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专利号: 2021116562282
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于CO2压裂的矩形钻孔装置,其特征在于,包括矩形钻头、若干用来组装钻杆的圆形钻杆、高压气泵;

所述圆形钻杆之间能够进行可拆卸连接;

所述圆形钻杆与矩形钻头之间进行可拆卸连接;

所述矩形钻头的侧壁上设置有若干贯通轴向端面的钻头进气通道,所述矩形钻头的中部空腔为钻头抽气通道;所述矩形钻头矩形钻孔端的钻头进气通道端口处设置喷嘴,靠近喷嘴的钻头抽气通道内设置岩块粉碎组件;

所述圆形钻杆的侧壁上沿圆周方向均匀设置若干贯通轴向端面且能够与钻头进气通道一一对应的钻杆进气通道;所述圆形钻杆中间的圆柱形空腔形成钻杆抽气通道;

所述高压气泵的进气端、出气端均与连接管组件相连;所述连接管组件与圆形钻杆相连时,所述高压气泵的进气端与圆形钻杆的钻杆抽气通道相连通、出气端与圆形钻杆的各个钻杆进气通道相连通;

所述矩形钻头包括矩形段、圆形段以及用来连接矩形段、圆形段的过渡段;

所述矩形段的横截面呈矩形结构,所述矩形段的侧壁上沿矩形周长方向设置有若干沿矩形段长度方向延伸的第一通道;所述矩形段中间的矩形空腔形成第一抽气通道;

所述圆形段的横截面呈圆形结构,所述圆形段的侧壁上沿圆周方向均匀设置若干沿圆形段长度方向延伸的第二通道;所述第二通道与第一通道一一对应;所述圆形段中间的圆柱形空腔形成第二抽气通道;

所述过渡段的侧壁上设置有若干用来连通相对应第二通道、第一通道的第三通道,所述过渡段中间的空腔形成第三抽气通道;

相连通的第一抽气通道、第二抽气通道、第三抽气通道形成钻头抽气通道;

相连通的第一通道、第二通道、第三通道形成钻头进气通道;

所述喷嘴设置在矩形段上;

所述圆形钻杆包括钻杆本体,所述钻杆本体的横截面呈圆形结构,所述钻杆本体的一端同轴固定设置连接端;

所述连接端的横截面呈圆形结构,所述连接端的外壁面上设置有钻杆外螺纹;所述连接端的中空内腔与钻杆抽气通道相连通;

所述钻杆本体另一端钻杆抽气通道的侧壁上设置有能够与其他圆形钻杆连接端上的钻杆外螺纹进行螺纹配合的钻杆内螺纹;

所述钻杆本体的两端均设置有钻杆对齐部;

所述钻杆进气通道、钻杆抽气通道均贯通钻杆本体以及钻杆对齐部;

所述钻杆对齐部的外侧面呈正八面体柱面结构;

所述连接端设置在其中一个钻杆对齐部的端面上,所述钻杆内螺纹设置在另一个钻杆对齐部中空内腔的侧壁上;

所述钻杆本体中两个钻杆对齐部的外侧面相平行;

两个圆形钻杆相连且钻杆对齐部的外侧面相平行时,两个圆形钻杆上的钻杆进气通道一一对齐;

所述圆形段的端部设置有钻头对齐部;

所述第二通道、第二抽气通道均贯通钻头对齐部;

所述钻头对齐部的外侧面呈正八面体柱面结构;

所述钻头对齐部内侧壁上设置有能够与圆形钻杆连接端上的钻杆外螺纹进行螺纹配合的钻头内螺纹;

所述矩形钻头、圆形钻杆相连且钻头对齐部的外侧面与钻杆对齐部的外侧面相平行时,矩形钻头中的第二通道与圆形钻杆中的钻杆进气通道一一对齐。

2.如权利要求1所述的基于CO2压裂的矩形钻孔装置,其特征在于,所述岩块粉碎组件包括传动轴,所述传动轴的外侧壁上设置有若干破岩截齿;

所述传动轴的一端与固定设置在矩形段内侧壁上的连接座进行转动连接、另一端与固定设置在矩形段内侧壁上的电机进行同轴固定连接。

3.如权利要求1所述的基于CO2压裂的矩形钻孔装置,其特征在于,所述过渡段与圆形段之间内部内腔的连接处设置有过滤片,所述过滤片上设置有若干过滤孔。

4.如权利要求1所述的基于CO2压裂的矩形钻孔装置,其特征在于,所述连接管组件包括两个分别与圆形钻杆、高压气泵相连的刚性接头;

所述刚性接头包括环形接头本体,所述环形接头本体的外侧壁上设置接头外螺纹;

所述环形接头本体一端的外壁面上同轴固定设置连接板,所述连接板上沿圆周方向设置有若干与钻杆进气通道一一对应的连接孔,所述连接板的外侧面呈正八面体的柱面结构;

两个刚性接头相对应的连接孔之间设置有进气管;

两个刚性接头相对应的中空内腔之间设置有抽气管;

所述刚性接头、圆形钻杆相连且连接板的外侧面与钻杆对齐部的外侧面相平行时,刚性接头中的连接孔与圆形钻杆中的钻杆进气通道一一对齐。

5.如权利要求4所述的基于CO2压裂的矩形钻孔装置,其特征在于,所述矩形钻头与圆形钻杆相连时、圆形钻杆与圆形钻杆相连时、圆形钻杆与刚性接头相连时、刚性接头与高压气泵相连时,各个连接端面处均设置橡胶垫片;

所述橡胶垫片内部中空,所述橡胶垫片上沿圆周方向设置若干通气孔;

所述橡胶垫片呈正八面体结构;

所述橡胶垫片、圆形钻杆同轴且橡胶垫片外侧面与钻杆对齐部的外侧面相平行时,橡胶垫片中的通气孔与圆形钻杆中的钻杆进气通道一一对齐。

6.基于CO2压裂的矩形钻孔掘进方法,其特征在于,基于如权利要求1~5任一所述的基于CO2压裂的矩形钻孔装置实施,包括以下步骤:步骤1:在矩形钻头上安装喷嘴;

步骤2:在矩形钻头的端部安装一节圆形钻杆,圆形钻杆的另一端安装连接管组件的刚性接头,连接管组件另一端的刚性接头与高压气泵相连;

步骤3:依次开启高压气泵、岩石粉碎组件,进行矩形钻孔的正常掘进;

步骤4:依次关闭岩石粉碎组件、高压气泵,在圆形钻杆的端部继续连接下一节圆形钻杆,以增加钻杆的长度;

步骤5:重复步骤3‑步骤4,直至钻孔开挖至预定深度;

步骤6:钻孔开挖至预定深度时,依次关闭岩石粉碎组件、高压气泵,钻孔施工完成,拆卸圆形钻杆及矩形钻头。