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龙图腾网获悉中国矿业大学(北京)申请的专利一种超临界液氮射流硬岩钻进方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN111042736B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-11-14发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202010000307.7，技术领域涉及：E21B7/18；该发明授权一种超临界液氮射流硬岩钻进方法是由杨晓峰;曲展慧;聂爱国;周家恒;简权设计研发完成，并于2020-01-02向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种超临界液氮射流硬岩钻进方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种临界液氮射流硬岩钻进方法，针对在硬岩层钻进时，普通水射流的钻进效率不高，以及刀具磨损程度较大等问题。本发明基于冷热交替致裂的原理，以超临界液氮和高温水的交汇实现了硬岩的高钻进率；基于本钻进方法的钻进装置具有机械脉冲装置和喷嘴摆动装置，可有效破碎未被刀具切割并易对钻头产生磨损的硬岩凸台部分。本钻进方法与常规钻探方法相比，可以起到提高钻进效率，减小钻头刀具损耗的作用。

本发明授权一种超临界液氮射流硬岩钻进方法在权利要求书中公布了：1.一种超临界液氮射流硬岩钻进方法，其特征在于，主要包括以下步骤： 步骤1：同时使水与液氮分别通过输液管7和保温保压管道6，经过水泵3、加热套管15-1和带有电加热片4的中压容器5的加工后形成高温水与超临界液氮； 步骤2：开启钻进动力机组，实施钻进，同时，分布于钻头翼上的两种流体由高压喷嘴15-4喷出并在硬岩面上交汇，钻头侧向喷嘴摆动装置15-3喷出的3股高温水分别与钻头中心的3股超临界液氮射流在硬岩凸台侧向交汇，利用冷热交替致裂作用进而提升碎岩效率； 步骤2包括如下特征：超临界液氮射流受到机械脉冲装置的控制； 机械脉冲装置控制超临界液氮射流的方法为：首先，曲面钢片上四个方向的磁性球都被包裹在磁性球挡板15-2-1中，先控制A、C两方向的磁性球从闭合挡板中脱离，具体程序为：控制挡板开关装置15-2中从动轮A15-2-11沿轮轴15-2-13向内置交流电控制磁区的主动轮15-2-10的磁区滑动吸附，同时轴电机15-2-14控制轮轴连带主动轮逆时针转动，可使从动轮A上凸起点与内置交流电控制磁区的主动轮的凹陷区卡住，牵引线15-2-7收回到从动轮A上，从而带动着内置弹簧的L形挡板15-2-5向外侧打开，至水平方向后，主动轮停止运转，牵引线停止收回；控制从动轮B15-2-12沿轮轴滑动吸附磁区，然后控制主动轮逆时针转动，可使从动轮B上凸起点与内置交流电控制磁区的主动轮的凹陷区卡住，牵引线收回到从动轮B上，从而带动收回弹簧直至磁性球挡板旋转与管壁平行方向，主动轮停止运转；然后交流电变换电流方向，将从动轮A推出主动轮卡槽，内置弹簧的L形挡板将向挡板方向闭合，从而扣住挡板，形成B、D两球被扣住，A、C球自由的情况；通过控制频率，使接下来形成A、C两球被扣住，B、D球自由的情况；带直流电的磁性区15-2-2全程工作，可保证当处于感应区感应阶段时，磁性球旋转到磁区受到引力作用使得转动受阻，便于磁性球挡板的工作；而当磁性球处于非感应区感应阶段时，在旋转通过磁区时被短暂吸引，而又由于射流冲力大于吸引力而脱离引力范围，产生延时性，使得流量变化更为明显；从而综合利用以上循环，使得四周连有磁性球ABCD的曲面钢片16在管内形成两方向的旋转从而控制流量，可在高压喷嘴15-4处喷出后可形成脉冲式且流量变化的射流； 根据所述一种超临界液氮射流硬岩钻进方法的一种超临界液氮射流硬岩钻进装置，所述一种超临界液氮射流硬岩钻进装置基于所述一种超临界液氮射流硬岩钻进方法；所述一种超临界液氮射流硬岩钻进装置包括钻头15、外接发生装置和钻进动力组；钻头主要包括加热套管15-1、挡板开关装置15-2、喷嘴摆动装置15-3、高压喷嘴15-4、四周连有磁性球的曲面钢片16；外接发生装置主要包括液氮罐1、水箱2、水泵3、电加热片4、中压容器5、保温保压管道6、输液管7；钻进动力组包括密封圈8、旋转输水器9、液压钻机卡盘10、电动滑轮11、固定桩12、井口密封装置13、钻杆14；所述一种超临界液氮射流硬岩钻进装置，其特征在于： 所述钻头内超临界液氮射流由机械脉冲装置控制，所述机械脉冲装置设置于钻头中每条保温保压管道内，与喷嘴相邻；机械脉冲装置由设置于管道轴心的四周连有磁性球ABCD的曲面钢片16和管道壁上的挡板开关装置15-2构成；其中带直流电的磁性区15-2-2和感应区15-2-3被四片磁性球挡板15-2-1围绕，磁性球挡板通过穿过弹簧收纳盒15-2-6的牵引线与从动轮B15-2-12相连，弹簧15-2-4一端连于磁性球挡板上，另一端连于弹簧收纳盒，内置扭簧的L形挡板15-2-5位于管壁内侧，与从动轮A15-2-11上的牵引线15-2-7相连；轮轴15-2-13两端固定于挡板开关锁盒15-2-9内一对对立壁上，内置交流电控制磁区的主动轮15-2-10固定在轮轴中央，两边各串连着从动轮A和从动轮B，一端固定有轴电机15-2-14，从动轮与轴的接触面涂有润滑剂，电线15-2-8连接着轴电机及感应区各配件； 所述钻头内高温水射流一部分由喷嘴摆动装置15-3控制后经高压喷嘴喷出，喷嘴摆动装置设置在钻头中输液管内向分叉管上，与横向喷嘴相邻，由双摇杆机构和摇杆电机15-3-1组成；双摇杆机构中摇杆A15-3-2与摇杆电机输出轴连接，摇杆A15-3-2和摇杆B15-3-4由连杆15-3-3连接；另一部分高温水射流由钻头中输液管外向分叉管上的3个高压喷嘴喷出； 所述保温保压管道6连接液氮罐1和旋转输水器9，中间接有中压容器5，输液管连接水泵3和旋转输水器；旋转输水器与保温保压管道6和输液管的初始交接处由密封圈8密封，钻头15连接钻杆14底部，使用管螺纹连接；液压钻机卡盘10安装在固定桩12上，由电动滑轮11和液压钻机卡盘10带动旋转和推进钻杆与钻头。

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