一种可燃冰开采钻头的制作方法

本发明属于可燃冰开采技术领域，具体的说是一种可燃冰开采钻头。

背景技术

天然气水合物又称“可燃冰”，是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”。其资源密度高，全球分布广泛，具有极高的资源价值，因而成为油气工业界长期研究热点。但可燃冰的开采难度大，开采过程受可燃冰层的硬度与密度影响大，同时会受到可燃冰中的固体硬物或岩石层的阻碍作用，如何高效的对可燃冰进行开采成为当下的一个难题。

专利文献1：可燃冰抽取管柱，申请号：201510132910x

上述专利文献1中利用在下行的移动块表面设置加热管对可燃冰进行加热，这样做可以有效的提高可燃冰的开采速度，但是加热管位于移动块表面会使得加热管受挤压变形、破损，从而导致加热管失效，严重的会造成破损的加热管与水接触短路，从而产生大量热量引燃可燃冰造成爆炸；该发明通过第一刀片、第二刀片对可燃冰开采过程中的岩石层进行破碎，刀片不可调节，容易崩断，实用性不高。

技术实现要素：

为了弥补现有技术的不足，本发明提出的一种可燃冰开采钻头，通过将电阻丝设置于采集球内部，使得电阻丝与可燃冰层相互隔离，提高了可燃冰开采过程的安全性；同时本发明通过设置可以调节的一号切刀与收缩在一号切刀内部的二号切刀，使得采集球在对可燃冰开采过程中受可燃冰中的硬物或岩石层的影响小，保证了可燃冰开采过程持续高效的进行，提高了开采效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种可燃冰开采钻头，包括收集罩、抽气管、固定杆、采集球与电阻丝；所述收集罩为碗型，收集罩用于聚集可燃冰生成的甲烷气体；所述抽气管与收集罩相连接，抽气管用于抽取收集罩中聚集的甲烷气体；所述固定杆位于抽气管内；所述采集球安装在固定杆的底部，采集球用于对可燃冰进行采集；所述电阻丝位于采集球内部，电阻丝用于加热采集球使得可燃冰融化，电阻丝位于采集球内部可以避免电阻丝与可燃冰接触，从而避免电阻丝遇水短路带动可燃冰爆炸，提高了装置的安全性。工作时，将高效的可燃冰开采装置伸入钻井中，此时固定杆带动采集球向下运动，并带动采集球旋转对可燃冰进行开采，提高了对可燃冰的开采速度，采集球中的电阻丝对采集球进行加热使得采集球将可燃冰融化，溶化后的可燃冰逐渐生成甲烷气体向着收集罩聚集，收集罩的碗型结构防止了可燃冰气体的逃逸，最大程度上的对可燃冰进行了收集，此时抽气管对收集罩内的可燃冰气体进行抽取，使得可燃冰气体被持续不断的输送至相关的收集装置中；过程中，电阻丝安装在采集球内部提高了可燃冰采集过程中的安全性，避免了加热后的可燃冰产生的水对电阻丝造成短路，从而避免了可燃冰气体燃烧爆炸，提高了装置的安全性，提高了开采过程中的安全性。

所述采集球上还设有凹槽与若干一号切刀，凹槽与一号切刀数量相同，一号切刀上端铰接在采集球内部的凹槽内，一号切刀可以在凹槽内转动一定角度，一号切刀用于对可燃冰与可燃冰中其它固体硬物进行破碎。工作时，一号切刀的存在加速了可燃冰开采的速度，加速了采集球穿过可燃冰层的速度，同时一号切刀能够对可燃冰中的固体硬物进行破碎，避免了可燃冰开采过程受阻碍，提高了装置的开采效率与实用性。

所述固定杆分为上下两节，两节固定杆之间通过弹簧与一号气囊相连接，下方固定杆内部设有通道，一号气囊与通道相连接，一号气囊为弹性气囊，弹性气囊使得一号气囊受压可自动恢复；所述采集球内部设有循环气路，循环气路与固定杆内部通道相连接，循环气路用于输送一号气囊中的气体；所述循环气路上设有若干一号支路，一号支路内部设有活塞、活塞杆与弹簧，活塞与活塞杆相连接，活塞杆与一号切刀相连接，弹簧一端与活塞相连，弹簧另一端连接在一号支路内壁上，一号支路用于输送循环气路中的气体通过活塞杆调节一号切刀的角度。工作时，当遇到可燃冰层密度与硬度较大时，或者遇到较硬的硬物时，上下两节固定杆相互挤压并旋转，使得一号气囊受压向循环气路中供气，循环气路中的气体进入一号支路中对活塞进行冲击，从而使得活塞杆带动一号切刀运动，使得一号切刀张开一定的角度，固定杆带动采集球与一号切刀对较硬的可燃冰与可燃冰中的硬物进行破碎，有效的提高了可燃冰的开采速度，避免开采过程受阻、停顿，保证了开采过程的顺利进行。

所述循环气路上还设有二号导气管，二号导气管数量与一号切刀数量相同，二号导气管一端与循环气路相连通，二号导气管另一端吸附在一号切刀上同时可以在一号切刀上滑动；所述一号切刀上还设有一号导气管、固定块与二号切刀；所述一号导气管位于一号切刀内，一号导气管用于与二号导气管连通；所述固定块至少为两组，每组至少含一个固定块，固定块周向安装在一号导气管上，固定块中间为连通状态，固定块与一号导气管连通，固定块远离一号导气管一端的端部设有斜坡，使得二号切刀不会冲出固定块；所述二号切刀安装在固定块内，二号切刀底部将固定块密封，二号切刀可以在固定块内移动，二号切刀用于协助一号切刀对可燃冰内的固体硬物进行破碎，二号切刀将固定块密封使得进入固定块内的气体不会泄露，保证了二号切刀受到足够的推动力。工作时，采集球向下运动过程中遇到的可燃冰硬度过大，或者遇到的硬物硬度过大时，一号切刀破碎过程受阻，此时，一号气囊受到的挤压力大，一号气囊中的气体通过循环气路与一号支路冲击活塞，使得活塞杆带动一号切刀转动，此时一号切刀受到的冲击力大，转动角度大，从而使得一号切刀内部的一号导气管与采集球中的二号导气管相连通，循环气路中的气体进入一号导气管中将二号切刀从固定块内推动，固定块上的斜坡使得二号切刀不会冲出固定块内，二号切刀底部将固定块密封使得进入固定块内的气体不会泄露，同时使得二号切刀受到足够的推动力伸出固定块外，二号切刀伸出固定块外对一号切刀进行帮助，使得高硬度的可燃冰与高硬度的硬物被破碎，从而保证了开采过程的顺利进行，进而保证了可燃冰的开采效率。

所述一号切刀上还设有二号气囊；所述二号气囊数量若干，二号气囊安装在相邻组的固定块中间，二号气囊上设有通孔，二号气囊为弹性气囊，二号气囊用于吹出相邻组固定块之间的可燃冰；所述相邻组固定块之间还通过弹簧相连接。工作时，一号切刀受压使得相邻组的固定块相互靠近，固定块的相互靠近对固定块之间的可燃冰进行挤压，提高了工作效率，同时避免了固定块之间的可燃冰对一号切刀造成阻碍，同时固定块相互靠近时，挤压二号气囊，使得二号气囊将气体从通孔中排出，二号气囊为弹性气囊，使得二号气囊受挤压后可以自动恢复，二号气囊吹出的气对固定块之间的可燃冰碎屑与固体硬物进行清理，避免了固定块之间出现固体硬物碎屑与可燃冰碎屑的堆积，避免了一号切刀工作受到影响，从而提高了装置的工作效率，提高了可燃冰的开采速度。

所述一号导气管材质为聚氯乙烯，聚氯乙烯材料用于确保一号导气管长时间使用。工作时，聚氯乙烯材料使得一号导气管具有良好的抗酸碱腐蚀性，避免了一号导气管受到可燃冰中其它物质的腐蚀，同时聚氯乙烯稳定性、抗压、与恢复性能好，能够避免固定块相互靠近时对一号导气管的影响，保证了一号切刀与二号切刀的顺利工作，同时提高了一号导气管的使用寿命，提高了装置的使用寿命。

所述收集罩中间还设有圆弧形空腔，收集罩上表面涂有隔热层，收集罩下表面涂有导热性能好的材料；所述采集球内部还设有球形空腔与三号导气管；所述球形空腔内装有纯净水，纯净水用于提供水蒸气；所述三号导气管一端与球形空腔相连接，三号导气管另一端与收集罩的通道相连接，三号导气管用于将球形空腔内的水蒸气导入收集罩的通道内。工作时，球形空腔内的纯净水在电阻丝的作用下受热产生水蒸气，水蒸气顺着三号导气管进入收集罩的圆弧形空腔中，使得收集罩均匀受热，从而对收集罩内的可燃冰进行加热，提高了可燃冰的开采速度，同时避免收集罩下方的可燃冰未及时转变为气态，造成抽气管堵塞，同时收集罩上表面的隔热材料使得收集罩上表面残余的可燃冰不会气化，避免了甲烷气体未经过收集而泄露到大气中，提高了装置的实用性，收集罩下表面导热材料提高了收集罩对可燃冰的融化速度，提高了工作效率；同时水蒸气在收集罩中遇冷液化为水，回流至球形空腔中，实现了纯净水的重复利用，避免了纯净水的损耗，使得整个加热过程持续高效的进行，从而提高了装置对可燃冰的开采速度，提高了工作效率。

本发明的有益效果如下：

1.本发明所述的一种可燃冰开采钻头，通过将电阻丝设置于采集球内部，使得电阻丝与可燃冰层相互隔离，提高了可燃冰开采过程的安全性；同时本发明通过设置可以调节的一号切刀与收缩在一号切刀内部的二号切刀，使得采集球在对可燃冰开采过程中受可燃冰中的硬物或岩石层的影响小，保证了可燃冰开采过程持续高效的进行，提高了开采效率。

2.本发明所述的一种可燃冰开采钻头，通过固定杆、一号气囊、循环气路、一号支路、一号导气管、二号导气管相互配合，使得采集球在对可燃冰开采过程中，遇到高硬度的物体时，二号切刀可以伸出固定块外，与一号切刀相互配合使得硬物被破碎，使得开采过程顺利进行，提高了可燃冰的开采速度。

3.本发明所述的一种可燃冰开采钻头，通过在采集球中设置装载有水的球形空腔，再通过三号导气管将球形空腔中产生的热的水蒸气导入到收集罩中的圆弧形空腔内，使得收集罩对收集罩与采集球之间的未被融化的可燃冰进行融化收集，提高了可燃冰的开采速度，避免了未融化的可燃冰进入抽气管中，从而避免了抽气管堵塞，提高了装置的实用性。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1中a处的局部放大图；

图3是图2中b处的局部放大图；

图中：收集罩1、抽气管2、固定杆3、采集球4、电阻丝5、一号切刀6、一号气囊7、循环气路8、三号导气管41、一号导气管61、固定块62、二号切刀63、二号气囊64、一号支路81、活塞82、活塞杆83、二号导气管84

具体实施方式

使用图1-图3对本发明一实施方式的高效的可燃冰开采装置的结构进行如下说明。

如图1所示，本发明所述的一种可燃冰开采钻头，包括收集罩1、抽气管2、固定杆3、采集球4与电阻丝5；所述收集罩1为碗型，收集罩1用于聚集可燃冰生成的甲烷气体；所述抽气管2与收集罩1相连接，抽气管2用于抽取收集罩1中聚集的甲烷气体；所述固定杆3位于抽气管2内；所述采集球4安装在固定杆3的底部，采集球4用于对可燃冰进行采集；所述电阻丝5位于采集球4内部，电阻丝5用于加热采集球4使得可燃冰融化，电阻丝5位于采集球4内部可以避免电阻丝5与可燃冰接触，从而避免电阻丝5遇水短路带动可燃冰爆炸，提高了装置的安全性。工作时，将高效的可燃冰开采装置伸入钻井中，此时固定杆3带动采集球4向下运动，并带动采集球4旋转对可燃冰进行开采，提高了对可燃冰的开采速度，采集球4中的电阻丝5对采集球4进行加热使得采集球4将可燃冰融化，溶化后的可燃冰逐渐生成甲烷气体向着收集罩1聚集，收集罩1的碗型结构防止了可燃冰气体的逃逸，最大程度上的对可燃冰进行了收集，此时抽气管2对收集罩1内的可燃冰气体进行抽取，使得可燃冰气体被持续不断的输送至相关的收集装置中；过程中，电阻丝5安装在采集球4内部提高了可燃冰采集过程中的安全性，避免了加热后的可燃冰产生的水对电阻丝5造成短路，从而避免了可燃冰气体燃烧爆炸，提高了装置的安全性，提高了开采过程中的安全性。

如图1与图2所示，所述采集球4上还设有凹槽与若干一号切刀6，凹槽与一号切刀6数量相同，一号切刀6上端铰接在采集球内部的凹槽内，一号切刀6可以在凹槽内转动一定角度，一号切刀6用于对可燃冰与可燃冰中其它固体硬物进行破碎。工作时，一号切刀6的存在加速了可燃冰开采的速度，加速了采集球4穿过可燃冰层的速度，同时一号切刀6能够对可燃冰中的固体硬物进行破碎，避免了可燃冰开采过程受阻碍，提高了装置的开采效率与实用性。

如图1所示，所述固定杆3分为上下两节，两节固定杆3之间通过弹簧与一号气囊7相连接，下方固定杆3内部设有通道，一号气囊7与通道相连接，一号气囊7为弹性气囊，弹性气囊使得一号气囊7受压可自动恢复；所述采集球4内部设有循环气路8，循环气路8与固定杆3内部通道相连接，循环气路8用于输送一号气囊7中的气体；所述循环气路8上设有若干一号支路81，一号支路81内部设有活塞82、活塞杆83与弹簧，活塞82与活塞杆83相连接，活塞杆83与一号切刀6相连接，弹簧一端与活塞82相连，弹簧另一端连接在一号支路81内壁上，一号支路81用于输送循环气路8中的气体通过活塞杆83调节一号切刀6的角度。工作时，当遇到可燃冰层密度与硬度较大时，或者遇到较硬的硬物时，上下两节固定杆3相互挤压并旋转，使得一号气囊7受压向循环气路8中供气，循环气路8中的气体进入一号支路81中对活塞82进行冲击，从而使得活塞杆83带动一号切刀6运动，使得一号切刀6张开一定的角度，固定杆3带动采集球4与一号切刀6对较硬的可燃冰与可燃冰中的硬物进行破碎，有效的提高了可燃冰的开采速度，避免开采过程受阻、停顿，保证了开采过程的顺利进行。

如图2所示，所述循环气路8上还设有二号导气管84，二号导气管84数量与一号切刀6数量相同，二号导气管84一端与循环气路8相连通，二号导气管84另一端吸附在一号切刀6上同时可以在一号切刀6上滑动；所述一号切刀6上还设有一号导气管61、固定块62与二号切刀63；所述一号导气管61位于一号切刀6内，一号导气管61用于与二号导气管84连通；所述固定块62至少为两组，每组至少含一个固定块62，固定块62周向安装在一号导气管61上，固定块62中间为连通状态，固定块62与一号导气管61连通，固定块62远离一号导气管61一端的端部设有斜坡，使得二号切刀63不会冲出固定块62；所述二号切刀63安装在固定块62内，二号切刀63底部将固定块62密封，二号切刀63可以在固定块62内移动，二号切刀63用于协助一号切刀6对可燃冰内的固体硬物进行破碎，二号切刀63将固定块62密封使得进入固定块62内的气体不会泄露，保证了二号切刀63受到足够的推动力。工作时，采集球4向下运动过程中遇到的可燃冰硬度过大，或者遇到的硬物硬度过大时，一号切刀6破碎过程受阻，此时，一号气囊7受到的挤压力大，一号气囊7中的气体通过循环气路8与一号支路81冲击活塞82，使得活塞杆83带动一号切刀6转动，此时一号切刀6受到的冲击力大，转动角度大，从而使得一号切刀6内部的一号导气管61与采集球4中的二号导气管84相连通，循环气路8中的气体进入一号导气管61中将二号切刀63从固定块62内推动，固定块62上的斜坡使得二号切刀63不会冲出固定块62内，二号切刀63底部将固定块62密封使得进入固定块62内的气体不会泄露，同时使得二号切刀63受到足够的推动力伸出固定块62外，二号切刀63伸出固定块62外对一号切刀6进行帮助，使得高硬度的可燃冰与高硬度的硬物被破碎，从而保证了开采过程的顺利进行，进而保证了可燃冰的开采效率。

如图3所示，所述一号切刀6上还设有二号气囊64；所述二号气囊64数量若干，二号气囊64安装在相邻组的固定块62中间，二号气囊64上设有通孔，二号气囊64为弹性气囊，二号气囊64用于吹出相邻组固定块62之间的可燃冰；所述相邻组固定块62之间还通过弹簧相连接。工作时，一号切刀6受压使得相邻组的固定块62相互靠近，固定块62的相互靠近对固定块62之间的可燃冰进行挤压，提高了工作效率，同时避免了固定块62之间的可燃冰对一号切刀6造成阻碍，同时固定块62相互靠近时，挤压二号气囊64，使得二号气囊64将气体从通孔中排出，二号气囊64为弹性气囊，使得二号气囊64受挤压后可以自动恢复，二号气囊64吹出的气对固定块62之间的可燃冰碎屑与固体硬物进行清理，避免了固定块62之间出现固体硬物碎屑与可燃冰碎屑的堆积，避免了一号切刀6工作受到影响，从而提高了装置的工作效率，提高了可燃冰的开采速度。

如图3所示，所述一号导气管61材质为聚氯乙烯，聚氯乙烯材料用于确保一号导气管61长时间使用。工作时，聚氯乙烯材料使得一号导气管61具有良好的抗酸碱腐蚀性，避免了一号导气管61受到可燃冰中其它物质的腐蚀，同时聚氯乙烯稳定性、抗压、与恢复性能好，能够避免固定块62相互靠近时对一号导气管61的影响，保证了一号切刀6与二号切刀63的顺利工作，同时提高了一号导气管61的使用寿命，提高了装置的使用寿命。

如图1与图2所示，所述收集罩1中间还设有圆弧形空腔，收集罩1上表面涂有隔热层，收集罩1下表面涂有导热性能好的材料；所述采集球4内部还设有球形空腔与三号导气管41；所述球形空腔内装有纯净水，纯净水用于提供水蒸气；所述三号导气管41一端与球形空腔相连接，三号导气管41另一端与收集罩1的通道相连接，三号导气管41用于将球形空腔内的水蒸气导入收集罩1的通道内。工作时，球形空腔内的纯净水在电阻丝5的作用下受热产生水蒸气，水蒸气顺着三号导气管41进入收集罩1的圆弧形空腔中，使得收集罩1均匀受热，从而对收集罩1内的可燃冰进行加热，提高了可燃冰的开采速度，同时避免收集罩1下方的可燃冰未及时转变为气态，造成抽气管2堵塞，同时收集罩1上表面的隔热材料使得收集罩1上表面残余的可燃冰不会气化，避免了甲烷气体未经过收集而泄露到大气中，提高了装置的实用性，收集罩1下表面导热材料提高了收集罩1对可燃冰的融化速度，提高了工作效率；同时水蒸气在收集罩1中遇冷液化为水，回流至球形空腔中，实现了纯净水的重复利用，避免了纯净水的损耗，使得整个加热过程持续高效的进行，从而提高了装置对可燃冰的开采速度，提高了工作效率。

具体工作流程如下：

工作时，将高效的可燃冰开采装置伸入钻井中，此时固定杆3带动采集球4向下对可燃冰进行开采，采集球4中的电阻丝5对采集球4进行加热使得采集球4将可燃冰融化，溶化后的可燃冰逐渐变成甲烷气体向着收集罩1聚集，收集罩1的碗型结构防止了可燃冰气体的逃逸，最大程度上的对可燃冰气体进行了收集，此时抽气管2对收集罩1内的可燃冰气体进行抽取，使得可燃冰气体被持续不断的输送至相关的收集装置中；过程中，电阻丝5安装在采集球4内部提高了可燃冰采集过程中的安全性，避免了加热后的可燃冰产生的水对电阻丝5造成短路，从而避免了可燃冰气体燃烧爆炸，提高了装置的安全性，提高了开采过程中的安全性。过程中，采集球4上的一号切刀6随着固定杆3旋转着向下运动，对可燃冰进行开采，并对坚硬的可燃冰与可燃冰中的固体硬物进行破碎，保证了开采过程的顺利进行，开采过程中遇到较硬的可燃冰层或固体硬物时，两节固定杆3挤压一号气囊7，使得一号气囊7受压向循环气路8中供气，循环气路8中的气体进入一号支路81中对活塞82进行冲击，从而使得活塞杆83带动一号切刀6运动，使得一号切刀6张开一定的角度，固定杆3带动采集球4与一号切刀6对较硬的可燃冰与可燃冰中的硬物进行破碎，有效的提高了可燃冰的开采速度，避免开采过程受阻、停顿，保证了开采过程的顺利进行；当遇到的硬物或可燃冰层过于坚硬，一号切刀6不足以对其进行破碎时，一号气囊7受到的压力变大，一号气囊7中的气体通过循环气路8与一号支路81冲击活塞82，使得活塞杆83带动一号切刀6转动，此时一号切刀6受到的冲击力大，转动角度大，从而使得一号切刀6内部的一号导气管61与采集球4中的二号导气管84相连通，循环气路8中的气体进入一号导气管61中将二号切刀63从固定块62内推动，固定块62上的斜坡使得二号切刀63不会冲出固定块62内，二号切刀63底部将固定块62密封使得进入固定块62内的气体不会泄露，同时使得二号切刀63受到足够的推动力伸出固定块62外，二号切刀63伸出固定块62外对一号切刀6进行帮助，使得高硬度的可燃冰与高硬度的硬物被破碎，从而保证了开采过程的顺利进行，进而保证了可燃冰的开采效率。

一号切刀6工作过程中，一号切刀6受压使得相邻组的固定块62相互靠近，固定块62的相互靠近对固定块62之间的可燃冰进行挤压，提高了工作效率，同时避免了固定块62之间的可燃冰对一号切刀6造成阻碍，同时固定块62相互靠近时，挤压二号气囊64，使得二号气囊64将气体从通孔中排出，二号气囊64为弹性气囊，使得二号气囊64受挤压后可以恢复，二号气囊64对固定块62之间的可燃冰碎屑与固体硬物进行清理，避免了固定块62之间出现固体硬物碎屑与可燃冰碎屑的堆积，避免了一号切刀6工作受到影响，从而提高了装置的工作效率，提高了可燃冰的开采速度。同时，聚氯乙烯材料使得一号导气管61具有良好的抗酸碱腐蚀性，避免了一号导气管61受到可燃冰中的物质的腐蚀，同时聚氯乙烯稳定性、抗压、与恢复性能好，能够避免固定块62相互靠近时对一号导气管61的影响，保证了一号切刀6与二号切刀63的顺利工作，同时提高了一号导气管61的使用寿命，提高了装置的使用寿命。

当电阻丝5对采集球4加热时，采集球4球形空腔内的纯净水在电阻丝5的作用下受热产生水蒸气，水蒸气顺着三号导气管41进入收集罩1的圆弧形空腔中，使得收集罩1均匀受热，从而对收集罩1内的可燃冰进行加热，提高了可燃冰的开采速度，同时避免收集罩1下方的可燃冰未及时转变为气态，造成抽气管2堵塞，同时收集罩1上表面的隔热材料使得收集罩1上表面残余的可燃冰不会气化，避免了甲烷气体未经过收集而泄露到大气中，提高了装置的实用性，收集罩1下表面导热材料提高了收集罩1对可燃冰的融化速度，提高了工作效率；同时水蒸气在收集罩1中遇冷液化为水，回流至球形空腔中，实现了纯净水的重复利用，避免了纯净水的损耗，使得整个加热过程持续高效的进行，从而提高了装置对可燃冰的开采速度，提高了工作效率。

以上，关于本发明的一实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离本发明主旨的范围内能够进行各种变更。

(a)在上述实施方式中，通过在球形空腔内加入水，通过水蒸气换热，从而实现收集罩对可燃冰持续不断的加热，但不限于此，也可以用其他液体代替水作为换热介质。

工业实用性

根据本发明，此装置能够高效的对可燃冰进行开采，并且安全性高，从而此高效的可燃冰开采装置在可燃冰开采技术领域中是有用的。