[发明专利]一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法

权利要求书

1.一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法，其特征在于：该冰层钻进方法采用的冰层钻进装置包括空气反循环装置、超声波振动钻进装置及下放提引回收装置，空气反循环装置由孔口密封装置(6)及供气装置(7)组成；超声波振动钻进装置由压电陶瓷(1)、功率放大器(2)、信号发射器(3)及铠装电缆(4)组成；下放提引回收装置由电缆绞车(8)、电控系统(9)及冰样储存器(10)组成，所述铠装电缆(4)的钻进端依次连接有压力传感器(11)、信号发射器(3)、功率放大器(2)及压电陶瓷(1)，且铠装电缆(4)、压力传感器(11)、信号发射器(3)、功率放大器(2)及压电陶瓷(1)同轴布置，其中铠装电缆(4)内部具有铠装电缆中心通道(5)，铠装电缆(4)通过法兰盘与压力传感器(11)连接，压力传感器(11)、信号发射器(3)、功率放大器(2)及压电陶瓷(1)顺次插接，且压力传感器(11)、信号发射器(3)、功率放大器(2)及压电陶瓷(1)内部均预留有电缆，电缆互相连接后与铠装电缆(4)连接构成连通电路；

具体步骤为：

步骤一、寒冷环境，选定冰层钻进区域，预先设定钻进深度，根据现场勘探，确定钻孔实施方案后，完成钻孔定位、钻机就位的准备工作；

步骤二、根据钻孔方案选择压电陶瓷(1)，安装超声波振动钻进装置并将其连通冰样储存器(10)；

步骤三、开启电控系统(9)控制信号发射器(3)使其输出固定频率电信号，该固定频率电信号经功率放大器(2)放大后通过压电陶瓷(1)转化为机械信号，从而产生超声波振动，进行开孔作业；

步骤四、开孔后，关闭电控系统(9)，在开孔位置安装空气反循环装置，并将安装好的超声波振动钻进装置穿过孔口密封装置(6)送至钻进位置，继续下放超声波振动钻进装置进行钻进工作；

步骤五、开启电控系统(9)，通过电控系统(9)控制电缆绞车(8)下放铠装电缆(4)，并对铠装电缆(4)进行供电，同时开启供气装置(7)，供气装置(7)向铠装电缆(4)与钻孔孔壁之间形成的环状间隙内供气，钻进过程中，压力传感器(11)监测钻压，并通过电缆绞车(8)调节钻压，超声波振动钻进装置将冰层融化，得到冰样，冰样通过空气反循环作用进入铠装电缆中心通道(5)，冰样进入铠装电缆中心通道(5)后被冻结，冻结的冰样经由铠装电缆中心通道(5)返回地面并存储到冰样储存器(10)内；

步骤六、按照钻进要求，钻进达到预定深度，结束钻进。

2.根据权利要求1所述的一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法，其特征是：所述压电陶瓷(1)为取心式压电陶瓷，取心式压电陶瓷的内径小于铠装电缆中心通道(5)半径。

3.根据权利要求2所述的一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法，其特征是：步骤五中，所述冰样为液态水与冰心的混合物，液态水与冰心的混合物通过空气反循环作用进入铠装电缆中心通道(5)，液态水冻结形成冰屑，冰屑及冰心经由铠装电缆中心通道(5)返回地面后存储到冰样储存器(10)内。

4.根据权利要求1所述的一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法，其特征是：所述压电陶瓷(1)为全面式压电陶瓷，全面式压电陶瓷具有过水缺口(101)。

5.根据权利要求4所述的一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法，其特征是：步骤五中，所述冰样为液态水，液态水通过空气反循环作用进入铠装电缆中心通道(5)后冻结形成冰屑，冰屑经由铠装电缆中心通道(5)返回地面，存储到冰样储存器(10)内。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法，其特征是：所述铠装电缆(4)具有五层，从外到内依次为铠装电缆外壳(41)、外导体层(42)、绝缘层(43)、内导体层(44)及铠装电缆内壳(45)。

7.根据权利要求1所述的一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法，其特征是：所述孔口密封装置(6)上设置有气体压力检测装置。