[发明专利]一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法

说明书

一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法，属于寒冷环境冰层钻进技术领域，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，在寒冷环境需冰层钻进或冰层钻进取样的区域确定钻井实施方案后进行准备工作，充分利用超声波振动的高频微摩擦作用及超声波空化作用进行快速融化钻进冰层，同时在地面运用空气反循环装置将再次冻结的冰样通过铠装电缆中心通道送至孔口收集研究并且可防止液态水在孔底二次冻结影响钻进过程。本发明可解决寒冷环境冰层钻进的难题，克服由于低温环境造成的钻进效率低下、能量利用率低、设备成本高、操作繁琐、取样困难等技术难题，有效解决了寒冷环境冰层钻进技术的不足。

技术领域

本发明属于寒冷环境冰层钻进技术领域，特别涉及一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法。

背景技术

目前对于寒岭地区冰层进行钻进的方法主要包括热水钻进方法、机械式回转钻进方法，主要存在的问题是能量消耗大且能量利用率低，限制了取样深度；钻进过程对岩样扰动大，破坏了冰样的原状性；反循环钻进方式虽已成功应用于常规地质岩心钻探领域，但由于寒冷地区地表情况复杂,缺乏道路和基础设施,暴风雪等恶劣条件,在寒冷地区进行钻探异常困难，因此不适用于寒冷地区的冰层钻探；常规铠装电缆式电动机械取心钻具虽重量轻便，但由于该方法需要提钻取心，钻进辅助时间长，钻进效率低。

发明内容

本发明的目的是为了解决在寒冷环境冰层钻进过程中钻进效率和取样效率低下的问题，而提供了一种超声波振动空气反循环的冰层钻进方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

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及供气装置组成；超声波振动钻进装置由压电陶瓷、功率放大器、信号发射器及铠装电缆组成；下放提引回收装置由电缆绞车、电控系统及冰样储存器组成，所述铠装电缆的钻进端依次连接有压力传感器、信号发射器、功率放大器及压电陶瓷，且铠装电缆、压力传感器、信号发射器、功率放大器及压电陶瓷同轴布置，其中铠装电缆内部具有铠装电缆中心通道，铠装电缆通过法兰盘与压力传感器连接，压力传感器、信号发射器、功率放大器及压电陶瓷顺次插接，且压力传感器、信号发射器、功率放大器及压电陶瓷内部均预留有电缆，电缆互相连接后与铠装电缆连接构成连通电路；

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，安装超声波振动钻进装置并将其连通冰样储存器；

步骤三、开启电控系统控制信号发射器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放大后通过压电陶瓷转化为机械信号，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，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，通过电控系统控制电缆绞车下放铠装电缆，并对铠装电缆进行供电，同时开启供气装置，供气装置向铠装电缆与钻孔孔壁之间形成的环状间隙内供气，钻进过程中，压力传感器监测钻压，并通过电缆绞车调节钻压，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，冰样进入铠装电缆中心通道后被冻结，冻结的冰样经由铠装电缆中心通道返回地面并存储到冰样储存器内；

步骤六、按照钻进要求，钻进达到预定深度，结束钻进。

进一步，所述压电陶瓷为取心式压电陶瓷，取心式压电陶瓷的内径小于铠装电缆中心通道半径。