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专利号: 2020110857524
申请人: 重庆交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种液氮冷冲击复合高压水射流破碎干热岩的方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1,通过地质探测确定地热区位置,根据地热区位置进行现场勘测,从而确定干热岩储层位置以及定位井孔坐标;

S2,根据S1所定位的井孔坐标利用钻孔设备钻设主井眼井口;

S3,利用钻进设备在上覆岩层钻设主井眼,并采用套管和普通水泥浆固井直至钻设至干热岩层;

S4,停止钻进设备的运作,将喷头由S3中钻设的主井眼中放入,喷头主体位置固定在干热岩层上方20cm~30cm处;

S5,将液氮和高压水同时泵送入喷头当中,喷头的第一出水口喷射液氮,第二出水口喷射高压水射流,由于喷头出水口口径较小,产生高压水射流,将高压水射流对干热岩层表面高能冲击破碎,对整体度较高的部分进行破碎造缝,对天然纹理及裂隙高压水射流侵入从而达到裂隙扩展效果;同时持续散射液氮射流,由于液氮冷冲击温度极低,散射至干热岩层表面使得干热岩迅速降温,产生冷热交替效果,干热岩内部热应力较大,从而诱发裂纹;高压水射流侵入液氮冷冲击诱发的裂纹中,通过高压水的水楔作用,驱使裂纹继续扩展,加强液氮冷冲击造缝效果,同时液氮冷冲击散射至高压水射流破碎形成的裂缝当中,进一步扩展冷裂增强高压水射流造缝效果,两种射流相互辅助相互加强致裂效果,直至主井眼形成裂隙率较大且贯通的裂隙缝网;

S6,完成S5中操作之后,暂停泵送液氮和高压水,此时干热岩层岩体经过S4‑S5步骤之后破碎程度较大,具有贯通的裂隙缝网,整体度较小,利用钻孔设备对干热岩层岩体进行钻进;

S7,在主井眼钻设面上循环S4至S6,循环推进。

2.根据权利要求1所述的一种液氮冷冲击复合高压水射流破碎干热岩的方法,其特征在于,所述高压水射流泵送压力控制在200~300MPa之间。

3.根据权利要求2所述的一种液氮冷冲击复合高压水射流破碎干热岩的方法,其特征在于,所述液氮射流泵送压力控制在2~4MPa之间。

4.根据权利要求3所述的一种液氮冷冲击复合高压水射流破碎干热岩的方法,其特征在于,所述喷头将液氮散射和高压水射流同时作用对干热岩层表面进行造缝,所述喷头与钻机设备同时持续对干热岩层表面进行造缝和破碎。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种液氮冷冲击复合高压水射流破碎干热岩的方法,其特征在于,所述喷头包括:喷头主体(1)、轴封件(2)、第一套管头(3)、散射喷嘴(4)和球阀(5),所述喷头主体(1)内开设有过水管路(11)和液氮腔(12),所述过水管路(11)开设在所述喷头主体(1)轴心线上并且贯穿所述喷头主体(1),所述液氮腔(12)开设在所述过水管路(11)侧并且环绕所述过水管路(11)。

6.根据权利要求5所述的一种液氮冷冲击复合高压水射流破碎干热岩的方法,其特征在于,所述轴封件(2)固定安装在所述液氮腔(12)输入口,所述散射喷嘴(4)固定安装在所述液氮腔(12)输出口处,所述散射喷嘴(4)由三通管(41)、支路喷管(42)和第二套管头(43)组成,所述三通管(41)与所述第二套管头(43)转动连接,所述支路喷嘴固定连接在所述三通管(41)两侧,所述支路喷管(42)上沿管路外径开设有若干第一出水口(44),所述第一出水口(44)沿外径螺旋分布。

7.根据权利要求6所述的一种液氮冷冲击复合高压水射流破碎干热岩的方法,其特征在于,所述第一套管头(3)固定安装在所述过水管路(11)输入口处,所述球阀(5)转动安装在所述过水管路(11)输出口处,所述球阀(5)与控制电机(51)传动连接,所述控制电机(51)固定安装在所述喷头主体(1)外侧壁上,所述球阀(5)安装进所述过水管路(11)输出口端开设有矩形槽(52),所述矩形槽(52)中心处开设有第二出水口(53),所述第二出水口(53)贯穿所述球阀(5)。

8.根据权利要求7所述的一种液氮冷冲击复合高压水射流破碎干热岩的方法,其特征在于,所述液氮腔(12)包括:输入段(121)、扩展段(122)和输出段(123),所述输入段(121)和输出段(123)截面半径小于所述扩展段(122)的截面半径。

9.根据权利要求8所述的一种液氮冷冲击复合高压水射流破碎干热岩的方法,其特征在于,所述液氮腔(12)输入段(121)与不锈钢液氮软管连通,所述不锈钢液氮软管输入端与液氮罐输出口连通且所述不锈钢液氮软管之间通过设置有第一单向阀和液氮增压泵;所述过水管路(11)输入口通过连接管与高压水泵连通,所述连接管上设置有第二单向阀。