地下钻孔扩孔固井智能执行器结构图。

图34为地下钻孔扩孔固井智能执行器系统图。

图35为地下钻孔扩孔固井智能执行器冷却保护层原理图。

图36为热管式阴极离子体发生器原理图。

图37为热管式离子体阴极结构图。

图38为离子体与高压气体喷嘴结构截面图。

图39为井管样管单管侧面图。

图40为井管样管套管剖面图。

图41为各类传感器、摄像头安装示意图。

图42为筒状热管示意图。

图43为热管、摄像头与自清洁装置安装示意图。

图44为摄像头自清洁装置原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步说明本发明的技术方案：

3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法包括如下步骤及设备：先在根据地质勘探选定的钻孔位置建设钻井平台7，然后安装钻井设备，开始钻井过程。

如图1所示，钻井设备由地面3D打印机系统集成1、泥水岩屑等及其混合物抽送系统2、智能井管升降固定系统3、3D打印机打印的井管4、管汇系统集成5、井下钻孔扩孔固井智能执行器6、钻井平台7、智能控制处理中心8等组成。钻井设备穿过岩土层10形成井壁9。

地面3D打印机系统集成1、泥水岩屑等及其混合物抽送系统2、智能井管升降固定系统3、管汇系统集成5以及智能控制处理中心8的地面设备均在钻井平台7上。

井下钻孔扩孔固井智能执行器6位于井下最低部，井下钻孔扩孔固井智能执行器6上部为与之连为一体的井管样管，通过再熔井管样管上端方式由3D打印机打印或其他方式而成井管4，井管4与井管样管连接为再熔3D打印机打印而成，保持其冶金性能及强度，没有焊缝，不易腐蚀。

管汇系统集成5最下端通过与井下钻孔扩孔固井智能执行器6本体的公共接头连接，该公共接头具有可通过电磁控制等方式使管汇系统集成5与井下钻孔扩孔固井智能执行器6自动断开，当钻井完成后，管汇系统集成5可收回二次使用。井下钻孔扩孔固井智能执行器6完成钻井后，不再收回，为一次性使用，裸井除外。管汇系统集成5穿过3D打印机打印或其他方式而成的井管4及地面3D打印机系统集成1，其上端由吊索悬吊支撑。

智能井管升降固定系统3根据井下钻孔扩孔固井智能执行器6的钻井工况—钻井、封堵、熔融固井、喷涂固井、扩孔及地面3D打印机系统集成1打印情况，对3D打印机打印的井管4进行智能固定升降。

整个3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法可看作由5个3D打印机协同作业：3D打印喷头Ⅰ，3D打印喷头Ⅱ，封堵系统喷头，离子体熔融固井、离子体喷枪固井、离子体扩孔喷头，离子体钻孔喷头及高压气体喷头。凡是3D打印机部分，都具有一般3D打印机的特征，电子部分：系统板、主板、电机驱动板、温度控制板；机械部分：电机、支架、同步装置等；软件部分：固件、上位机程序等。

3D打印机系统集成包括：模具系统和3D打印熔融喷射系统。如图2所示，模具系统包括：依次相连的喷嘴段1—1、再熔段1—2、结晶段1—3、冷却段1—4及冷却系统。如图3所示，当井管结构为单管时，其模具由模具内管即井管管腔1—5、内管模具内层1—6、内管模具外层1—7、内管模具1—8、模具横梁集成1—12组成，模具为两个大小不一的同心圆柱体套筒，其上端通过横梁集成固连，下端悬空。如图4所示，当井管结构为套管时，其模具由模具内管即井管管腔1—5、内管模具内层1—6、内管模具外层1—7、内管模具1—8、内管与外管的夹层1—9(圆柱体腔)、外管模具内层1—10、外管模具外层1—11、套管的外管1—28及模具横梁集成1—12组成，其模具腔为两个大小不一的空心同心圆柱体套筒，其模具为四个大小不一的同心圆柱体套筒，其上端通过横梁集成固连，下端悬空。如图5、图6所示，内管模具1—8位于冷却器套筒Ⅰ1—14和冷却器套筒Ⅱ1—15的夹层内，外管模具1—28位于冷却器套筒Ⅱ1—15和冷却器套筒Ⅲ1—16的夹层内，其上端通过横梁集成1—12中的冷气管道1—13固连，其下端悬空。在模具、冷却器套筒及横梁集成1—12的合适位置安装有若干耐高温无线温度传感器1—23。横梁集成1—12用来固连模具、冷却器及通入冷气的管道1—13。横梁集成1—12是模具和冷却器的共同横梁，同时其内部有通入超低温冷气的管道1—13。如图7、图8所示，冷却器套筒由套筒内壁1—17、冷却气腔1—18、套筒外壁1—19、冷却器套筒上密封盖1—20及下密封盖组成。冷却器内外壁上有小孔洞1—21、大孔洞1—22，其分别对应结晶段、冷却段。冷却器为单向通入超低温冷气(空气)，在保证工艺降温的同时，冷却气体不再回收，直接排入现场大气，以降低环境温度。整个模具系统可由金属粉末或其他耐超高温材料通过激光熔融或电子束熔融或其他3D打印方式打印或其他方法制成。不因钢水的温度而影响模具性能，且模具内表面光滑，便于钢水、冷凝成型后的钢管顺利下行。冷却器的制冷设备为超低温制冷设备，制冷量满足3D打印井管冶金性能冷却及环境降温需求。

如图9、图10、图11所示，3D打印熔融喷射系统包括：3D打印喷头Ⅰ1—25和3D打印喷头Ⅱ1—26，二者位于模具系统上方，可为一体或分开，根据工作流程二者可同时工作并可自动切换单独工作。为提高3D打印即增材制造的速度即钻孔的速度(根据不同岩性，设计钻速即成井速度50—150米/h)，3D打印喷头1喷射的金属液体可由高温电炉或焦煤炉或氧气乙炔炉或等离子体电弧炉、激光器、电子束发生器Ⅰ1—24等方式熔融。根据所要打印的井管结构：井管可以是单管或套管，一侧分别有1或2个，两侧2或4个打印喷头，从里向外分别对应其模具槽。打印井管的材料为碳钢或合金钢粉末或金属丝等。如图12、图13所示，3D打印喷头Ⅱ由等离子、激光、电子束发生器Ⅱ1—27等方式、打印喷头Ⅱ1—26组成。根据所要打印的井管结构，井管可以是单管或套管，一侧分别有1或2个，两侧4或6个打印喷头，从里向外分别对应其模具槽。当打印喷头Ⅰ停止工作后，模具内的金属液体凝固，为保证其冶金性能，打印喷头Ⅱ提供超高温热源，用来再融模具内的已经凝固的金属断面。

如图14所示，泥水岩屑等及其混合物抽送系统包括：地面高负压吸入、抽送及相应的处理设备2—3、抽送管汇2—2、地下钻孔内与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的吸入装置2—1。所述的地面负压抽送设备及相应的处理设备，具备足够高的负压，可把水(汽)、泥土、岩屑及其混合物从2000—40000米钻孔底部抽送到地面，并可对水、岩屑粉尘、高温混合气体、混合物进行无害化处理。抽送管汇2—2耐高温不低于1200℃。其管汇由其物理、化学性能决定的能够承受相应压力且具有韧性、硬度的材料制造的管道和相应的接头、阀门等组成，它们以常规方法密封连接。如图15所示，地下钻孔内与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的吸入装置，由连为一体的上空心圆柱体的底面2—10、中间圆柱体的侧面即真空绝热、冷却层外壳、下空心圆柱体顶面2—11，长方体吸入管上面2—4、长方体吸入管下面2—5、上部外罩2—7和下部外罩2—8、抽送管汇2—2、矩形吸入口2—9及其合围的空心圆柱体吸入腔2—6组成。如图16、图17所示、长方体吸入管的外侧为矩形吸入口2—9，内侧矩形口与抽送管道半圆柱开口2—16连接为一体，长方体吸入管从外壳圆柱体一侧穿过，2—15为抽送管道侧面开口一侧边沿。吸入装置2—1与整个井下钻孔扩孔固井智能执行器连为一体。整个吸入口为空心圆柱体。在吸入口及内腔内安装有无线风压传感器2—12、无线湿度传感器2—13、无线温度传感器2—14等传感器。智能化井管升降固定系统包括：支架及平衡装置和自动夹紧交替升降装置。如图18所示，支架及平衡装置包括：支架底座3—1、支架横梁3—2及于支架底座上安装的自动平衡装置3—3，它们以丝接或焊接方式固连。如图19所示，自动夹紧交替升降装置为两对十字交叉型的自动夹紧交替升降装置，包括：支架横梁3—2、拉索3—4、液压或其他动力升降吊臂3—5、拉力传感器3—6、夹紧装置3—7、夹紧装置液压或其他动力推拉臂3—8及其智能控制系统。液压升降吊臂3—5下端与支架横梁3—2固连，液压升降吊臂3—5上端与拉索3—4上端连接，拉索3—4下端与夹紧装置3—7连接，夹紧装置液压推拉臂3—8两端分别与夹紧装置3—7、液压升降吊臂3—5固连。如图20所示，夹紧装置包括：贯钉体及其伺服器3—9、贯钉3—10、夹紧装置凹糟体3—11、夹紧装置凸起体3—12、夹紧装置夹具3—13、气囊3—14、压力传感器等。夹紧装置凹糟体3—11、夹紧装置凸起体3—12外观均为立方体，中间一侧为半圆柱凹槽，上下均有封盖。如图20、图21所示，夹具两端均有两个大小不一的凸起体3—15，在夹紧装置凹糟体、夹紧装置凸起体两端均有与夹具凸起对应的凹槽3—16，该凹槽体的宽度，满足在气囊不充气和充满高压气体下，夹具所产生的位移。如图20所示，在夹紧装置夹紧状态下，最里层为被夹紧的井管4，依次为夹具、气囊、夹紧装置凹凸体。夹紧装置凹凸体吻合后，在贯钉伺服器作用下，贯钉贯入，在气囊充高压气体后，夹紧装置凹凸体不可以松动。如图21所示夹紧装置凹凸体吻合后其上下端截面均为空心圆。夹紧装置凹凸体底部有孔洞3—20，以便气囊通气管道3—22穿过，与气囊连通的为通气管道3—22和空气压缩机3—21，气囊配有压力传感器等。如图22所示，夹紧装置凸起体凸起部分的侧面有与贯钉对应的贯钉孔3—17。如图23、图24所示，贯钉体及其伺服器3—9由贯钉3—10、贯钉体3—18、伺服器3—19组成；贯钉体3—18上有若干分布均匀并与之固连的贯钉3—10，与贯钉体连接的有伺服器3—19，伺服器动力可以是伺服电机或自动液压传动。在夹紧装置夹紧后，整个井管的重力全部由夹紧装置在夹紧状态下的底部承重。根据钻井深度，当钻井深度足够深而井管足够长、其重力足够重时，可由上下1-N对夹紧装置组成。智能控制系统根据在井下钻孔扩孔固井智能执行器钻进和3D打印机打印井管的速度，当一对夹紧装置对井管进行夹紧时，随着井管的下降，该夹紧装置随井管一起下降，下降到预定位置时，另一对夹紧装置升到预定高度并同时夹紧井管，同时该夹紧装置松开井管并开始上升。如此交替升降并夹紧井管。

3D打印机打印的井管包括：由3D打印机打印而成与井下钻孔智能执行器上端为一体的井管样管、由3D打印喷头Ⅰ喷射打印的井管。如图25、图26所示，井管样管同钻井执行器所述。3D打印喷头Ⅰ喷射的金属液体可由高温电炉或焦煤炉或氧气乙炔炉或等离子体电弧炉、激光器、电子束发生器1—24等。根据设计的井身结构，井管可以是单管或套管。当井管为套管时，其外管顶部侧面开有孔洞4—2。

管汇系统集成包括：泥水岩屑等及其混合物抽送系统2、封堵系统、等离子体工作气体系统、超低温冷气系统、高压气体(空气)系统等的管汇系统及其卷盘、伺服器；电缆、信号传输线、吊索等及其卷盘和其伺服器；管汇系统集成外保护层及缠绕设备、公共接头、若干换接管、接线机器人等。

如图27所示，管汇系统集成的管汇包括：抽送管汇2—2、电缆、信号线等5—1、封堵管汇5—2、高压空气管道5—3、离子体工作气体管道5—4、超低温冷却管道5—5、离子体喷涂粉沫管道5—6、管汇系统集成保护层5—7、吊索5—8等，它们按照各自的直径及形状被保护层紧密封装在一起，其中吊索居中。所述的抽送系统管汇，同泥水岩屑等及其混合物抽送系统所述，包括抽送管道卷盘5—13、抽送管道卷盘伺服器5—14、抽送设备5—15。如图28所示、封堵管汇系统包括：封堵3D打印机6—3、封堵管汇5—2、封堵管道卷盘5—16及其伺服器5—17、封堵送料设备5—18、封堵材料、管道换、接机器人等。封堵3D打印机在钻井执行器封堵段描述。封堵管汇5—2由能够承受一定压力、耐高温且具有韧性、硬度的材料制造的管道和相应的接头、阀门等组成，它们以常规方法密封连接。所述的封堵送料设备为常见的送料设备且带一定的压力送料，满足3D打印机喷口的喷射压力。所述的封堵材料具有在3D封堵打印机喷口射出后具有水性或干性快速凝固、一定硬度的特性，主要用来封堵含水层岩土的裂隙和填充岩土的凹陷等，以免影响正常钻井进度和成井速度。如图28所示，等离子体工作气体系统、高压气体系统、超低温冷气系统均由管汇、管道卷盘、伺服器、送气设备、制气或储气设备组成；其管汇均由各自物理、化学性能决定的能够承受相应压力、耐相应高温或超低温的，且具有韧性、硬度的材料制造的管道和相应的接头、阀门等组成，它们以常规方法密封连接。所述的等离子体工作气体，其气体可以是氩气、氮气、氧气、空气等以及其混合气体，等离子体工作气体系统包括乙炔管道卷盘5—22、乙炔管道卷盘伺服器5—23、乙炔储罐或乙炔瓶5—24，氧气管道卷盘5—28、氧气管道卷盘伺服器5—29、氧气储罐或氧气瓶5—30。所述的高压气体系统包括高压空气管道卷盘5—25、高压空气管道卷盘伺服器5—26、空气压缩机5—27；其井下喷嘴喷出的高压气体，能够自动根据岩性，硬度或熔点调整喷射压力，使刚处于熔融状态的岩土层喷为粉末。所述的超低温冷气系统，包括超低温管道卷盘5—19、超低温管道卷盘伺服器5—20、超低温制冷设备或冷源5—21；其冷却介质为无毒、无害、环保的超低沸点、比热容大的介质；超低温冷气系统释放的超低温度和冷量足以满足井下钻孔扩孔固井智能执行器及其器件(等离子体热管阴极和阳极冷却、探头、传感器、摄像头等)、线路等不因高温而影响工作或缩短其使用寿命即完成设计钻井任务。超低温冷气管道应具有一定的散热性能，其散发的冷量足以在超深井高温环境下，不影响管汇系统集成正常运行。如图28所示，上述的所有管道卷盘及其伺服器是根据其管道各自直径的大小、承压、作用等情况予以相应配置，以保证各类管道随钻井速度同步下降。

如图28所示，所述的电缆、信号传输线、吊索5—8等均由其相应的卷盘和伺服器组成并与其他管汇系统同步。电缆、信号传输线包括电缆信号传输线卷盘5—11、电缆信号传输线卷盘伺服器5—12，电缆分为交流和直流脉冲电缆，交流电缆与井下钻孔扩孔固井智能执行器内的无线充电装置6—48相连。直流脉冲电缆直接与井下钻孔扩孔固井智能执行器内的钻井执行段的离子体发生器和熔融固井或扩孔段的离子体发生器相连。信号传输线与井下钻孔扩孔固井智能执行器内的无线传输中央处理器相连。吊索5—8与井下最末端公共接头固连，每隔一定距离有与吊索固连的公共接头，所有管汇系统及所含物料、电缆、信号传输线等重量全部由吊索承载，以免管汇系统等断裂，确保管汇系统集成安全。

如图29所示，公共接头体5—0为在地下钻孔内由3D打印机打印的井管内用来连接所有管道、电缆、信号线、吊索等的公共接头，所有接头均可拆卸。若干换接管、接线机器人等是指对各类管道、电缆、信号线、吊索的拆开和续接均由相应专门的机器人操作。如图30所示，每节管道或电缆、信号线、吊索两端均有相应的阀门或接头5—35。所有管汇系统在卷盘两侧接头顺序为：当续接管道时，先关停送料、送气或抽送设备等出口阀门，再关闭钻井侧阀门，断开管道连接；换上新的管道卷盘，依次连接卷盘两侧接头并开启卷盘两侧阀门，最后开启送气、送料、抽送设备阀门，进行正常钻井施工。公共接头的连接方法与此相同。以上操作均为相应的机器人操作。如图31所示，管汇系统集成外保护层及缠绕设备及装配包括：管汇系统集成外保护层5—7、3D打印机系统集成上方的收口器5—31、卷材缠绕设备5—32、缠绕转盘5—33、硅酸铝针刺毯卷材5—34等组成。硅酸铝针刺毯等材料为耐高温、韧性好、抗拉强度高、绝热、绝缘的卷材。如图32所示，收口器指在缠绕设备上方的，依据各种管道、电缆、信号线、吊索等按照各自的排列方位及形状，随着钻进，对管汇系统集成进行收拢、收紧的装置。3D打印机打印的井管和管汇系统集成居于转盘中心位置，根据钻井的速度，在自动智能转盘伺服器的带动下，转动转盘，同时在卷材缠绕伺服器的作用下，硅酸铝针刺毯等卷材自动随钻进速度缠绕管汇系统集成，并收紧、包紧，成为管汇系统集成保护层。

由于整个管汇系统集成为带压、带料、带电作业，特别是封堵系统、抽送系统、其管道直径较大，通过卷盘，沿程阻力也很大，因此，对其动力设备、管道、接头、阀门的质量要求很高，要满足相应要求。高压气体系统对其管汇承压质量要求也很高，以保证能够承受相应的压力。所述的管汇系统集成在钻井执行器内部段，封装在钻井执行器内部的筒状管道内。

封堵系统只是在含水层时发挥相应作用，当为干热岩时(井下钻孔扩孔固井智能执行器自动识别)，封堵系统的管汇可取消。

如图33、图34所示，井下钻孔扩孔固井智能执行器包括：外壳、钻井执行器离子体或激光或电子束或核子等高温高压钻井执行段6—1，抽送系统吸入装置2—1，3D打印封堵段6—3，离子体熔融喷涂固井扩孔段6—4，中央处理器、信息采集储存处理、电源、信号线及各种探测设备装配段6—5，井管基础段、光源等。

如图34所示，外壳由真空或绝热层6—32和冷却保护层6—31、底部钨合金喷嘴6—25、高压空气喷嘴构成。真空或绝热层6—32和冷却保护层6—31，二者紧密相连且与整个钻井执行器内部的垂直筒状管道连为一体，二者由大小不一的若干个连为一体的圆桶组成，上端有与其连为一体的盖，其形状一致。如图35所示，冷却保护层系统6—31，由制冷设备、冷媒供管6—6、冷媒回管6—7、装配段的圆柱体冷媒腔6—9、封堵段和熔融固井或扩孔段的圆柱体冷媒腔6—12、抽送系统吸入段和钻井执行段的圆柱体冷媒腔6—14以及其进出接管组成。冷却保护层的内腔为通入的低温冷媒。通入的冷媒量和冷媒温度可根据地下环境温度、热管冷却、各种管汇、电子元器件、各种探测设备正常工作的需求自动智能调节且满足使用。

如图35所示，在装配段圆柱体冷媒腔6—9的上方或其内部，从冷媒供管6—6引入支管6—8与靠近冷媒供管6—6的位置与装配段圆柱体冷媒腔6—9联通，冷媒充满整个腔体；在装配段圆柱体冷媒腔6—9底部靠近冷媒供管6—6位置有冷媒回管6—7与冷媒腔底部联通的支管6—10。在装配段圆柱体冷媒腔6—9底部下面的供管6—6与封堵段和熔融固井或扩孔段6—12顶部有可伸缩的与封堵段和熔融固井或扩孔段冷媒腔6—12联通的供冷媒支管6—11；在封堵段和熔融固井或扩孔段6—12内部底部靠近冷媒回管6—7的位置有与回管和封堵段和熔融固井或扩孔段冷媒腔6—12联通的可伸缩的回流支管6—13。可伸缩的供冷媒支管6—11、回流支管6—13耐超低温、超高压。

如图35所示，在抽送系统吸入段和钻井执行段顶部上方，靠近冷媒供管6—6，设置有冷媒供管6—6与抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔6—15联通的供冷媒支管6—14；在抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔6—16内部底部有冷媒回管6—7与抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔6—16联通的冷媒回流支管6—17或回管与抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔6—16底部直接联通。冷媒供管6—6和回管6—7均在位于钻井执行器中心位置的筒状管道内。冷媒供管6—6下端直接到达抽送系统吸入段和钻井执行段6—15顶部，冷媒回管6—7直接到达抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔6—16底部。

如图34所示，外壳的设备装配段6—5侧面合适位置开有若干孔洞，用于装配各种元器件、电源、各种探测等设备，同时，对应的孔洞安装有耐高温保温密封盖6—56。在外壳各个段的侧面或顶端或下端安装有各种无线传感器及全景摄像头，各种无线传感器及全景摄像头安装在与冷媒腔相连的筒状的热管内，热管内侧与冷媒腔密封相连，热管外侧穿过真空层。热管内侧即冷凝端略向上倾斜。具体如热管式传感器、热管式摄像头描述。底部钨合金喷嘴6—25、高压空气喷嘴在钻井执行器执行段阐述。

如图34所示，钻井执行器离子体或激光或电子束或核子等高温高压钻井执行段包括：离子体发生器系统或激光或电子束或核子等高温系统、高压空气系统、各种无线传感器及全景热管摄像头等。如图34、图36所示，以离子体发生器作为高温热源为实施例，离子体发生器系统包括：若干个离子体发生器及其冷却系统、直流脉冲电源、离子体工作气体、各种传感器等。

如图36所示，离子体发生器由热管阴极6—22、筒状阳极6—21、阴极阳极绝缘绝热支架6—19、喷嘴6—25、切向离子体工作气体通入管道6—20及工作气体通道6—24、直流脉冲电源5—1等组成。

如图37所示，热管阴极具有传统热管的特性，由热管冷凝端6—26、热管璧6—27、热管芯6—28、蒸发端6—29组成。热管阴极的蒸发端6—29采用钨或其他耐高温耐烧灼的金属或合金制造。热管阴极钨6—23或其他耐高温耐烧灼的金属镶嵌在热管蒸发端，热管阴极钨6—23端部足够长，在其烧灼时、会有消融，但并不能影响其放电射流，热管阴极钨连续使用时间不低于10000小时。热管阴极、阳极由铜或其他金属或合金制得。热管阴极冷凝端有绝缘涂层。阳极为筒状，热管阴极、阳极通过绝缘支架6—19分别与上下冷却腔的外壳固连。阳极一侧合适位置有小孔，以便直流脉冲电源与阴极连接。

如图34、36所示，离子体发生器系统的冷却系统的冷源，采用冷却保护系统中的抽送系统吸入段和钻井执行段的圆柱体冷媒腔的冷媒。钻井执行段冷媒腔6—16底部平面有若干凹槽6—18，热管阴极冷凝端6—26穿过钻井执行段冷媒腔6—16的底部并浸入凹槽6—18的冷媒中。阳极一侧或两侧有通入离子体工作气体的管道6—20。阳极与热管阴极组成的环柱型腔道为离子体工作气体通道6—24。阳极的下口为离子体喷嘴6—25。最外侧沿圆周有若干个离子体喷嘴向外侧喷射，形成喇叭口状。高压空气系统包括：超高压空气压缩机，管汇、喷嘴及智能控制系统。为提高破岩效率和减少离子体工作时间及强度，采用超高压(大于40Mpa)空气破岩技术，提高成井或钻孔效率。

如图34、40所示，离子体、高压空气喷射管道及喷嘴穿过底部冷却保护层6—31和真空绝热层6—32，离子体喷嘴6—25、高压空气喷嘴6—30呈均匀分布。且最外侧沿圆周离子体喷嘴均以一定角度向外侧喷射，喷射的离子束为喇叭口形状。

如图40所示，外壳最底面冷却保护层6—31和真空绝热层6—32安装有无线全景摄像头6—57、无线红外线测距仪6—58等探测元器件。

如图34所示，抽送系统吸入段即泥水岩屑等及其混合物抽送系统与井下钻孔扩孔固井智能执行器连为一体的吸入装置。

如图34所示，3D打印封堵段6—3由真空绝热6—32、冷却保护系统6—31、智能升降或进退系统、智能旋转系统、可伸缩外罩6—2、管道6—43、可伸缩管道6—47、喷嘴、封堵管道无线充电电动流量调节阀6—42、各类无线传感器、全景摄像头等组成。

如图34所示，3D打印封堵段6—3的冷却保护层6—31和真空绝热层6—32为一个独立的系统，为空心圆柱体，可升降和旋转。其冷媒供管6—11和冷媒回流管6—13耐高压、耐超低温，可伸缩，伸缩的长度与升降高度一致。

如图34所示，智能升降系统由抽送段2—1外壳、位于抽送段2—1外壳内的若干升降或进退无线充电电机或无线充电伺服器6—36、升降或水平井工况进退支架6—37、托盘组成6—38组成。无线充电升降或水平井工况进退电机或无线充电伺服器位于抽送段2—1外壳上底面并固定，其传动可采用齿轮或液压或其他方法传动。支架下端与升降或水平井工况进退电机或伺服器合适位置固连，上端与托盘连接，中间穿过抽送段2—1外壳并可上下移动或整个井下钻孔扩孔固井智能执行器水平井工况时能前后移动。

如图34所示，智能旋转系统由位于托盘上平面的圆环形导轨6—39、位于封堵段外壳底面的若干无线充电驱动电机或无线充电伺服器及其传动机构6—41、若干下端可自由滑动上端与外壳底面固定的支架6—40、封堵段外壳中空圆柱体外侧面与筒装管道之间的轴承等组成。无线充电驱动电机或无线充电伺服器6—41与封堵段6—3外壳底面固定，通过齿轮或带或其他方式传动使支架6—40下端及整个封堵段和离子体熔融喷涂固井段，沿托盘6—38上面的圆环形导轨6—39上自由旋转。如图34所示，可伸缩外罩为圆筒状，分为上可伸缩外罩6—2—1和下可伸缩外罩6—2—2。下可伸缩外罩6—2—2其下端与抽送段2—1顶面周边固连，其上端与封堵段6—3下底面周边以若干可沿圆周滑动吊环紧密连接。上可伸缩外罩6—2—1其下端与封堵段和离子体熔融喷涂固井段外壳上底面周边以若干可沿圆周滑动吊环紧密连接，其上端与封装段6—5外壳下底面固连。可伸缩外罩由耐高温、韧性好的材料制得。由于封堵段和离子体熔融喷涂固井或扩孔段共用一个外壳，在封堵段和离子体熔融喷涂固井段外壳顶面至装配段下底面的封堵管道为耐高温、高压封堵可伸缩管道6—47。以常规方法连接。在封堵段外壳内腔的水平封堵管道的合适位置，安装有无线充电电动流量调节阀6—42，水平封堵管道最外侧为封堵材料喷嘴。所述的各类无线传感器、全景摄像头为若干温度、湿度、压力、流速等传感器及全景摄像头。

如图34所示，离子体熔融喷涂固井或扩孔段，由冷却保护层6—31、真空绝热层6—32、智能升降或进退系统、智能旋转系统、可伸缩外罩6—2、若干离子体发生器系统或离子体喷涂系统、各类无线传感器、全景摄像头等组成。如图34所示，离子体熔融喷涂固井或扩孔段与封堵段紧密连为一体且共用一个绝热冷却保护系统，智能升降或进退系统、智能旋转系统、可伸缩外罩，如封堵段的描述。其冷源是封堵段和离子体熔融喷涂固井或扩孔段顶部冷却腔的冷媒，安装方法如离子体发生器所述。所述的若干离子体发生器系统如以上离子体发生器所述。当为离子体喷涂系统时，在离子体发生器所述的基础上，为常见离子体喷枪。如图34所示，离子体发生器或离子体喷涂枪为圆弧形，其上端与离子体熔融喷涂固井或扩孔段与封堵段的外壳顶部底面固定连接，其下端即喷嘴6—44呈水平穿过外壳并与外壳密封固连。若干个喷嘴6—44组成一个圆弧形喷嘴线。离子体工作气体管道、直流脉冲电源线在装配段外壳下面和离子体熔融喷涂固井段外壳上面之间的空隙具有可伸缩性，可伸缩的长度满足封堵段和离子体熔融喷涂固井段上下升降、正反旋转180度的需求。

如图34所示，信息采集储存处理、电源、信号线及各种探测设备装配段包括：由外壳组成的腔体、信息采集储存处理器6—49及其传输信号线、电源及其无线充电装置、各种探测设备6—52比如压力、温度、湿度、贵金属、钻石、天然气、地震仪、用于科学研究的仪器等。外壳组成的圆筒状腔体，其外侧开有若干个适宜的孔洞，用于安装各类元器件、设备及信号收发装置6—52等，且有相应的绝热密封盖6—56。图34中6—33为工作气体管道、6—34为直流脉冲电缆、6—35为空心圆柱腔外壁、6—45为固井扩孔段离子体热管阴极、6—46为固井扩孔段离子体热管阳极、6—50为电缆、6—51为冷媒凹槽、6—54为离子体喷涂送粉管道、6—55为封堵扩孔段圆柱形空腔壁。

如图34所示，井管基础段包括：与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的公共接头、井管样管。所述的与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的公共接头，凡是管道类的在公共接头以下的管道均与井下钻孔扩孔固井智能执行器为一体，电源线、传输线等通过预留的筒装孔洞与公共接头连接。所有与公共接头连接的上接头为电磁控制可自动拔出的接头。如图38、图39所示，井管样管4为与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的井管，其长度适宜。井管样管4其下部直接与井下钻孔扩孔固井智能执行器6上端连为一体且密封；当井管为单管时，其底部与井下钻孔扩孔固井智能执行器6最上端连接处合适位置开有N个圆孔或方孔4—1；当井管为套管时，其内管底部与井下钻孔扩孔固井智能执行器上端连接处上面合适位置开有N个圆孔或方孔4—1；且内管外管下端均与井下钻孔扩孔固井智能执行器6上端连为一体并密封，内外管之间的空腔通过内管底部孔洞与内管腔连通，且外管顶部侧面开有孔洞4—2(用于干热岩开，采供暖或发电)。整个井下钻孔扩孔固井智能执行器的壳体、内部结构，除以后需安装部件外，全部是在工厂通过3D打印机打印或其他方法而制成。真空层或绝热层，通过3D打印机打印而成后，留有孔洞，待抽真空或加入绝热物质后密封。所述的冷却层腔，通过3D打印机打印而成后，留有相应的密封孔洞用于安装各类热管元器件。

所述的光源，为在井下钻孔扩孔固井智能执行器的壳体或内部安装的有线或无线LED等节能强光源，用于井下摄像头或内部照明。同时具有与摄像头一样的自清洁功能。

智能控制处理中心包括：地面3D打印机系统集成、冷却保护系统、泥水岩屑等及其混合物抽送系统、智能井管升降固定系统、管汇系统集成、井下钻孔扩孔固井智能执行器等智能控制系统。每个智能控制系统都有自己独立的控制液晶显示系统且受中央智能控制中心控制并显示。

智能控制处理中心位于地面控制中心机房。

在所有地下设备、功能段、管汇均安装有相应功能的无线传感器和无线全景摄像头。地面设备、功能段、管汇均安装有相应功能的无线或有线传感器和全景摄像头。并将采集的各类信息传送至中央智能控制中心。

如图41所示，在地下智能钻井执行器及地面3D打印功能位置安装的各类传感器、摄像头等元器件为热管式传感器8—1、热管式摄像头8—2等元器件。如图42所示，所述的热管为筒状，具有一般热管的特性，由筒状热管冷凝端8—4、热管外侧面8—5、热管内侧面8—6、热管芯8—7、热管蒸发端8—8组成。具体形状可根据传感器、摄像头等元器件形状予以调整。传感器和摄像头等元器件被封闭在筒状的热管内。筒状热管穿过真空绝热层到达冷却腔内侧面8—3，但并不直接与冷媒接触，此处冷媒腔的接触面也为筒状且内侧封闭。冷媒与热管靠辐射、接触热传导。

如图43、44所示，在热管式摄像头外侧面安装有中空的圆环8—9，圆环截面为方形，圆环的内侧面有若干向摄像头镜面倾斜的放气小孔，圆环的外侧接入通气小管Ⅰ8—11、通气小管Ⅱ8—12，通气小管Ⅰ8—11、通气小管Ⅱ8—12之间安装有微型无线充电、耐高压常闭型电磁气阀及识别传感器、自动控制模块8—10，通气小管Ⅱ8—12与高压气体管道联通。当摄像头被泥水、岩屑等遮挡或成像不清楚时，识别传感器自动识别，开启电磁气阀并清洁摄像头。

实施例：

当为陆地单管或套管钻井时，根据物探选定钻孔位置后，建设钻井平台7，各种钻井设备、材料、控制系统到达预设位置并安装、准备完毕后，把井下钻孔扩孔固井智能执行器6放到钻孔位置，将其与管汇系统集成下端接头对接，井下钻孔扩孔固井智能执行器6的井管样管上端插入至模具系统再熔段顶部，由智能井管升降固定系统3对其夹紧固定；开启3D打印机喷头Ⅱ，对井管样管顶端的金属断面再熔，当金属断面熔融后，自动关闭3D打印机喷头Ⅱ，自动开启3D打印机喷头Ⅰ进行金属液体喷射，即打印井管；同时，模具冷却系统及井下冷却系统、井下钻孔扩孔固井智能执行器6均自动开启进行钻孔。同时管汇系统、抽送系统等其他设备随钻进也自动开启。随着钻进，智能井管升降固定系统3交替升降对井管夹紧固定；当钻进一定深度，需要续接各种管道、电缆、信号线、吊索等时，由续接机器人自动换接。抽送系统抽出的水蒸气、泥土岩屑等及其混合物由地面处理设备进行无害化处理并清运。当因检修、续接等因素停止钻井后，续钻时，仍按照开启3D打印机喷头Ⅱ，对井管样管顶端的金属断面再熔，当金属断面熔融后，自动关闭3D打印机喷头Ⅱ，自动开启3D打印机喷头Ⅰ进行金属液体喷射，即继续打印井管并钻孔。

当钻层为泥土层或含水土层时，由于离子体温度在3000-30000℃，地下水瞬间蒸发，随抽送管道抽送至地面，泥土层也瞬间成为干土，在40Mp以上高压空气和离子体高温气体双重作用下，也瞬间被喷为粉末随抽送管道抽送至地面。此段固井，可采用传统套管固井，也可采用井下钻孔扩孔固井智能执行器6侧面的离子体熔融固井，即把围岩土琉化固井(根据摄像信息，智能琉化)。

当钻层为富含水土层、岩层、有裂隙时，在3000-30000℃离子体温度和40Mp以上高压气体双重作用下，岩层在刚处于熔融前状态下，瞬间被喷为粉末随抽送管道抽送至地面；水也会蒸发，被随抽送管道抽送至地面。为了保证钻进速度和成井质量，采用井下钻孔扩孔固井智能执行器6封堵系统的封堵材料对出水点或裂隙进行高压喷射封堵。由于封堵材料具有水性或干性快速凝结的特性和一定韧性、强度，达到封堵渗水和固井的目的。在此基础上，仍可采用井下钻孔扩孔固井智能执行器6侧面的离子体熔融固井，即把围岩土琉化固井。对难于封堵的出水点，在离子体熔融固井的基础上，可把井下钻孔扩孔固井智能执行器6侧面的离子体熔融功能转为离子体喷枪，进行离子体喷涂，进行封堵和固井。离子体喷涂可形成致密的有一定韧度的涂层，并可保证地下水不流失。根据物探报告，当地下水太丰富时，也可先采用裸孔钻孔、扩孔方法，钻到干热岩层(不含水)后，采用传统方法下套管，待水层封堵后，在按上述方法钻井。

当钻层为松散岩层、有裂隙时，采用井下钻孔扩孔固井智能执行器6封堵系统的封堵材料对裂隙进行高压喷射封堵。仍采用井下钻孔扩孔固井智能执行器6侧面的离子体熔融固井，即把围岩土琉化固井。也可与离子体喷枪配合使用，达到最佳固井状态。

当钻层有溶洞时，可继续钻井，不像传统钻井，因地漏而停工或致工程失败。

当为陆地裸孔钻井(没有井管)时，选定钻孔位置后，建设钻井平台7，各种钻井设备(3D打印及自动夹紧升降系统除外)、材料、控制系统到达预设位置并安装、准备完毕后，把井下钻孔扩孔固井智能执行器6放钻孔位置，井下钻孔扩孔固井智能执行器6的井管样管上端与管汇系统集成最下端的接头对接，由钢筋吊索(不可旋转)承担井下钻孔扩孔固井智能执行器6及管汇的全部重量并根据智能控制系统，控制井下钻孔扩孔固井智能执行器6的升降。管汇系统、抽送系统等其他设备随钻进也自动开启。当钻进一定深度，需要续接各种管道、电缆、信号线、吊索等时，由续接机器人自动换接。抽送系统抽出的水蒸气、泥土岩屑等及其混合物由地面处理设备进行无害化处理并清运。

当为陆地裸孔扩孔钻孔工况时，根据地质结构钻探，地球深部物理化学探测、地震监测，地球深部稀缺资源开采等钻孔目的的不同，钻孔直径可在20-100cm范围内自由选择。当钻孔直径较大时，比如地球深部稀缺资源开采等，在原有的裸孔钻孔的基础上，采用井下钻孔扩孔固井智能执行器66侧面的离子体熔融扩孔固井段进行扩孔或将井下钻孔扩孔固井智能执行器6的直径扩大至想钻的孔径即可。

当为陆地水平钻孔工况时，即地球深部实验室(高温300-1000℃高压环境)等需要地球深部水平孔洞或空间或开采稀缺资源(钻孔的过程即开采的过程)，可采用本发明3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法进行水平钻孔进行资源开采。在陆地裸孔扩孔钻孔的基础上，将井下钻孔扩孔固井智能执行器6水平放置，并在井下钻孔扩孔固井智能执行器6的装配段的内腔和抽送段上方内腔加装驱动电机或伺服器以及传动机构并密封绝热，以轮式或履带式或步行式前进或后退的行进方式。

当在大洋及深海海底钻井时，除需要相应的海上钻井平台外，只需要根据钻孔的直径，先下一个相应直径的直达海底一定深度的套管，海水及地下水不能进入套管。形成陆地钻井的条件，再开始按陆地钻孔进行。该套管也可采用3D打印。

本发明的有益效果：采用本发明进行莫霍井钻探，能够更好地进行科学探测地球内部结构和成分；在构造地质学方面能够研究球深部构造及演化，检校地球物理探测结果，研究地壳深部流体及其作用，探索大型陨石撞击作用与生物集群灭绝奥秘；在资源能源开发利用方面，能够更好地研究盆地演化、成矿理论、油气成因及天然气水合物，调查和开发深部热能；在环境科学方面，能够更好地研究地震成因改进地震预报、火山喷发机理，地质灾害预警，研究地球气候演变、探索生命演化历史。除此以外,科学钻探可以建立地壳长期观测站、调查核废料储埋场址，最重要的还会促进钻探技术的极大发展。对陆地或深海油气田、稀有矿物质、稀有金属等开采具有战略意义。为提高我国及世界各国地热能的应用比例(预期地热发电占比90％以上)提供最先进、最科学、最可靠的技术保障。

本发明专利3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法可以称为：开启探索地球深部奥秘及开采地球深部资源的钥匙。

Claims

一种3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，包括如下步骤：先在根据物探选定的钻孔位置建设钻井平台，然后安装钻井设备，开始钻井过程；所述的钻井设备包括智能控制处理中心、泥水岩屑等及其混合物抽送系统、井管、智能井管升降固定系统、管汇系统集成、井下钻孔扩孔固井智能执行器，其特征在于：所述的钻井设备还包括地面3D打印机系统集成、绝热和冷却保护系统，所述的井管为3D打印机打印的井管，由泥水岩屑等及其混合物抽送系统排出钻井产生的泥浆及岩屑，由井下钻孔扩孔固井智能执行器实施钻井；地下整个钻井设备系统由绝热和冷却保护系统予以保护；地面3D打印机系统集成、泥水岩屑等及其混合物抽送系统、智能井管升降固定系统、管汇系统集成以及智能控制处理中心的地面设备均在钻井平台上；管汇系统集成最下端与井下钻孔扩孔固井智能执行器本体的公共接头连接，该公共接头可通过电磁控制方式使管汇系统集成与井下钻孔扩孔固井智能执行器自动断开；管汇系统集成穿过井管、地面3D打印机系统集成，其上端由吊索支架支撑。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：整个3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法由5个3D打印机协同作业，包括：3D打印喷头Ⅰ，3D打印喷头Ⅱ，封堵系统喷头，离子体熔融固井、离子体喷枪固井、离子体扩孔喷头，离子体钻孔、高压气体喷头，都具有一般3D打印机的特征；智能井管升降固定系统根据井下钻孔扩孔固井智能执行器的钻井工况—钻井、封堵、熔融固井、喷涂固井、扩孔及地面3D打印机系统集成打印情况，对3D打印机打印的井管进行智能固定、升降。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：3D打印机系统集成包括依次相连的喷嘴段、再熔段、结晶段和冷却段的模具系统和3D打印熔融喷射系统；当井管结构为单管时，由模具内管、内管模具内层、内管模具外层、内管模具、模具横梁集成组成，其模具为两个大小不一的同心圆柱体套筒；当井管结构为套管时，由模具内管即井管管腔、内管模具内层、内管模具外层、内管模具、内管与外管的夹层、外管模具内层、外管模具外层、套管的外管及模具横梁集成组成，其模具腔为两个大小不一的空心同心圆柱体套筒，其模具为四个大小不一的同心圆柱体套筒，其上端通过横梁集成固连，下端悬空；内管模具、外管模具分别位于冷却器套筒和冷却器套筒的夹层内，其上端通过横梁集成中的冷气管道固连，其下端悬空；在模具、冷却器套筒及横梁集成上均安装有耐高温无线温度传感器；横梁集成用来固连模具、冷却器及通入冷气的管道；横梁集成是模具和冷却器的共同横梁，同时其内部有通入超低温冷气的管道；冷却器套筒由套筒内壁、冷却气腔、套筒外壁、冷却器套筒上密封盖及下密封盖组成；冷却器内外壁上有大小不一的孔洞，其分别对应结晶段、冷却段；冷却器为单向通入超低温冷气；3D打印熔融喷射系统包括：3D打印喷头Ⅰ和3D打印喷头Ⅱ，二者位于模具系统上方，可为一体或分开，根据工作流程二者可同时工作并自动切换单独工作；3D打印喷头Ⅰ喷射的金属液体可由离子体、激光等方式熔融；根据所要打印的井管结构：井管是单管或套管，一侧分别有1或2个，两侧2或4个打印喷头，从里向外分别对应其模具槽；打印喷头Ⅱ是等离子体炬、激光或电子束发生器方式喷射；根据所要打印的井管结构，井管可以是单管或套管，一侧分别有1或2个，两侧2或4个打印喷头，从里向外分别对应其模具槽；当打印喷头Ⅰ停止工作后，模具内的金属液体凝固，打印喷头Ⅱ用来再融模具内的已经凝固的金属断面。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：泥水岩屑等及其混合物抽送系统包括：地面高负压吸入、抽送及相应的处理设备、抽送管汇、地下钻孔内与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的吸入装置；抽送管汇由管道、相应的接头、阀门组成；与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的吸入装置，由连为一体的上空心圆柱体的底面、中间圆柱体的侧面即真空绝热、冷却层外壳、下空心圆柱体顶面，长方体吸入管、外罩、抽送管道、矩形吸入口及其合围的空心圆柱体吸入腔组成；长方体吸入管的外侧为矩形吸入口，内侧矩形口与抽送管道半圆柱开口连接为一体，长方体吸入管从外壳圆柱体一侧穿过，吸入装置与整个钻井执行器连为一体，整个吸入口为空心圆柱体，在吸入口及内腔合适位置安装有无线风压传感器、湿度传感器、温度传感器。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：智能化井管升降固定系统包括：支架、平衡装置和自动夹紧交替升降装置；支架及平衡装置包括支架底座、支架横梁及支架底座上安装的自动平衡装置；自动夹紧交替升降装置为两对十字交叉型的自动夹紧交替升降装置，包括支架横梁、拉索、液压或其他动力升降吊臂、拉力传感器、夹紧装置、夹紧装置液压或其他动力推拉臂及其智能控制系统；液压升降吊臂下端与支架横梁固连，液压升降吊臂上端与拉索上端连接，拉索下端与夹紧装置连接，夹紧装置液压推拉臂两端分别与夹紧装置、液压升降吊臂固连；夹紧装置包括贯钉体及其伺服器、贯钉、夹紧装置凹糟体、夹紧装置凸起体、夹紧装置夹具、气囊、压力传感器，夹紧装置凹糟体、夹紧装置凸起体外观均为立方体，中间一侧为半圆柱凹槽，上下均有封盖；所述的夹具两端均有两个大小不一的凸起体，在夹紧装置凹糟体、夹紧装置凸起体两端均有与夹具凸起体对应的凹槽，该凹槽体的宽度，满足在气囊不充气和充满高压气体下，夹具所产生的位移；在夹紧装置夹紧状态下，最里层为被夹紧的钢管，依次为夹具、气囊、夹紧装置凹凸体；夹紧装置凹凸体吻合后，在贯钉伺服器作用下，贯钉贯入，在气囊充高压气体后，夹紧装置凹凸体不可以松动；夹紧装置凹凸体吻合后其上下端截面均为空心圆；夹紧装置凹凸体底部有孔洞，以便气囊通气管道穿过，与气囊连通的为通气管道和空气压缩机，气囊配有压力传感器；夹紧装置凸起体凸起部分的侧面有与贯钉对应的贯钉孔；贯钉体及其伺服器由贯钉、贯钉体、伺服器组成；贯钉体上有若干分布均匀的贯钉，伺服器与贯钉体连接；在夹紧装置夹紧后，整个井管的重力全部由夹紧装置在夹紧状态下的底部承重，根据钻井深度，当钻井深度足够深而井管足够长、其重力足够重时，可由上下1-N对夹紧装置组成；根据在井下钻孔扩孔固井智能执行器钻进和3D打印机打印井管的速度，当一对夹紧装置对井管进行夹紧时，随着井管的下降，该夹紧装置随井管一起下降，下降到预定位置时，另一对夹紧装置升到预定高度并同时夹紧井管，同时该夹紧装置松开井管并开始上升，如此交替智能升降并夹紧井管。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：3D打印机打印的井管包括：由3D打印机打印而成与井下钻孔扩孔固井智能执行器上端为一体的井管样管、由3D打印喷头Ⅰ喷射打印的井管；当井管为套管时，其外管顶部侧面开有孔洞。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：管汇系统集成包括：抽送系统、封堵系统、等离子体工作气体系统、超低温冷气系统、高压气体系统及其卷盘、伺服器，电缆、信号传输线、吊索等及其卷盘和其伺服器，管汇系统集成外保护层及缠绕设备、公共接头、若干换接管、接线机器人；管汇系统集成的管汇包括：抽送管道、电缆、信号线、封堵管道、高压空气管道、离子体工作气体管道、超低温冷却管道、吊索、管汇系统集成保护层；封堵管汇系统包括：封堵3D打印机、封堵管道、封堵管道卷盘及其伺服器、封堵送料设备、封堵材料、管道换接机器人，封堵管汇由能够承受一定压力、耐高温且具有韧性、硬度的材料制造的管道和相应的接头、阀门组成，封堵送料设备满足封堵3D打印机喷口的喷射压力，封堵材料具有在3D封堵打印机喷口射出后具有水性或干性快速凝固、一定硬度的特性；等离子体工作气体系统、高压气体系统、超低温冷气系统均由管汇、管道卷盘、伺服器、送气设备、制气或储气设备组成，其管汇均由各自物理、化学性能决定的能够承受相应压力、耐相应高温或超低温的，且具有韧性、硬度的材料制造的管道和相应的接头、阀门组成；等离子体工作气体是氩气、氮气、氧气或者空气，或者是它们中至少两种的混合气体；高压气体系统其井下喷嘴喷出的高压气体可使刚处于熔融状态的岩土层喷为粉末，超低温冷气管道有一定的散热性能；电缆、信号传输线、吊索均由其相应的卷盘和伺服器组成并与其他管汇系统同步，电缆分为交流电缆和直流脉冲电缆，交流电缆与井下钻孔扩孔固井智能执行器内的无线充电装置相连；直流脉冲电缆直接与井下钻孔扩孔固井智能执行器内的钻井执行段的离子体发生器和熔融固井或扩孔段的离子体发生器相连；信号传输线与井下钻孔扩孔固井智能执行器内的无线传输中央处理器相连；吊索与井下最末端公共接头固连，每隔一定距离有与吊索固连的公共接头，所有管汇系统及所含物料、电缆、信号传输线的重量全部由吊索承载；公共接头为在地下钻孔的井管内用来连接所有管道、电缆、信号线、吊索等的公共接头，所有接头均可自动拆接；管汇系统集成外保护层及缠绕设备包括：管汇系统集成外保护层、3D打印机系统集成上方的收口器、卷材缠绕伺服器、缠绕转盘、硅酸铝针刺毯卷材；硅酸铝针刺毯卷材为耐高温、韧性好、抗拉强度高、绝缘的卷材，收口器是在缠绕设备上方的，按照各种管道、电缆、信号线、吊索等按照各自的排列方位，随着钻进，对管汇系统集成进行收拢、收紧的装置，3D打印机打印的井管和管汇系统集成居于转盘中心位置，根据钻井的速度，在自动智能转盘伺服器的带动下，转动转盘，同时在卷材缠绕伺服器的作用下，硅酸铝针刺毯等卷材自动随钻进速度缠绕管汇系统集成，并收紧、包紧，成为管汇系统集成保护层；管汇系统集成在井下钻孔扩孔固井智能执行器内部段，封装在井下钻孔扩孔固井智能执行器内部的筒状管道内；所有管汇系统在卷盘两侧接头顺序为：当续接管道时，先关停送料、送气或抽送设备等出口阀门，再关闭钻井侧阀门，断开管道连接；换上新的管道卷盘，依次连接卷盘两侧接头并开启卷盘两侧阀门，最后开启送气、送料、抽送设备阀门，进行正常钻井施工，以上操作均为相应的机器人操作。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：井下钻孔扩孔固井智能执行器包括：外壳、钻井执行器离子体或激光或电子束或核子等高温高压钻井执行段，抽送系统吸入段，3D打印封堵段，离子体熔融喷涂固井或扩孔段、中央处理器、信息采集储存处理、电源、信号线及各种探测设备装配段、井管基础段、光源；外壳由真空或绝热层和冷却保护层系统、底部钨合金喷嘴、高压空气喷嘴构成；真空或绝热层和冷却保护层，二者紧密相连且与整个井下钻孔扩孔固井智能执行器内部的垂直筒状管道连为一体，二者由大小不一的若干个连为一体的圆桶组成，上端有与其连为一体的盖，其形状一致；冷却保护层系统，由制冷设备、冷媒供管、冷媒回管、装配段的立方体冷媒腔、封堵段和熔融固井或扩孔段的立方体冷媒腔、抽送系统吸入段和钻井执行段的立方体冷媒腔以及其进出接管组成；冷却保护层的内腔为通入的低温冷媒；在装配段冷媒腔的上方或其内部，从冷媒供管引入支管与靠近冷媒供管的位置与装配段冷媒腔联通，冷媒充满整个腔体；在装配段冷媒腔底部靠近冷媒供管位置有冷媒回管和立方体冷媒腔底部联通的支管；在装配段冷媒腔底部下面的供管与封堵段和熔融固井或扩孔段顶部有可伸缩的与封堵段和熔融固井或扩孔段冷媒腔联通的供冷媒支管；在封堵段和熔融固井或扩孔段内部底部靠近冷媒回管的位置有与回管和封堵段和熔融固井或扩孔段冷媒腔联通的可伸缩的回流支管，可伸缩的供冷媒支管、回流支管耐超低温、超高压；在抽送系统吸入段和钻井执行段顶部上方，靠近冷媒供管，有冷媒供管与封堵段和熔融固井或扩孔段冷媒腔联通的供冷媒支管；在抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔内部底部有冷媒回管与抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔联通的冷媒回流支管或回管与抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔底部直接联通；冷媒供管和回管均在位于井下钻孔扩孔固井智能执行器中心位置的筒状管道内；冷媒供管下端到抽送系统吸入段和钻井执行段顶部，冷媒回管到抽送系统吸入段和钻井执行段冷媒腔底部；外壳的设备装配段侧面合适位置开有若干孔洞，用于装配各种元器件、电源及探测设备，同时，对应的孔洞安装有耐高温保温密封盖；在外壳各个段的侧面或顶端或下端安装有各种无线传感器及全景摄像头，各种无线传感器及全景摄像头安装在与冷媒腔相连的筒状的热管内，热管内侧与冷媒腔密封相连，热管外侧穿过真空层；热管内侧即冷凝端略向上倾斜；井下钻孔扩孔固井智能执行器离子体或激光或电子束或核子等高温高压钻井执行段包括：离子体发生器系统或激光或电子束或核子等高温系统、高压空气系统、各种无线传感器及全景摄像头；所述的离子体发生器系统包括：若干个离子体发生器及其冷却系统、直流脉冲电源、离子体工作气体、各种传感器；离子体发生器由热管阴极、筒状阳极、阴极阳极绝缘绝热支架、喷嘴、切向离子体工作气体通入管道及通道、直流脉冲电源组成；热管阴极由热管冷凝端、热管璧、热管芯、蒸发端组成；热管的蒸发端采用钨或其他耐高温耐烧灼的金属或合金制造，热管阴极镶嵌在热管蒸发端端且呈圆锥状，热管阴极、阳极由铜或其他金属或合金制得；热管阴极冷凝端有绝缘涂层，阳极为筒状，热管阴极、阳极通过绝缘支架分别与上下冷却腔的外壳固连，阳极一侧合适位置有小孔，以便直流脉冲电源与阴极连接；离子体发生器系统的冷却系统的冷源，采用冷却保护系统中的抽送系统吸入段和钻井执行段的立方体冷媒腔的冷媒；钻井执行段冷媒腔底部平面有若干凹槽，热管阴极冷凝端穿过钻井执行段冷媒腔的底部并浸入凹槽的冷媒中，阳极一侧或两侧有通入离子体工作气体的管道，阳极与热管阴极组成的环柱型腔道为离子体工作气体通道，阳极的下口为离子体喷嘴，外壳最底面的离子体、高压空气喷射管道及喷嘴穿过底部冷却层和真空层，离子体喷嘴、高压空气喷嘴呈均匀分布，且最外侧呈圆周离子体喷嘴均以一定角度向外侧喷射，喷射的离子束为喇叭口形状，外壳最底面安装有无线全景摄像头、无线红外线测距仪；抽送系统吸入段即泥水岩屑等及其混合物抽送系统与井下钻孔扩孔固井智能执行器连为一体的吸入装置；3D打印封堵段由真空绝热、冷却保护系统、智能升降或进退系统、智能旋转系统、可伸缩外罩、管道、可伸缩管道、喷嘴、封堵管道无线充电电动流量调节阀、各类无线传感器、全景摄像头组成；3D打印封堵段的真空绝热、冷却保护系统为一个相对独立的系统，为空心圆柱体，可智能升降和旋转，其冷媒供管和冷媒回流管可伸缩，伸缩的长度与升降高度、旋转长度一致；智能升降系统由抽送段外壳、位于抽送段外壳内的若干升降或进退无线充电电机或无线充电伺服器、升降或进退支架、托盘组成；无线充电升降或进退电机或无线充电伺服器位于抽送段外壳上底面并固定，其传动采用齿轮或液压传动；支架下端与升降或进退电机或伺服器固连，支架上端与托盘连接，中间穿过抽送段外壳并可上下移动或整个井下钻孔扩孔固井智能执行器水平放置时能前后移动；智能旋转系统由位于托盘上平面的圆环形导轨、位于封堵段外壳底面的若干无线充电驱动电机或无线充电伺服器及其传动机构、若干下端可自由滑动上端与外壳底面固定的支架、封堵段外壳中空圆柱体外侧面与筒装管道之间的轴承组成；无线充电驱动电机或无线充电伺服器与封堵段外壳底面固定，通过齿轮或带或其他方式传动使支架下端及整个封堵段和离子体熔融喷涂固井段，沿托盘上面的圆环形导轨自由旋转；可伸缩外罩为圆筒状，分为上可伸缩外罩和下可伸缩外罩，下可伸缩外罩其下端与抽送段顶面周边固连，其上端与封堵段下底面周边以若干可沿圆周滑动吊环紧密连接；上可伸缩外罩其下端与封堵段和离子体熔融喷涂固井段外壳上底面周边，以若干可沿圆周滑动吊环紧密连接，其上端与封装段外壳下底面固连；封堵段和离子体熔融喷涂固井或扩孔段共用一个外壳，在封堵段和离子体熔融喷涂固井段外壳顶面至装配段下底面的封堵管道为可伸缩耐高温、高压管道；在封堵段外壳内腔的水平封堵管道的合适位置，安装有无线充电电动流量调节阀，水平封堵管道最外侧为封堵材料喷嘴；离子体熔融喷涂固井或扩孔段，由真空绝热、冷却保护系统、智能升降或进退系统、智能旋转系统、可伸缩外罩、若干离子体发生器系统或离子体喷涂系统、各类无线传感器、全景摄像头组成；离子体熔融喷涂固井或扩孔段与封堵段紧密连为一体且共用一个绝热冷却保护系统、智能升降或进退系统、智能旋转系统、可伸缩外罩，其冷源是封堵段和离子体熔融喷涂固井或扩孔段顶部冷却腔的冷媒，当为离子体喷涂系统时为常见离子体喷枪；离子体发生器或离子体喷涂枪为圆弧形，其上端与离子体熔融喷涂固井或扩孔段与封堵段的外壳顶部底面固定连接，其下端即喷嘴呈水平穿过外壳并与外壳密封固连；若干个喷嘴组成一个圆环形喷嘴线；离子体工作气体管道、直流脉冲电源线在装配段外壳下面和离子体熔融喷涂固井段外壳上面之间的空隙具有可伸缩性，可伸缩的长度满足封堵段和离子体熔融喷涂固井段上下升降、正反旋转180度的需求；信息采集储存处理、电源、信号线及各种探测设备装配段包括：由外壳组成的腔体、信息采集储存处理器及其传输信号线、电源及其无线充电装置、各种探测设备；外壳组成的圆筒状腔体，其外侧开有若干个适宜的孔洞，用于安装各类元器件、设备，且有相应的绝热密封盖；井管基础段包括：与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的公共接头、基础井管；电源线、传输线通过预留的筒状孔洞与公共接头连接；所有与公共接头连接的上接头为电磁控制可自动拔出的接头；基础井管，为与井下钻孔扩孔固井智能执行器一体的井管，基础井管其下部直接与井下钻孔扩孔固井智能执行器上端连为一体且密封；当井管为单管时，其底部与井下钻孔智能执行器最上端连接处合适位置开有N个圆孔或方孔；当井管为套管时，其内管底部与井下钻孔智能执行器上端连接处上面开有N个圆孔或方孔；且内管外管下端均与井下钻孔扩孔固井智能执行器上端连为一体并密封，内外管之间的空腔通过内管底部孔洞与内管腔连通，且外管顶部侧面开有孔洞；光源，为在井下钻孔扩孔固井智能执行器的壳体或内部安装的有线或无线LED强光源，用于井下摄像头或内部照明且具有自清洁功能。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：智能控制处理中心包括：地面3D打印机系统集成、冷却保护系统、泥水岩屑等及其混合物抽送系统、智能井管升降固定系统、管汇系统集成、井下钻孔扩孔固井智能执行器的智能控制系统；每个智能控制系统都有自己独立的控制液晶显示系统且受中央智能控制中心控制并显示。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：所有地下设备、功能段、管汇均安装有相应功能的无线传感器和无线全景摄像头，地面设备、功能段、管汇均安装有相应功能的无线或有线传感器和全景摄像头，并将采集的各类信息传送至中央智能控制中心；所述的传感器、摄像头等元器件都安装在筒状热管内并密封，筒状热管由冷凝端、热管外侧面、热管内侧面、热管芯、热管蒸发端组成；筒状热管穿过真空绝热层到达冷却腔内侧面且密闭；在热管式摄像头外侧面安装有中空的圆环，圆环截面为方形，圆环的内侧面有若干向摄像头镜面倾斜的放气小孔，圆环的外侧接入通气小管Ⅰ和通气小管Ⅱ，两个通气小管之间安装有微型无线充电、耐高压常闭型电磁气阀及识别传感器、自动控制模块，通气小管Ⅱ与高压气体管道联通。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：所述的钻井过程为把井下钻孔扩孔固井智能执行器放在钻孔位置，与管汇系统集成下端接头对接，钻孔扩孔固井智能执行器的基础井管上端插入至模具再熔段顶部，由智能井管升降固定系统对其夹紧固定；开启3D打印喷头Ⅱ，对基础井管顶端的金属断面再熔，当金属断面熔融后，自动关闭3D打印喷头Ⅱ，开启3D打印喷头Ⅰ进行金属液体喷射，即打印井管；同时，模具冷却系统及井下冷却系统、井下钻孔扩孔固井智能执行器均自动开启进行钻井，管汇系统集成、泥水岩屑等及其混合物抽送系统随钻进也自动开启；随着钻进，智能井管升降固定系统交替升降对井管夹紧固定；当钻进一定深度，需要续接各种管道、电缆、信号线、吊索时，由续接机器人自动换接，抽送系统抽出的水蒸气、泥土岩屑等及其混合物由地面处理设备进行无害化处理并清运。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：在地球深部高温300—1000℃环境下实施垂直或水平钻孔，当实施水平钻孔时，将井下钻孔扩孔固井智能执行器水平放置，并在井下钻孔扩孔固井智能执行器的装配段的内腔和抽送段上方内腔加装驱动电机或伺服器以及传动机构并密封绝热，行进方式以轮式或履带式或步行式前进或后退。
如权利要求1所述的3D打印离子体智能莫霍井钻井完井方法，其特征在于：当在大洋及深海海底钻井时，所述的钻井平台为海上钻井平台，在海上钻井平台上，根据钻孔的直径，先下一个直达海底面以下一定深度的套管，然后按陆地方法开始钻井。