[实用新型]开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置

说明书

本实用新型公开了一种开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置，属于干热岩钻探技术领域，该装置是由螺旋式井下分离器、储油器和气动潜孔锤依次通过螺纹配合形成的一体式结构；气动潜孔锤入井之前，从地热井口往井内注入清水，使潜孔锤达到井底后浸没在预定深度的水中，为维持水深，间歇性地向压缩空气管路中注清水，清水与压缩空气顺着钻柱下行，形成气液混合的雾气，雾气下行到螺旋式井下分离器，实现气液分离后，压缩空气经过储油器，形成混有润滑油的压缩空气进入潜孔锤气室，润滑活塞冲锤并驱动活塞冲锤完成冲击碎岩，清水则从潜孔锤中心孔流向井底实现补水，润滑冷却钻头球齿，提高钻头寿命，同时还可辅助冷裂岩石。

技术领域

本实用新型属于干热岩钻探技术领域，具体涉及一种开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置。

背景技术

地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点。深部地热能项目可以为电力和热能生产提供低碳、可再生的负荷资源。与水热型地热资源相比，更多的地热能储存于地下无水或少水的高温岩体中形成干热岩(HDR)型地热资源。

与其他非常规油气资源不同的是，由于深部地热资源存在于低渗透、高研磨性、高硬度的花岗岩中，地热资源开发难度较大。制约地热能开发的关键因素是地热能开发成本过高。钻井费用约占地热开发项目总费用的50％-70％。钻井作业本身占总钻井成本的25％-40％，占总施工时间的40％以上。过高的钻井成本与较长的钻井周期严重制约了干热岩的大规模开发利用。

目前钻井作业成本过高，主要是因为干热岩地层中花岗岩的研磨性强、可钻性差。另外，常规回转钻进方法碎岩效率低，钻头磨损快。而潜孔锤在提高钻井效率上具有很大优势，但是在潜孔锤钻进干热岩地层中，合金齿与岩石之间的撞击和摩擦致合金表面温度升高，在地温梯度和井内温度较高情况下，钻头球齿以及边齿就会产生热疲劳，生长出热裂纹，进而直接降低钻头的使用寿命。现有钻头的冷却方式大多为井底流体自然流动冷却，但这种方式的换热速度慢，降温性能不佳，加上特殊的地热环境和地热高温影响，钻头的寿命往往很短，而且潜孔锤在高温环境中的磨损问题也很严重，极大的限制了钻进效率的提高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对现有干热岩钻井中潜孔锤钻头边齿磨损严重导致钻头寿命缩短的不足，以及干热岩碎岩效率低下等问题，提供一种开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置，可以有效地提高钻头和潜孔锤寿命，提高地热钻井开发效率。

本实用新型为实现上述目的采用的技术方案是：开采干热岩地热能的沉浸式气动潜孔锤钻进装置，其特征在于，该装置由螺旋式井下分离器、储油器和气动潜孔锤三部分构成，螺旋式井下分离器、储油器和气动潜孔锤依次通过螺纹配合形成一体式结构；

所述螺旋式井下分离器包括上接头、分离器上端盖、螺旋体、分离器内缸、分离器外缸及分离器下端盖，上接头设有中空通道，并在该中空通道内部设有逆止阀机构，逆止阀机构由密封圈、第一弹簧及逆止阀组成，密封圈设置在上接头的中空通道内壁和逆止阀之间，第一弹簧的一弹性端抵靠在逆止阀上，另一弹性端抵靠在上接头的中空通道底部端面上；分离器上端盖的上部与上接头螺纹配合连接，分离器上端盖的下部同时与分离器内缸和分离器外缸螺纹配合连接，分离器上端盖上均匀开设有低温雾气入口通道，低温雾气入口通道的上端与上接头的中空通道连通，低温雾气入口通道的下端与分离器内缸内部连通；螺旋体的下部置于分离器内缸内部，螺旋体的上部安装在分离器上端盖上，螺旋体由旋转轴及螺旋叶片构成，旋转轴为空心轴，旋转轴的内部具有螺旋体中空通道，同时旋转轴的侧壁上部均匀开设有与螺旋体中空通道连通的气体排出口，螺旋叶片设置在旋转轴的外周壁上；分离器内缸和分离器外缸同轴设置，离器内缸位于分离器外缸内部，二者之间预留有间距以形成压缩空气流出环形通道，压缩空气流出环形通道通过开设在分离器上端盖上的气体通道与位于旋转轴侧壁上部的气体排出口连通；分离器下端盖上设有清水流出通道，分离器下端盖和分离器上端盖均通过螺纹与分离器内缸相连，分离器下端盖的上表面、分离器上端盖的下表面及分离器内缸内壁围成的空间形成液气分离内腔；