[实用新型]一种超临界液氮射流硬岩钻进装置

说明书

本实用新型涉及一种超临界液氮射流硬岩钻进装置，针对于在硬岩层钻进时，普通水射流的钻进效率不高，以及刀具磨损程度较大等问题。本实用新型基于冷热交替致裂的原理以超临界液氮和高温水的交汇实现了硬岩的高钻进率，提供的钻进装置具有机械脉冲装置和喷嘴摆动装置。机械脉冲装置主要由磁性球、曲面钢片和管道壁上的挡板开关装置构成，喷嘴摆动装置主要由双摇杆机构和摇杆电机构成；两装置通过保温保压管道、输液管等构件连接，可有效破碎未被刀具切割并易对钻头产生磨损的硬岩凸台部分。本装置与常规钻探装置相比，可以起到提高钻进效率，减小钻头刀具损耗的作用。

技术领域

本实用新型涉及岩石钻进领域，具体而言涉及一种超临界液氮射流硬岩钻进装置。

背景技术

当前在石油、矿产等开采开发过程中，硬岩地段的钻进十分困难，如何更有效地在硬岩地段钻进是当前困扰技术人员的主要问题之一。硬岩地段钻进的难点在于：(1)硬岩地段的钻进属于高耗材工作，单独采用水射流辅助岩石钻进技术虽然有助于扩张岩石裂隙进而提高钻进速度，但仅使用水作为喷射流体无法避免水储备量不足问题；(2)硬岩地段的钻进属于高耗能工作，能耗过高不仅无法满足经济方面的要求，并且极易在钻进过程中出现设备损耗问题；(3)普通钻头在硬岩地段钻进过程中磨损程度极大，会导致钻进进度缓慢等问题。提高钻进效率，减少刀具消耗，是降低硬岩掘进成本的主要目标，更是能源开发、隧道建设等重大工程的根本任务。

因此，提高在硬岩地段的钻进效率和延长钻头使用寿命必须从多角度考虑对现有技术进行革新。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决在硬岩层钻进时，普通水射流的钻进效率不高，以及刀具磨损程度较大的问题，提供了一种超临界液氮射流硬岩钻进装置。

本实用新型所采用的技术方案是：一种超临界液氮射流硬岩钻进装置，主要包括液压钻机卡盘，旋转输水器，三翼钻头，挡板开关锁，保温保压管道，高压喷嘴，钻杆，加热套管，接线盒，导电线等。通过带有电加热片的中压容器的液氮，与通过加热套管的水，形成两种可以在不同规定部位交汇的射流，利用高压喷嘴在硬岩面交汇而对硬岩产生碎岩效果。钻进动力机组包括液压钻机卡盘、电动滑轮及固定桩，液压钻机卡盘提供旋转动力和推进力，固定桩和电动滑轮分别用于用于固定设备提供推进轨道；外接发生装置内包括液氮罐、水箱、水泵、保温保压管道，其中，保温保压管道连接各个设备，组成预备流体输运通路。

本实用新型的有益效果在于：

1.本临界液氮射流硬岩钻进装置具有保护钻头的效果。通过在钻头侧向布置的旋转射流与钻头中央垂直射流的交汇，可以对钻进过程中产生的未被刀具切削而是被压碎的的硬岩凸台部分进行水平剪切破坏，并且喷嘴摆动装置可以增大凸台的水平受力范围。原理即由于大部分的岩矿物料的抗压强度远高于其抗剪强度，所以有效利用其抗剪强度低的力学性质可以提高钻进效率，并防止钻头磨损，提高刀具寿命。

2.本临界液氮射流硬岩钻进装置能够提高钻进效率。有效利用超临界氮的岩石致裂性强与岩石穿透性强的特点，增强碎岩能力。

3.本临界液氮射流硬岩钻进装置可形成冷热交替致裂的效果。利用超临界氮的低温持续射流与高温水脉冲射流交汇，其中脉冲射流由一种挡板开关装置和与磁性球连接的曲面钢片结合而成的机械脉冲装置控制，能够提升硬岩破裂破碎效率，同时也带动石屑随流体排出。

附图说明

图1为本实用新型的总体示意图。

图2为图1中Ⅰ-Ⅰ截面正视图。

图3为钻头剖视图。

图4为钻头仰视图。

图5为带有机械脉冲装置部分管道轴向截面图。

图6为图5中Ⅱ-Ⅱ截面的正视图。

图7为图5中Ⅲ-Ⅲ截面的正视图。