用于钻孔的声导航的系统技术方案

产生用于生成地热能或其他目的的钻孔的方法包括通过使弹丸加速与地质材料接触来形成所述钻孔。所述弹丸与所述地质材料之间的相互作用生成声信号，诸如地层内的振动，所述声信号使用沿着钻井导管、在表面处或在单独钻孔内的声传感器来检测。可以基于所述声信号的特性来确定所述地质材料的特性，诸如硬度、孔隙率或裂缝的存在。可以基于所述地质材料的所述特性来修改所述钻孔延伸的方向，诸如以产生与一个或多个裂缝相交的钻孔，以用于生成地热能。

Acoustic Navigation System for Drilling

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于钻孔的声导航的系统优先权本专利申请要求2018年1月15日提交的标题为“用于钻孔的声导航的系统(SystemForAcousticNavigationOfBoreholes)”的申请序列号为15/871,824的美国专利申请(案卷号834-7011)的优先权。本专利申请要求2017年1月17日提交的标题为“用于生成地热能的系统(SystemforGeneratingGeothermalEnergy)”的申请序列号为62/447,350的美国临时专利申请(案卷号834-6011)的优先权。本专利申请还要求2017年1月25日提交的标题为“用于能量的热生成的系统(SystemsforThermalGenerationofEnergy)”的申请序列号为62/450,529的美国临时专利申请(案卷号834-6012)的优先权。申请62/447,350和申请62/450,529以全文引用方式并入本文中。通过引用并入除了上述通过引用并入的申请15/871,824、62/447,350和62/450,529之外，以下美国专利申请也以引用方式并入，它们包括：2015年11月13日提交的标题为“井下超钻(Down-HoleHyperdrill)”的美国临时专利申请62/255,161。2013年3月15日提交的标题为“冲压加速器系统(RamAcceleratorSystem)”的美国专利申请13/841,236(案卷号834-7001)。2016年10月12日提交的标题为“冲压加速器系统(RamAcceleratorSystem)”的美国分案专利申请15/292,011(案卷号834-7001DIV1)。2014年5月13日提交的标题为“具有端盖的冲压加速器系统(RamAcceleratorSystemwithEndcap)”的美国临时专利申请61/992,830(案卷号834-6005)。2015年5月11日提交的标题为“具有端盖的冲压加速器系统(RamAcceleratorSystemwithEndcap)”的美国临时专利申请14/708,932、现为美国专利9,458,670(案卷号834-7005)。2016年8月24日提交的标题为“具有端盖的冲压加速器系统(RamAcceleratorSystemwithEndcap)”的美国分案专利申请15/246,414(案卷号834-7005DIV1)。2014年10月23日提交的标题为“具有共轨管的冲压加速器系统(RamAcceleratorSystemwithRailTube)”的美国临时专利申请62/067,923(案卷号834-6006)。2015年10月21日提交的标题为“具有共轨管的冲压加速器系统(RamAcceleratorSystemwithRailTube)”的美国专利申请14/919,657(案卷号834-7006)。2015年4月21日提交的标题为“具有挡板的冲压加速器系统(RamAcceleratorSystemwithBaffles)”的美国临时专利申请62/150,836(案卷号834-6007)。2016年4月21日提交的标题为“具有挡板的冲压加速器系统(RamAcceleratorSystemwithBaffles)”的美国专利申请15/135,452(案卷号834-7007)。2015年11月10日提交的标题为“加压的冲压加速器系统(PressurizedRamAcceleratorSystem)”的美国临时专利申请62/253,228(案卷号834-6008)。2016年11月1日提交的标题为“弹丸钻井系统(ProjectileDrillingSystem)”的美国专利申请15/340,753(案卷号834-7008)。2016年9月12日提交的标题为“使用冲压加速器组件的增强钻井系统(AugmentedDrillingSystemUsingRamAcceleratorAssembly)”的美国临时专利申请62/393,631(案卷号834-7009)。2017年9月7日提交的标题为“增强钻井系统(AugmentedDrillingSystem)”的美国专利申请15/698,549(案卷号834-7009)。2016年11月10日提交的标题为“用于使用弹丸产生孔的系统(SystemforGeneratingaHoleUsingProjectiles)”的美国专利申请15/348,796(案卷号834-7010)。
技术介绍
诸如用来形成用于产生碳氢化合物、水或地热能的井的那些传统钻井和挖掘方法利用钻头在地球表面中形成孔。常规钻井方法可能昂贵、材料密集并且耗费时间，从而需要从数分钟到数小时或数天不等的时间来移除地质材料并且通过纵尺来扩大孔的深度，具体取决于被移动的材料的截面面积和特性。另外地，传统钻孔朝向地质特征的有效位置和导航可能被限于使用来自表面的信号或通过在钻柱内使用装置而可以容易检测到的特征。附图说明现在将参考附图在下文更全面地描述某些实施方式和实施方案，在附图中示出了各种方面。然而，各种方面可以用很多不同的形式来实施并且不应被解释为限于本文中阐述的实施方式。附图不一定按比例，并且为了便于说明而不是通过限制，可能已经修改了所指示的物体的相对比例。相同的数字始终指代相同的元件。图1描绘了用于使用通过弹丸与地质材料之间的相互作用而生成的声信号来确定地层的特性的系统的实施方式。图2示出了用于通过加速弹丸与钻头前面的地层相互作用来在地质材料内形成钻孔的方法的第一部分。图3示出了用于通过加速弹丸与钻头前面的地层相互作用来在地质材料内形成钻孔的方法的第二部分。图4示出了用于通过加速弹丸与钻头前面的地层相互作用来在地质材料内形成钻孔的方法的第三部分。图5描绘了用于使用钻孔生成地热能的系统的实施方式。图6描绘了用于通过使流体在井下环境中循环而使用钻孔生成地热能的系统的实施方式。图7是描绘被配置成容纳热电元件的导管的实施方式的图示。图8是示出用于使用从声信号确定的数据来产生钻孔的方法的流程图。图9是示出用于基于用户约束和从声信号确定的数据来产生钻孔的方法的流程图。具体实施方式用于穿透材料的常规钻井和挖掘技术通常依赖于用来在工作面上切削或磨削的机械钻头。与机械钻头相关联的工具磨损和破裂可能会减慢这些操作，从而增加成本。此外，在切穿诸如坚硬的岩石等抗磨材料时的低进度可能因所需的时间和成本而导致费用过高。另外地，常规钻井技术的环境影响可能很明显。例如，常规钻井技术可能需要大量供应水，这在一些地区可能不容易得到。因此，资源开采可能极其昂贵、耗时或这两者。穿过地理地层钻井可以用于建立水井、油井、气井、地下管道、地热井等等。例如，可以通过将钻孔钻入地球表面中达地质地层具有显著高于地球表面处的温度的深度来产生地热能。岩石或钻孔内的其他地质材料的环境温度基于钻孔的深度而成比例地增加。来自地质材料的热量可以诸如通过向钻孔中提供冷流体而传导到用于生成能量的表面，其中来自地层的热量转移到流体，然后将流体返回到表面。例如，可以向第一钻孔中提供流体，然后向外循环通过连接到第一钻孔的第二钻孔。作为另一示例，可以向单个钻孔中的第一钻柱或环空提供流体，然后向外循本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：使第一弹丸加速穿过导管，其中所述第一弹丸接触地质材料的第一位置以形成钻孔，并且所述第一弹丸与所述第一位置处的所述地质材料之间的相互作用生成声信号；使用第二位置处的声传感器来检测所述声信号；基于所述声信号来确定所述第一位置与所述第二位置之间的所述地质材料的区域的一个或多个特性；以及基于所述一个或多个特性而在朝向或远离所述地质材料的所述区域的方向上控制所述钻孔的形成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.01.17 US 62/447,350;2017.01.25 US 62/450,529;1.一种方法，其包括：使第一弹丸加速穿过导管，其中所述第一弹丸接触地质材料的第一位置以形成钻孔，并且所述第一弹丸与所述第一位置处的所述地质材料之间的相互作用生成声信号；使用第二位置处的声传感器来检测所述声信号；基于所述声信号来确定所述第一位置与所述第二位置之间的所述地质材料的区域的一个或多个特性；以及基于所述一个或多个特性而在朝向或远离所述地质材料的所述区域的方向上控制所述钻孔的形成。2.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个特性包括所述地质材料的硬度或所述地质材料的孔隙率中的一者或多者，所述方法还包括：确定以下一者或多者：所述硬度超过阈值硬度或者所述孔隙率小于阈值孔隙率；其中在所述方向上控制所述钻孔的形成包括使所述钻孔沿着避免与所述地质材料的所述区域相交的路径延伸。3.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个特性包括所述地质材料的硬度或所述地质材料的孔隙率中的一者或多者，所述方法还包括：确定以下一者或多者：所述硬度小于阈值硬度或者所述孔隙率大于阈值孔隙率；其中在所述方向上控制所述钻孔的形成包括使所述钻孔沿着与所述地质材料的所述区域相交的路径延伸。4.如权利要求1所述的方法，其中所述一个或多个特性包括所述地质材料内的大小大于阈值大小的一个或多个裂缝，并且使所述钻孔在所述方向上延伸包括使所述钻孔沿着与所述一个或多个裂缝中的至少一个裂缝相交的路径延伸。5.如权利要求4所述的方法，其中所述第一弹丸被配置成向所述地质材料施加纵向力以使所述钻孔延伸，所述方法还包括：使第二弹丸加速到达所述一个或多个裂缝附近的所述钻孔的一部分，其中所述第二弹丸被配置成在与所述地质材料接触后向所述一个或多个裂缝施加横向力，以增大所述至少一个裂缝的大小。6.如权利要求1所述的方法，其还包括：确定所述钻孔内的第一温度超过阈值温度；向所述钻孔中提供具有小于所述第一温度的第二温度的流体，其中所述流体被加热到大于所述第二温度的第三温度；使具有所述第三温度的所述流体循环到所述钻孔的上端；以及使用来自具有所述第三温度的所述流体的热量来生成电流。7.如权利要求1所述的方法，其中至少一个热电元件与所述第一导管相关联，所述方法还包括：向所述钻孔的具有第一温度的一部分提供流体，其中所述流体具有小于所述第一温度的第二温度，所述流体位于所述热电元件的第一侧上，所述钻孔的所述部分位于所述热电元件的与所述第一侧相反的第二侧上，并且所述热电元件响应于所述第一温度与所述第二温度之间的温度差而生成电流；以及将由所述热电元件生成的电流朝向所述钻孔的上端传导。8.如权利要求1所述的方法，其还包括：接收指示与产生预定量的电力相关联的热能的量的用户输入；确定用于产生所述热能的量的阈值温度；确定对应于所述阈值温度的钻孔深度；以及使所述钻孔延伸到所述钻孔深度。9.如权利要求8所述的方法，其还包括：基于所述用户输入或所述地热能的量的值中的一者或多者来确定阈值成本；基于所述地质材料的所述区域的所述一个或多个特性来确定用于产生具有所述钻孔深度的所述钻孔的成本；以及确定所述成本小于所述阈值成本。10.一种方法，其包括：使第一弹丸加速与地质材料接触，其中所述第一弹丸与所述地质材料之间的相互作用生成声信号；使用声传感器来检测所述声信号；基于所述声信号来确定所述地质材料的区域内的一个或多个裂缝；以及使第一钻孔延伸以与所述一个或多个裂缝中的至少一个裂缝相交。11.如权利要求10所述的方法，其还包括：使第二弹丸加速到...

【专利技术属性】
技术研发人员：H·埃尔巴达维，M·C·拉塞尔，C·T·拉塞尔，T·J·艾德，M·布顿，
申请(专利权)人：海普赛尔斯公司，
类型：发明
国别省市：美国,US