專(zhuān)利名稱(chēng)：高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是空氣鉆井技術(shù)，具體涉及的是高溫高壓空氣噴射破巖 鉆井的方法及裝置。
背景技術(shù)：
鉆井技術(shù)是以挖、墩、鉆的方法開(kāi)采鹽液地下水、煤炭和油氣資源為目 的的方法及技術(shù)，現(xiàn)已延續(xù)上千年的歷史了。而以鉆桿、金剛鉆頭和以水基為介質(zhì)循環(huán)冷卻 排屑方法的鉆井技術(shù)也有百年的歷史了。盡管近些年來(lái)發(fā)展起來(lái)的空氣鉆井技術(shù)從費(fèi)用和 鉆速都有所降低和提高，而設(shè)備龐大，鉆井費(fèi)用居高不下，鉆進(jìn)深度已經(jīng)局限在12000米左 右，已無(wú)法提高鉆進(jìn)深度，停滯不前。而以高溫高壓空氣為循環(huán)介質(zhì)傳遞動(dòng)能及熱能?chē)娚淦?巖的方法及技術(shù)裝置，堪稱(chēng)一場(chǎng)鉆井技術(shù)的革命。它將以無(wú)鉆桿、無(wú)鉆頭的方式展現(xiàn)在人們 的眼前，為大力開(kāi)發(fā)地球深部萬(wàn)米以下的干熱巖石漿體中上千度巨大高品位熱能資源奠定 了技術(shù)保障，為改變能源結(jié)構(gòu)，利用、開(kāi)發(fā)綠色環(huán)保型(地?zé)?資源開(kāi)辟了新的技術(shù)通道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法，此方法 用于解決常規(guī)鉆井技術(shù)鉆進(jìn)深度局限在12000米的問(wèn)題，本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這種 高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法使用的裝置。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是這種高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的 方法將空氣加壓到20兆帕以上，經(jīng)傳輸管道進(jìn)入高壓空氣加熱噴射槍或火焰噴射器，成為 高溫高壓氣體后，高速射向巖石，使巖石的上表層迅速升溫，產(chǎn)生明顯的溫度梯度，溫度差 以隨之而來(lái)的線性熱膨脹使巖石破裂產(chǎn)生裂縫，高速射向巖石的熱氣流將產(chǎn)生的裂縫的巖 石剪切破碎成碎片；碎片隨著傳輸管道外圈與井下套管壁間或井壁間形成的環(huán)型空間，在 高速上升的熱氣流攜帶下經(jīng)通道之間無(wú)數(shù)次的碰撞，形成微小粉末及空氣混合體升向地表 排出。上述方案中高壓空氣加熱噴射槍將高壓氣體的溫度加熱到1500度至2000度之 間，形成高溫高壓氣體。上述方案中火焰噴射器點(diǎn)燃后火焰溫度可達(dá)到2000度以上。上述高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法使用的裝置包括空氣壓縮機(jī)、增壓機(jī)、液 壓升降機(jī)架、氣電輸送管、鉆井平臺(tái)、高壓空氣加熱噴射槍或火焰噴射器、排泄管，空氣壓縮 機(jī)連接增壓機(jī)，再通過(guò)輸氣軟管連接至氣電輸送管，氣電輸送管向下伸入井下套管中，氣電 輸送管連接高壓空氣加熱噴射槍或火焰噴射器；液壓升降機(jī)架控制氣電輸送管的升降，液 壓升降機(jī)架安裝在鉆井平臺(tái)上，氣電輸送管與井下套管壁間或井壁間的環(huán)形空間與地面上 的排泄管連接。上述方案中高壓空氣加熱噴射槍由槍體、噴頭、電加熱組件構(gòu)成，槍體的頭部為噴 頭，槍體由絕緣板制成，電加熱組件排列在槍體內(nèi)，槍體的長(zhǎng)度在6米以上，以保證將高壓 氣體的溫度加熱到1500度至2000度之間。上述方案中火焰噴射器通過(guò)油氣輸送管與油氣儲(chǔ)罐連接，油氣輸送管上安裝調(diào)節(jié) 閥和油泵，用于控制油氣的流量及油氣的輸送，從而調(diào)節(jié)火焰的溫度。上述方案中的排泄管連接引風(fēng)機(jī)，用于將微小粉末及空氣混合體抽出。有益效果
3
1、本發(fā)明是利用空氣為介質(zhì)傳遞動(dòng)能和熱能的方法，將深埋地表下高溫堅(jiān)硬的巖 石通過(guò)噴射剪切高溫分解破碎巖石，在高硬度、高溫度的萬(wàn)米環(huán)境下能夠繼續(xù)向下鉆進(jìn)，可 開(kāi)采地下上千度高品位熱能資源。2、因?yàn)闅怏w高溫高壓會(huì)使巖石破裂分解，本發(fā)明中噴頭與巖石沒(méi)有機(jī)械接觸，采 用這種方法鉆進(jìn)地?zé)峋?，深度越深時(shí)，成本會(huì)成線性降低，能耗會(huì)隨地下巖石溫度升高而 降低，氣體壓裂有增高實(shí)現(xiàn)高深度、降低鉆井成本的目的。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中氣電輸送管及電纜連接關(guān)系的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1中高壓空氣加熱噴射槍的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是圖4中氣電輸送管及電纜連接關(guān)系的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖4中火焰噴射器的結(jié)構(gòu)示意圖。1空氣壓縮機(jī)、2增壓機(jī)、3氣電輸送管、4高壓空氣加熱噴射槍、5火焰噴射器、6液 壓升降機(jī)架、7鉆井平臺(tái)、8井下套管、9排泄管、10槍體、11噴頭、12電加熱組件、13油氣輸 送管、14油氣儲(chǔ)罐、15引風(fēng)機(jī)、16點(diǎn)火器、17油氣噴頭、18火線、19燃燒腔、20封口器、21平 盤(pán)卡盤(pán)、22膠芯、23絕緣支撐件、24外接電源線、25輸氣軟管、26電纜耦合器、27連接管箍、 28零線、29變壓器、30輸電電纜、31井壁
具體實(shí)施例方式結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例1 由于空氣可以直接從周?chē)h(huán)境中獲取，這種高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法通 過(guò)多組空氣壓縮機(jī)1及增壓機(jī)2，使空氣壓力增壓到20兆帕至30兆帕后，經(jīng)傳輸管道進(jìn)入 高壓空氣加熱噴射槍4加熱后，高溫高壓氣體的溫度可加熱到1500度至2000度之間，通過(guò) 加熱槍噴頭11高速射向巖石，巖石遇到如此高溫高壓高速的熱氣體流，會(huì)導(dǎo)致巖石其上表 層迅速升溫，使這個(gè)巖石產(chǎn)生明顯的溫度梯度，溫度差會(huì)以隨之而來(lái)的線性熱膨脹使巖石 破裂，同時(shí)在高壓高速熱氣流噴射的作用下，巖石上表層的膨脹導(dǎo)致天然裂縫的形成，沿井 底平面方向剪應(yīng)力的形成，促使有利于剪切破碎。在高溫梯度地帶巖石會(huì)迅速分裂分解產(chǎn) 生直徑幾毫米的圓盤(pán)似巖石碎片，這些碎片會(huì)隨著氣電輸送管3外圈與井下套管8間或井 壁31間形成的環(huán)型空間，在高速上升的熱氣流攜帶下經(jīng)通道之間無(wú)數(shù)次的碰撞，形成微小 粉末及空氣混合體升向地表排出，為了使微小粉末及空氣混合體提升的快，排出效果更好， 采用與排泄管9連接引風(fēng)機(jī)15的方法將它們抽出；上述碎片排出的環(huán)形空間從下到上有二 部分構(gòu)成，即氣電輸送管3外圈與井壁31間形成的環(huán)形空間和氣電輸送管3外圈與井下套 管8間形成的環(huán)形空間。圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，該裝置包括空氣壓縮機(jī)1、 增壓機(jī)2、液壓升降機(jī)架6、氣電輸送管3、鉆井平臺(tái)7、高壓空氣加熱噴射槍4、排泄管9，空 氣壓縮機(jī)1連接增壓機(jī)2，空氣壓縮機(jī)1和增壓機(jī)2分別連接有控壓閥門(mén)，再通過(guò)輸氣軟管25連接至氣電輸送管3，氣電輸送管3向下伸入井下套管8中，氣電輸送管3連接高壓空氣 加熱噴射槍4，高壓氣體經(jīng)輸氣軟管25進(jìn)入氣電輸送管3，再進(jìn)入高壓空氣加熱噴射槍4加 熱，成為高溫高壓氣體后，被高速?lài)娚湎驇r石；液壓升降機(jī)架6控制氣電輸送管3的升降，液 壓升降機(jī)架6安裝在鉆井平臺(tái)7上，氣電輸送管3與井下套管8壁之間或井壁31的環(huán)形空 間與地面上的排泄管9連接，排泄管9連接引風(fēng)機(jī)15。氣電輸送管3的上端用封口器20密 封，氣電輸送管3在井口部位通過(guò)平盤(pán)卡盤(pán)21固定在鉆井平臺(tái)7上，氣電輸送管3中每隔 一段距離通過(guò)絕緣支撐件23將火線及零線固定，火線18及零線28是由與變壓器29連接 的輸電電纜30伸入到氣電輸送管3中形成，火線18及零線28連接至高壓空氣加熱噴射槍 4，井口采用膠芯22密封。參閱圖2，氣電輸送管3通過(guò)連接管箍27連接起來(lái)，火線18和零線28分別通過(guò)電 纜耦合器26連接起來(lái)，電纜耦合器26通過(guò)固定在絕緣支撐件上，絕緣支撐件固定在氣電輸 送管3上。參閱圖3，高壓空氣加熱噴射槍4由槍體10、噴頭11、電加熱組件12構(gòu)成，槍體10 的頭部為噴頭11，槍體10由絕緣板制成，電加熱組件12排列在槍體10內(nèi)，槍體10的長(zhǎng)度 在6米以上。實(shí)施例2 這種高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法將空氣加壓到20兆帕以上，經(jīng)傳輸管道 進(jìn)入火焰噴射器5，火焰噴射器5點(diǎn)燃后火焰溫度可達(dá)到2000度以上，高溫高壓氣體高速射 向巖石，使巖石的上表層迅速升溫，產(chǎn)生明顯的溫度梯度，溫度差以隨之而來(lái)的線性熱膨脹 使巖石破裂產(chǎn)生裂縫，高速射向巖石的熱氣流將產(chǎn)生的裂縫的巖石剪切破碎成碎片；碎片 隨著傳輸管道外圈與氣電輸送管3外圈與井下套管8間或井壁31間形成的環(huán)型空間，在高 速上升的熱氣流攜帶下經(jīng)通道之間無(wú)數(shù)次的碰撞，形成微小粉末及空氣混合體升向地表排 出o圖4是本發(fā)明實(shí)施例2的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，該裝置包括空氣壓縮機(jī)1、增 壓機(jī)2、液壓升降機(jī)架6、氣電輸送管3、鉆井平臺(tái)7、火焰噴射器5、排泄管9，多組大排量空 氣壓縮機(jī)1連接增壓機(jī)2，空氣壓縮機(jī)1和增壓機(jī)2分別連接有控壓閥門(mén)，再通過(guò)輸氣軟管 25連接至氣電輸送管3，氣電輸送管3向下伸入井下套管8中，氣電輸送管3連接火焰噴射 器5，火焰噴射器5通過(guò)油氣輸送管13與油氣儲(chǔ)罐14連接，油氣輸送管13上安裝調(diào)節(jié)閥和 油泵；液壓升降機(jī)架6控制氣電輸送管3的升降，液壓升降機(jī)架6安裝在鉆井平臺(tái)7上，氣 電輸送管3外圈與井下套管8間或井壁31間形成的環(huán)型空間與地面上的排泄管9連接，排 泄管9連接引風(fēng)機(jī)15 ；氣電輸送管3的上端用封口器20密封，外接電源線24穿過(guò)封口器 20密封，從氣電輸送管3中甩出，氣電輸送管3在井口部位通過(guò)平盤(pán)卡盤(pán)21固定在鉆井平 臺(tái)7上，氣電輸送管3中每隔一段距離通過(guò)絕緣支撐件23將油氣輸送管13及外接電源線 24固定，井口采用膠芯22密封。參閱圖5，氣電輸送管3通過(guò)連接管箍27連接起來(lái)，火線通過(guò)電纜耦合器26連接 起來(lái)，油氣輸送管13也通過(guò)電纜耦合器26連接，電纜耦合器26通過(guò)固定在絕緣支撐件上， 絕緣支撐件固定在氣電輸送管3上。參閱圖6，火焰噴射器5的點(diǎn)火器16與火線連接，點(diǎn)火器16和油氣噴頭17被分別 固定在氣電輸送管3上，油氣噴頭17的下方是燃燒腔19。
本發(fā)明井下設(shè)備部件采用鎢鋼耐高溫材質(zhì)制備，鉆井深度能夠向12000米以下深 度進(jìn)行，甚至達(dá)到干熱巖石30000米以下的深度，而鉆井直徑達(dá)1米以上。如果采用傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)，例如挖掘一個(gè)深度10公里的干熱巖地?zé)峋杀拘?6000多萬(wàn)美元，按照地下每百米深度，平均溫度梯度為3到5度測(cè)算，按每百米最低3度 三萬(wàn)米就是900度，而現(xiàn)有的金剛石鉆頭耐溫度在400 500度之間，這樣的深度和高溫環(huán) 境是現(xiàn)有鉆井技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。然而如果采用本發(fā)明，因?yàn)闅怏w高溫高壓會(huì)使巖石破裂分 解，因此噴頭與巖石不會(huì)有機(jī)械接觸，如果采用這種方法鉆進(jìn)地?zé)峋诘脑挘疃仍缴顣r(shí)， 成本只會(huì)成線性降低，能耗會(huì)隨地下巖石溫度升高而降低。
權(quán)利要求
一種高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法，其特征在于這種高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法將空氣加壓到20兆帕以上，經(jīng)傳輸管道進(jìn)入高壓空氣加熱噴射槍(4)或火焰噴射器(5)，成為高溫高壓氣體后，高速射向巖石，使巖石的上表層迅速升溫，產(chǎn)生明顯的溫度梯度，溫度差以隨之而來(lái)的線性熱膨脹使巖石破裂產(chǎn)生裂縫，高速射向巖石的熱氣流將產(chǎn)生的裂縫的巖石剪切破碎成碎片；碎片隨著傳輸管道外圈與井下套管(8)壁間或井壁(31)間形成的環(huán)型空間，在高速上升的熱氣流攜帶下經(jīng)通道之間無(wú)數(shù)次的碰撞，形成微小粉末及空氣混合體升向地表排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法，其特征在于所述的高 壓空氣加熱噴射槍(4)將高壓氣體的溫度加熱到1500度至2000度之間，形成高溫高壓氣 體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法，其特征在于所述的火 焰噴射器(5)點(diǎn)燃后火焰溫度可達(dá)到2000度以上。
4.一種權(quán)利要求1或2或3所述的高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法使用的裝置，其 特征在于它包括空氣壓縮機(jī)(1)、增壓機(jī)(2)、液壓升降機(jī)架(6)、氣電輸送管(3)、鉆井平 臺(tái)(7)、高壓空氣加熱噴射槍(4)或火焰噴射器(5)、排泄管(9)，空氣壓縮機(jī)(1)連接增壓 機(jī)(2)，再通過(guò)輸氣軟管(25)連接至氣電輸送管(3)，氣電輸送管(3)向下伸入井下套管 ⑶中，氣電輸送管⑶連接高壓空氣加熱噴射槍⑷或火焰噴射器(5)；液壓升降機(jī)架(6) 控制氣電輸送管(3)的升降，液壓升降機(jī)架(6)安裝在鉆井平臺(tái)(7)上，氣電輸送管(3)與 井下套管(8)壁間或井壁(31)間的環(huán)形空間與地面上的排泄管(9)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法使用的裝置，其特征在 于所述的高壓空氣加熱噴射槍⑷由槍體(10)、噴頭(11)、電加熱組件(12)構(gòu)成，槍體 (10)的頭部為噴頭(11)，槍體(10)由絕緣板制成，電加熱組件(12)排列在槍體(10)內(nèi)， 槍體(10)的長(zhǎng)度在6米以上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法使用的裝置，其特征在 于所述的火焰噴射器(5)通過(guò)油氣輸送管(13)與油氣儲(chǔ)罐(14)連接，油氣輸送管(13) 上安裝調(diào)節(jié)閥和油泵。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法使用的裝置，其特征在 于所述的排泄管(9)連接引風(fēng)機(jī)(15)。
全文摘要
本發(fā)明涉及高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法及裝置，屬于空氣鉆井技術(shù)，這種高溫高壓空氣噴射破巖鉆井的方法將空氣加壓到20兆帕以上，經(jīng)傳輸管道進(jìn)入高壓空氣加熱噴射槍或火焰噴射器，成為高溫高壓氣體后，高速射向巖石，使巖石的上表層迅速升溫，產(chǎn)生明顯的溫度梯度，溫度差以隨之而來(lái)的線性熱膨脹使巖石破裂產(chǎn)生裂縫，高速射向巖石的熱氣流將產(chǎn)生的裂縫的巖石剪切破碎成碎片；碎片隨著傳輸管道外圈與井下套管壁間或井壁間形成的環(huán)型空間，在高速上升的熱氣流攜帶下經(jīng)通道之間無(wú)數(shù)次的碰撞，形成微小粉末及空氣混合體升向地表排出。本發(fā)明在高硬度、高溫度的萬(wàn)米環(huán)境下能夠繼續(xù)向下鉆進(jìn)，可開(kāi)采地下上千度高品位熱能資源。
文檔編號(hào)E21B7/14GK101892806SQ201010218779
公開(kāi)日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者龔智勇 申請(qǐng)人:龔智勇