本发明涉及干热岩钻探钻具技术领域,特别涉及一种液氮冷冲击复合高压水射流破碎干热岩的方法及喷头,基于水射流高能冲击破碎、侵蚀和水楔作用,复合液氮冷冲击冷裂作用于干热岩,两种射流相互增强彼此致裂效果;以喷头装置致裂辅助钻进设备对干热岩同时进行致裂和钻进工作,在整个钻进过程中始终钻进已经致裂的干热岩体,最终达到高效率的钻进效果。本发明的有益效果在于:同时利用低温冻结效应产生裂纹,且所产生裂纹会在高压水射流水楔作用下进一步扩展;利用高压水射流冲击产生裂纹,且所产生裂纹也会在液氮低温诱裂作用下进一步扩展,从而利用液氮冷冲击复合高压水射流共同作用降低干热岩整体度,大幅提升后期机械钻进效率。
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。
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