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高温热液分裂辅助钻机

阅读：643发布：2020-07-22

专利汇可以提供高温热液分裂辅助钻机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且高温热液分裂辅助钻机，提供了一种利用高温热液使岩石自行分裂这一原理的深层地热钻探钻机，包括钻头、钻头台和钻杆，所述钻头和钻头台位于钻杆的下端，钻头安装在钻头台上，所述钻头、钻杆和钻头台为中空结构，钻头台内设置有反应室，钻头表面设置有喷焰口，所述喷焰口与反应室连通，钻杆内设有管道，与反应室连通。本发明利用超临界水的特性使岩层由温度梯度过大而破裂，破解岩层的硬度，利用阿基米德螺旋的原理，将岩石碎片带出钻井，本发明能快速的钻透硬度很高的岩层，避免频繁更换钻头带来的时间和经济损失。，下面是高温热液分裂辅助钻机专利的具体信息内容。

权利要求

1.高温热液分裂辅助钻机，包括钻头、钻头台和钻杆，所述钻头和钻头台位于钻杆的下端，钻头安装在钻头台上，其特征在于，所述钻头、钻杆和钻头台为中空结构，钻头台内设置有反应室，反应室内设有加热装置，钻头表面设置有喷焰口，所述喷焰口与反应室连通，钻杆内设有管道，与反应室连通。
2.根据权利要求1所述的高温热液分裂辅助钻机，其特征在于，所述钻杆的中空结构为双层套管结构，包括运输水和燃料的混合物的内层管道和运输氧气的外层管道。
3.根据权利要求1所述的高温热液分裂辅助钻机，其特征在于，所述钻杆的中空结构与反应室的连接处设置有单向阀门。
4.根据权利要求1所述的高温热液分裂辅助钻机，其特征在于，所述加热装置为加热点火电阻，设置在反应室内侧壁。
5.根据权利要求1所述的高温热液分裂辅助钻机，其特征在于，所述反应室与钻头的连接处设置有压力调节阀。
6.根据权利要求1所述的高温热液分裂辅助钻机，其特征在于，所述喷焰口有若干个，均匀分布在钻头的表面，所述钻头表面上设置有可更换的合金齿，合金齿均匀分布在钻头表面。
7.根据权利要求1所述的高温热液分裂辅助钻机，其特征在于，所述钻杆的外表设置有与井壁形成阿基米德螺旋的螺旋结构。
8.根据权利要求1所述的高温热液分裂辅助钻机，其特征在于，所述钻头台的反应室与钻头采用的材料是以金属基添加碳化物和氮化物的合金。
9.根据权利要求8所述的高温热液分裂辅助钻机，其特征在于，所述金属基为铬、镍、钨、钽、铼、铪、钴、钛中一种或几种的合金，所述碳化物为碳化钨、碳化钽、碳化铌中的一种，所述氮化物为氮化钨、氮化钽中的一种。

说明书全文

高温热液分裂辅助钻机

技术领域

[0001] 本发明涉及钻探领域，具体为一种用于深层地热钻探的钻机。

背景技术

[0002] 随着社会的发展，自然能源的环保高效利用成为社会新的热点，地热因其分布广泛、能量高、开采简单方便、使用无污染等优点而成为能源业的新秀。地热能有一个特点：蕴藏越深，开发潜力就越大。然而，如果采用传统的旋转钻井技术开采地热能，随着地热井深度的增加，成本会呈指数上涨。

[0003] 按照传统的钻头进行钻探时，钻头遇到地下坚硬、干燥的岩层时，往往会出现钻不动的情况，这会对钻头造成极大的摩擦消耗，钻头很快就会损毁，有的钻探工程会因为该岩层无法穿透为放弃。这些岩层通常位于地下3公里甚至更深的位置，岩层下面就是极其丰富的地热资源。

[0004] 现有的钻探技术都是采用冷钻头硬摩擦来穿透岩层，面对硬度过高的岩层时往往无法钻进，只有更换硬度更高的钻头来重新钻进，但对于有些岩层而言，采用金刚石钻进也有着不小的困难。

发明内容

[0005] 本发明所解决的技术问题在于提供一种高温热液分裂辅助钻机，以解决上述背景技术中的缺点。

[0006] 本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：高温热液分裂辅助钻机，是一种利用高温热液使岩石自行分裂这一原理的钻机，包括钻头、钻头台和钻杆，所述钻头和钻头台位于钻杆的下端，钻头安装在钻头台上，所述钻头、钻杆和钻头台为中空结构，钻头台内设置有反应室，反应室内设有加热装置，钻头表面设置有喷焰口，所述喷焰口与反应室连通，钻杆内设有管道，与反应室连通。

[0007] 所述钻杆的中空结构为双层套管结构，包括运输水和燃料的混合物的内层管道和运输氧气的外层管道，所述水和燃料的混合物与氧气在反应室内混合，燃料和氧气在水形成的超临界水中燃烧。

[0008] 所述钻杆的中空结构与反应室的连接处设置有单向阀门，保证反应室内高压的同时防止回流。

[0009] 所述加热装置为加热点火电阻，设置在反应室内侧壁，能够对反应室进行加热，反应室与钻头的连接处设置有压力调节阀，用于对反应室内的压力进行调节，保持反应室内的高温高压环境。

[0010] 所述喷焰口有若干个，均匀分布在钻头的表面，所述钻头表面上设置有可更换的合金齿，合金齿均匀分布在钻头表面。

[0011] 所述钻杆的外表设置有与井壁形成阿基米德螺旋的螺旋结构，将钻头处的碎石带出钻井。

[0012] 所述钻头台的反应室与钻头采用的材料是以金属基添加碳化物和氮化物的合金，其中金属基为铬、镍、钨、钽、铼、铪、钴、钛中一种或几种的合金，碳化物为碳化钨、碳化钽、碳化铌中的一种，氮化物为氮化钨、氮化钽中的一种，碳化物和氮化物能有效的抵抗超临界水对材料的腐蚀，整体材料硬度高、抗高温、耐腐蚀、抗强冲击，保证钻头能承受高温，保证反应室的高温高压环境。

[0013] 在所述钻杆的上端，设有井上设施，包括电控部分、动力部分和配料部分，配料部分根据实际需要来配比燃料、氧气和水，动力部分带动钻杆的旋转，并给水、燃料和氧气提供必要的压力，电控部分对整体进行调节和控制。

[0014] 在本发明中，采用超临界水来作为溶剂，超临界水是在374.3℃和22.05MPa的环境时，因高温而膨胀的水的密度与因高压而压缩的水蒸气的密度相当，形成的一种特殊状态下的水，此时的水没有气态和液态的相态区别，具有极强的辅助氧化能力和溶解能力，能够与氮气、氧气等无极性气体以任意比例混合，可以与乙醇等物质混合；许多物质都可以在其中燃烧，冒出火焰；与氧气和过氧化氢混合，能够发生氧化的链式反应，具有极强的氧化性等。

[0015] 在本发明中，所选的燃料可选为乙醇，乙醇和氧气在超临界水的状态下，于450℃自燃，放出大量的热，同时将来自中空结构的水通过高温高压形成更多的超临界水，高温高压状态的超临界水配合燃料自燃的火焰，从反应室内冲出钻头，冲击在岩层上，使岩层的表面迅速升温，进而使整个岩层产生明显的温度梯度，此时岩层表面会因热膨胀而破裂，形成大量毫米级的圆盘状岩石碎片，钻头在这些已经初步碎裂的岩层中钻探会容易的多，岩石的碎片也会随着流体在阿基米德螺旋的带动下被送到离地面较近的地方。岩石的温度梯度越大，开采钻探的速度就会越快。

[0016] 有益效果：在本发明中，利用超临界水的特性使岩层由温度梯度过大而破裂，破解岩层的硬度，利用阿基米德螺旋的原理，将岩石碎片带出钻井，本发明能快速的钻透硬度很高的岩层，避免频繁更换钻头带来的时间和经济损失。附图说明

[0017] 图1为本发明的结构示意图。

[0018] 图中：钻杆1、单向阀门2、钻头台3、反应室4、压力调节阀5、钻头6、喷焰口7、合金齿8、加热点火电阻9。

具体实施方式

[0019] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

[0020] 参见图1的高温热液分裂辅助钻机的钻头6、钻头台3和钻杆1的结构，所述钻头6和钻头台3位于钻杆1的下端，钻头6安装在钻头台3上，所述钻头6、钻杆1和钻头台3为中空结构，钻头台3内设置有反应室4，钻头6表面设置有喷焰口7，所述喷焰口7与反应室4连通，钻杆1内设有管道，与反应室4连通；所述钻杆1的中空管道与反应室4的连接处设置有单向阀门2；所述反应室4内设有加热点火电阻9，反应室4与钻头6的连接处设置有压力调节阀5；
所述钻杆1的中空管道为双层套管结构，内层管道运输水和燃料的混合物，外层管道运输氧气，所述水和燃料的混合物与氧气在反应室4内混合，燃料和氧气在水形成的超临界水中燃烧。

[0021] 所述喷焰口7有若干个，均匀分布在钻头6的表面，所述钻头6表面上设置有可更换的合金齿8，合金齿8均匀分布在钻头6表面。

[0022] 所述钻杆1的外表设置有与井壁形成阿基米德螺旋的螺旋结构，将钻头处的碎石带出钻井。

[0023] 在所述钻杆的上端，设有井上设施，包括电控部分、动力部分和配料部分，配料部分根据实际需要来配比燃料、氧气和水，动力部分带动钻杆的旋转，并给水、燃料和氧气提供必要的压力，电控部分对整体进行调节和控制。

[0024] 本发明在钻探时，钻头6、钻头台3和钻杆1在动力部分的带动下旋转，高温高压的燃料与氧气在超临界水的环境下自燃，放出大量的热，同时将来自中空管道的水通过高温高压形成更多的超临界水，高温高压状态的超临界水配合燃料自燃的火焰，从反应室4内冲出钻头6，冲击在岩层上，使岩层表面的岩石由过大的温度梯度而破裂，此时钻头6即可轻易穿透这部分岩层，源源不断的重复这个过程，即能快速的钻透硬度很高的岩层。

[0025] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

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