專利名稱：海底射流鉆井車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種能源開采技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種海底射流鉆井車。
背景技術(shù)：
由于傳統(tǒng)能源的大量消耗，能源問題一直是國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的問題。而可燃冰以其巨大儲(chǔ)量、高效儲(chǔ)能率、清潔的燃燒等優(yōu)勢(shì)已經(jīng)吸引了各國(guó)的目光，被普遍認(rèn)為是解決能源危機(jī)的最佳途徑。目前海底可燃冰的開采還有很多有待解決的經(jīng)濟(jì)、安全等問題，尚停留在論證與試驗(yàn)階段。與此同時(shí)開采可燃冰所需的相關(guān)設(shè)備的開發(fā)也并不完善，尤其是用于開采海底可燃冰礦層的鉆井裝置非常少，還沒有一種能連續(xù)高效、安全可靠地用于可燃冰礦層開采的鉆井車。高壓水射流技術(shù)是近代發(fā)展起來的一門新技術(shù)，其特點(diǎn)是通過高壓水射流的能量高度集中，射擊物體的巨大沖擊力，會(huì)對(duì)被擊物體進(jìn)行加工作業(yè)。到上個(gè)世紀(jì)八十年代，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行高壓水射流沖孔的工業(yè)試驗(yàn)，已應(yīng)用于煤層的開采。同時(shí)在石油地面鉆井中，國(guó)外有采用水射流由垂直鉆孔實(shí)施超短半徑水平連續(xù)鉆孔的研究，并取得了成果。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200510048133. 7，名稱為 “可水壓切換沖孔、割縫的高壓水射流鉆頭”的專利，該結(jié)構(gòu)以高壓水為動(dòng)力實(shí)現(xiàn)礦層的鉆孔，但該鉆頭工作壓力大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，阻力損失大。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?00820064169. 3，名稱為“一種用于天然氣水合物的鉆井及取心兩用鉆頭”的專利，該結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)鉆井與取心，但在鉆井過程中未能考慮天然氣水合物礦層的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種海底射流鉆井車，該結(jié)構(gòu)能夠用于連續(xù)高效、安全可靠地開采海底可燃冰礦層，解決了海底可燃冰的開采的經(jīng)濟(jì)和安全問題。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括固定結(jié)構(gòu)、射流鉆組件、若干個(gè)推進(jìn)組件、儲(chǔ)藏固化組件、控制組件和車體，其中若干個(gè)推進(jìn)組件對(duì)稱分布于車體上且與控制組件連接，控制組件設(shè)置于車體的內(nèi)部，固定結(jié)構(gòu)與車體連接，射流鉆組件和儲(chǔ)藏固化組件均與車體連接，控制組件分別與固定結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)藏固化組件和射流鉆組件連接。所述的射流鉆組件由依次串聯(lián)連接的射流泵、射流水管路和鉆頭組成，其中射流水管路和鉆頭均設(shè)置于儲(chǔ)藏固化組件中，射流泵和射流水管路分別與車體和控制組件連接。所述的鉆頭包括鉆體、射流鉆進(jìn)牙和機(jī)械輔助牙，其中射流鉆進(jìn)牙和機(jī)械輔助牙均環(huán)繞于鉆體表面。所述的推進(jìn)組件由依次串聯(lián)連接的螺旋槳、推進(jìn)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸組成，其中旋轉(zhuǎn)軸與控制組件連接。所述的儲(chǔ)藏固化組件包括儲(chǔ)藏筒、密封環(huán)組件和固化劑控制裝置，其中儲(chǔ)藏筒分別與車體和固化劑控制裝置連接，密封環(huán)組件設(shè)置于儲(chǔ)藏筒的內(nèi)部且與控制組件連接。所述的儲(chǔ)藏筒為中空結(jié)構(gòu)且內(nèi)側(cè)設(shè)有螺旋槽。所述的固化劑控制裝置為中空結(jié)構(gòu)。所述的控制組件包括電力控制器、機(jī)械控制器、密封控制器和管路控制器，其中 電力控制器、機(jī)械控制器、密封控制器和管路控制器分別與推進(jìn)組件、固定結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)藏固化組件和射流鉆組件連接，機(jī)械控制器分別與密封控制器和管路控制器連接，電力控制器設(shè)置于機(jī)械控制器、密封控制器和管路控制器的外部。鉆井車準(zhǔn)備鉆井時(shí)，電力控制器開始工作，為整個(gè)車提供電力，旋轉(zhuǎn)軸、推進(jìn)電機(jī)和螺旋槳配合工作，推動(dòng)鉆井車移動(dòng)到鉆井點(diǎn)，然后機(jī)械控制器工作，控制固定結(jié)構(gòu)使其從車體中放下來，扎在巖層中使整個(gè)車穩(wěn)定，并使固化劑控制裝置貼著巖層表面。管路控制器工作，放下射流水管路和鉆體，射流泵提供高壓水使鉆體向下鉆進(jìn)。鉆頭和巖土接觸后，射流鉆進(jìn)牙噴出高壓水沖擊四周使其化為泥土，通過射流鉆進(jìn)牙和機(jī)械輔助牙所受力矩大小相等方向相反來實(shí)現(xiàn)鉆體的力矩平衡。同時(shí)，密封控制器工作，使密封環(huán)組件中的一個(gè)密封環(huán)從儲(chǔ)藏筒中放下并貼在井口，然后固化劑控制裝置中的固化劑噴出，與泥土迅速反應(yīng)并固化，在密封環(huán)外側(cè)形成一圈固化巖土，使巖層穩(wěn)定，防止海底環(huán)境的破壞。在鉆頭主體不斷向下鉆進(jìn)的過程中，即使有可燃冰分解成天然氣和水并溢出，也會(huì)因井口處低溫高壓的環(huán)境重新結(jié)合生成可燃冰，能有效地減小天然氣泄露和防止井噴。鉆井完成后，管路控制器工作，使射流水管路上升并存放在儲(chǔ)藏筒內(nèi)側(cè)的螺旋槽中，當(dāng)機(jī)械控制器工作，使車體收回固定結(jié)構(gòu)，然后旋轉(zhuǎn)軸、推動(dòng)電機(jī)和螺旋槳配合工作，推動(dòng)車體運(yùn)動(dòng)并將其運(yùn)輸?shù)较乱粋€(gè)鉆井點(diǎn)。本發(fā)明將開采鉆頭和運(yùn)輸車結(jié)合在一起，通過鉆井車來實(shí)現(xiàn)鉆頭的搬運(yùn)和收放功能；通過高壓射流水來實(shí)現(xiàn)鉆井目的，通過射流鉆進(jìn)牙和機(jī)械輔助牙來實(shí)現(xiàn)鉆頭的力矩自平衡，有效地克服了鉆頭在鉆進(jìn)時(shí)振蕩、阻力大的局限性。通過安放的密封環(huán)來解決可燃冰礦層的井噴問題，通過固化劑控制裝置來固化泥土來解決海底巖層的穩(wěn)定性問題，通過推進(jìn)組件來實(shí)現(xiàn)了小車在海底六自由度無約束的運(yùn)動(dòng)，大大提高了小車的工作效率。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明儲(chǔ)藏固化組件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明車體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例如圖1所示，本實(shí)施例包括固定結(jié)構(gòu)1、射流鉆組件2、若干個(gè)推進(jìn)組件3、儲(chǔ)藏固化組件4、控制組件5和車體23，其中若干個(gè)推進(jìn)組件3對(duì)稱分布于車體23上且與控制組件5連接，控制組件5設(shè)置于車體23的內(nèi)部，固定結(jié)構(gòu)1與車體23連接，射流鉆組件2和儲(chǔ)藏固化組件4均與車體23連接，控制組件5分別與固定結(jié)構(gòu)1、儲(chǔ)藏固化組件4和射流鉆組件2連接。所述的射流鉆組件2由依次串聯(lián)連接的射流泵6、射流水管路7和鉆頭8組成，其中射流水管路7和鉆頭8均設(shè)置于儲(chǔ)藏固化組件4中，射流泵6和射流水管路7分別與車體23和控制組件5連接。如圖2所示，所述的鉆頭8包括鉆體9、射流鉆進(jìn)牙10和機(jī)械輔助牙11，其中射流鉆進(jìn)牙10和機(jī)械輔助牙11均環(huán)繞于鉆體9表面。如圖1和圖4所示，所述的推進(jìn)組件3由依次串聯(lián)連接的螺旋槳12、推進(jìn)電機(jī)13 和旋轉(zhuǎn)軸14組成，其中旋轉(zhuǎn)軸14與控制組件5連接。如圖1和圖3所示，所述的儲(chǔ)藏固化組件4包括儲(chǔ)藏筒15、密封環(huán)組件16和固化劑控制裝置17，其中儲(chǔ)藏筒15分別與車體23和固化劑控制裝置17連接，密封環(huán)組件 16設(shè)置于儲(chǔ)藏筒15的內(nèi)部且與控制組件5連接。所述的儲(chǔ)藏筒15為中空結(jié)構(gòu)且內(nèi)側(cè)設(shè)有螺旋槽18。所述的固化劑控制裝置17為中空結(jié)構(gòu)。如圖1和圖4所示，所述的控制組件5包括電力控制器19、機(jī)械控制器20、密封控制器21和管路控制器22，其中電力控制器19、機(jī)械控制器20、密封控制器21和管路控制器22分別與推進(jìn)組件3、固定結(jié)構(gòu)1、儲(chǔ)藏固化組件4和射流鉆組件2連接，機(jī)械控制器 20分別與密封控制器21和管路控制器22連接，電力控制器19設(shè)置于機(jī)械控制器20、密封控制器21和管路控制器22的外部。本裝置將開采鉆頭8和運(yùn)輸車結(jié)合在一起，通過鉆井車來實(shí)現(xiàn)鉆頭8的搬運(yùn)和收放功能；通過高壓射流水來實(shí)現(xiàn)鉆井目的，通過射流鉆進(jìn)牙10和機(jī)械輔助牙11來實(shí)現(xiàn)鉆頭8的力矩自平衡，通過安放的密封環(huán)來解決可燃冰礦層的井噴問題，通過固化劑控制裝置17來固化泥土來解決海底巖層的穩(wěn)定性問題，通過推進(jìn)組件3來實(shí)現(xiàn)鉆井車在海底的六自由度運(yùn)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種海底射流鉆井車，其特征在于，包括固定結(jié)構(gòu)、射流鉆組件、若干個(gè)推進(jìn)組件、 儲(chǔ)藏固化組件、控制組件和車體，其中若干個(gè)推進(jìn)組件對(duì)稱分布于車體上且與控制組件連接，控制組件設(shè)置于車體的內(nèi)部，固定結(jié)構(gòu)與車體連接，射流鉆組件和儲(chǔ)藏固化組件均與車體連接，控制組件分別與固定結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)藏固化組件和射流鉆組件連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底射流鉆井車，其特征是，所述的射流鉆組件由依次串聯(lián)連接的射流泵、射流水管路和鉆頭組成，其中射流水管路和鉆頭均設(shè)置于儲(chǔ)藏固化組件中，射流泵和射流水管路分別與車體和控制組件連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的海底射流鉆井車，其特征是，所述的鉆頭包括鉆體、射流鉆進(jìn)牙和機(jī)械輔助牙，其中射流鉆進(jìn)牙和機(jī)械輔助牙均環(huán)繞于鉆體表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底射流鉆井車，其特征是，所述的推進(jìn)組件由依次串聯(lián)連接的螺旋槳、推進(jìn)電機(jī)和旋轉(zhuǎn)軸組成，其中旋轉(zhuǎn)軸與控制組件連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底射流鉆井車，其特征是，所述的儲(chǔ)藏固化組件包括儲(chǔ)藏筒、密封環(huán)組件和固化劑控制裝置，其中儲(chǔ)藏筒分別與車體和固化劑控制裝置連接，密封環(huán)組件設(shè)置于儲(chǔ)藏筒的內(nèi)部且與控制組件連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海底射流鉆井車，其特征是，所述的儲(chǔ)藏筒為中空結(jié)構(gòu)且內(nèi)側(cè)設(shè)有螺旋槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的海底射流鉆井車，其特征是，所述的固化劑控制裝置為中空結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底射流鉆井車，其特征是，所述的控制組件包括電力控制器、機(jī)械控制器、密封控制器和管路控制器，其中電力控制器、機(jī)械控制器、密封控制器和管路控制器分別與推進(jìn)組件、固定結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)藏固化組件和射流鉆組件連接，機(jī)械控制器分別與密封控制器和管路控制器連接，電力控制器設(shè)置于機(jī)械控制器、密封控制器和管路控制器的外部。
全文摘要
一種能源開采技術(shù)領(lǐng)域的海底射流鉆井車，包括固定結(jié)構(gòu)、射流鉆組件、若干個(gè)推進(jìn)組件、儲(chǔ)藏固化組件、控制組件和車體，其中若干個(gè)推進(jìn)組件對(duì)稱分布于車體上且與控制組件連接，控制組件設(shè)置于車體的內(nèi)部，固定結(jié)構(gòu)與車體連接，射流鉆組件和儲(chǔ)藏固化組件均與車體連接，控制組件分別與固定結(jié)構(gòu)、儲(chǔ)藏固化組件和射流鉆組件連接。本發(fā)明能夠用于連續(xù)高效、安全可靠地開采海底可燃冰礦層，解決了海底可燃冰的開采的經(jīng)濟(jì)和安全問題。
文檔編號(hào)E21B7/124GK102322219SQ20111013818
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者何蘊(yùn)哲, 周泉, 夏昊, 孫鳳鳴, 李曉天, 沈長(zhǎng)貴, 王志超, 王思航, 王磊, 麻紹鈞 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)