CN110005337A - 带端帽的冲压加速器系统 - Google Patents

Abstract

一种或多种冲压加速器装置，所述冲压加速器装置可用于在地质材料或其他材料中形成一个或多个孔洞。这些孔洞可用于进行钻挖、隧道掘进、挖掘等等。所述冲压加速器装置推进抛射体，所述抛射体通过在冲压效应下燃烧一种或多种可燃气体来加速以达到超过500米/秒的速度。端帽可部署在所述冲压加速器装置的管道内，以防地层压力产物诸如油、水、泥浆、气体等等侵入所述冲压加速器装置的引导管中。在操作过程中，所述抛射体穿透所述端帽，并且其至少一部分冲击工作面。在一些实现方式中，吹扫气体可用于在所述端帽与所述工作面之间形成缺量部分。

Description

带端帽的冲压加速器系统

本申请是国际申请号为PCT/US2015/030320、国际申请日为2015年5月12日、发明名称为“带端帽的冲压加速器系统”的PCT国际申请于2016年11月11日进入中国国家阶段后申请号为“201580027250.7”的中国国家阶段专利申请的分案申请。

优先权

本申请要求2015年5月11日提交的标题为“带端帽的冲压加速器系统”的美国非临时专利申请序列号14/708,932的优先权，该申请的内容以引用的方式并入当前公开内容。美国非临时专利申请序列号14/708,932要求2014年5月13提交的标题为“带端帽的冲压加速器系统”的美国临时专利申请序列号61/992,830的优先权，该申请的内容以引用的方式并入当前公开内容。

发明背景

传统钻挖和挖掘方法利用钻具在一层或多层待穿透的材料中形成孔洞。挖方、采石和隧道掘进还可使用放置在孔洞中并引爆的爆炸物，以便破碎所述材料的至少一部分。爆炸物使用造成另外的安全和管理负担，这增加了操作成本。通常，这些方法经历钻挖、爆破、去除材料、地面支撑，并且是用于将材料去除以形成期望洞穴的相对缓慢方法(每纵尺的数分钟到数小时到数天通常是取决于正移动的横截面积)。

附图简述

现将参考附图在下文中更完全地描述某些的实现方式和实施方案，各种方面在附图中示出。然而，各种方面可以许多不同形式实现，并且不应理解为限制于本文所阐明的实现方式。附图不一定按比例绘制，并且指出的对象的相对比例可能已经为容易例示而非作为限制来进行修改。在全文中，相似数字是指相似元件。

图1是用于使用冲压加速器钻挖或挖掘的例示系统，所述冲压加速器包括存放有一种或多种可燃气体的多个区段，所述多个区段被配置为将抛射体朝材料的工作面推进。

图2示出使用冲压加速器钻挖来形成的弯曲钻挖路径。

图3示出区段分离器机构，所述区段分离器机构被配置为重置在抛射体发射过程中被穿透的隔膜，使得冲压加速器的各个区段之间的密封得以维持。

图4示出抛射体，所述抛射体被配置为使用冲压燃烧效应进行加速。

图5示出抛射体，所述抛射体被配置有内部磨芯，所述内部磨芯被配置为在冲击时并且在此之后提供对材料的磨蚀。

图6示出抛射体与地质材料的流体-流体冲击相互作用。

图7示出抛射体与地质材料的非流体-流体冲击相互作用。

图8示出与引导管关联的另外细节、以及能够放置在井下的扩孔钻和其他装置。

图9示出放置在井下的引导管，所述引导管具有耦接至一个或多个抛出物通道的抛出物收集器，所述抛出物通道被配置为通过冲击将抛出物运送到地上以供进行处置。

图10示出放置在井下的引导管，所述引导管具有扩孔钻，所述扩孔钻被配置为通过在地上循环以将抛出物的至少一部分去除的流体冷却。

图11示出放置在井下的引导管，所述引导管在孔洞内部署连续混凝土衬砌。

图12示出使用冲压加速器来用多个抛射体钻出多个孔洞的隧道掘进或挖掘。

图13示出用于去除由冲压加速器抛射体钻出的孔洞限定的岩段的装置。

图14是使用冲压加速器钻出孔洞的过程的流程图。

图15是多个抛射体多次击发的过程的流程图，其中击发模式会在至少一些击发之间有所调整。

图16示出部署有端帽的放置在井下的引导管以及用于在孔洞之中的地层流体中形成缺量部分的系统。

图17是利用端帽的过程的流程图。

具体实施方式

用于将材料穿透的常规钻挖和挖掘技术通常依赖用于在工作面处进行切割或磨削的机械钻头。这些材料可包括金属、陶瓷、地质材料等等。在机械钻头上的工具磨损和破裂减缓这些操作，从而增加成本。此外，将材料(诸如硬质岩石)切穿的进展速率会受抑制。可使用钻挖来修建水井、油井、气井、地下管线等等。另外，常规技术对环境的影响可能是显著的。例如，常规钻挖可能需要供应大量的水，这在干旱区域中可为不容易实现的。因此，资源提取可能是极为昂贵、耗时、或这两者皆有的。

本公开描述了用于使用冲压加速器将一个或多个抛射体朝向地质材料的工作面喷射以形成孔洞的系统和技术。冲压加速器包括发射管，所述发射管分成多个区段。每个区段被配置为存放一种或多种可燃气体。抛射体沿发射管向下并通过多个区段来提升至某个冲压速度。在冲压速度下，至少部分由抛射体的形状提供的冲压压缩效应发起在冲压压缩效应下燃烧一种或多种可燃气体，从而加速抛射体。在一些实现方式中，抛射体可加速至超高速。在一些实现方式中，超高速包括在从冲压加速器发射管喷射或离开时大于或等于2千米/秒的速度。在一些实现方式中，抛射体可加速至非超高速。在一些实现方式中，非超高速包括低于2千米/秒的速度。

从冲压加速器喷射的抛射体撞击地质材料的工作面。以超高速行进的抛射体通常由于抛射体中的大量动能，在冲击时与地质材料在工作面处相互作用以形成流体-流体相互作用。这种相互作用形成孔洞，所述孔洞一般呈柱形的形式。通过击发一系列抛射体，孔洞可穿过地质材料来形成或钻出。相较来说，以非超高速行进的抛射体与地质材料在工作面处相互作用以形成固体-固体相互作用。这种相互作用可断裂或粉碎地质材料，并且可形成柱形孔洞或具有锥形轮廓的坑。

区段分离器机构被配置为在冲压加速器中的包含一种或多种可燃气体的不同区段之间提供一个或多个屏障。每个区段可配置为包含处于各种条件(诸如特定压力等等)下的一种或多种可燃气体。区段分离器机构可采用隔膜、阀等等，其配置为密封一个或多个区段。在击发过程中，抛射体穿过隔膜，从而打破密封，或者阀在发射前打开。可使用卷筒机构将隔膜未使用的部分移动到位，从而恢复密封。也可使用其他分离器机构(诸如球形阀、板、端帽、重力梯度等等)。所述分离器机构可配置为作为防喷器、反冲装置等等操作。例如，所述分离器机构可包括球形阀，所述球形阀被配置为在井下压力超过阈值压力时闭合。

通过抛射体的冲击来形成的孔洞可进一步被引导或处理。引导管(也称“漂移管”)可插入孔洞中，以便防止沉降、导引钻挖路径，部署器械等等。在一些实现方式中，扩孔钻或活动隔件可耦接至引导管并被插入井下。扩孔钻可包括一个或多个切割或磨削表面，所述切割或磨削表面被配置为使孔洞成形为基本上均匀的横截面。例如，扩孔钻可配置为使孔洞的侧部平滑。

还可将扩孔钻配置为在引导管与孔洞的壁之间施加侧向力，从而偏斜或以其他方式导引在特定方向的钻挖。这样的方向性使得冲压加速器能够形成弯曲钻挖路径

引导管被配置为接受从冲压加速器喷射的抛射体，并将它们朝向工作面导引。一系列抛射体可从冲压加速器来沿引导管向下击发，从而允许连续钻挖操作。在操作过程中，可使用端帽来改进系统性能。抛射体可刺穿端帽以到达工作面。还可提供其他操作，诸如将连续混凝土衬砌插入孔洞中。

包括通过一个或多个抛射体对地质材料的冲击得到的材料的抛出物可从孔洞去除。在一些实现方式中，因冲击造成的背压可将抛出物从孔洞中推出。在一些实现方式中，工作流体(诸如压缩空气、水等等)可注入孔洞中，以有助于去除抛出物的至少一部分。注入可连续地、在抛射体的发射前、在抛射体的发射期间、或在抛射体的发射后进行。

一个或多个冲压加速器还可部署用来钻出若干孔洞，以供用于进行隧道掘进、挖掘等等。多个加速器可顺序或同时击发，以撞击到工作面上的一个或多个目标点。在若干孔洞通过抛射体冲击形成后，可使用各种技术来去除由接近于彼此的两个或更多个孔洞限定的各片地质材料。可通过破碎器来施加机械力，以将各片地质材料在工作面处从地质材料主体上折断、破碎或以其他方式释放。在其他实现方式中，可将常规的爆炸物放置到冲压加速器钻出的孔洞中，并引爆以打碎地质材料。

在一些实现方式中，常规钻挖技术和设备可结合冲压加速器钻挖来使用。例如，可使用冲压加速器钻挖来达到特定目标深度。在处于目标深度时，可使用常规取芯钻具从目标深度处的岩层取得岩心样本。

可使用描述的系统和技术来减少时间、成本、以及对资源提取、资源勘探、构造等等的环境的必要性。此外，冲压加速器钻挖能力实现对自然资源的更深的勘探和开采。另外，可使用在冲击过程中释放出的能量来进行地质调查，诸如反射波勘探法、岩层表征等等。

例示性的系统、机构和过程

图1是用于使用冲压加速器102钻挖或挖掘的例示性的系统100。冲压加速器102可定位成与地质材料106或目标材料相距隔开距离104。地质材料106可包括岩石、泥土、冰等等。冲压加速器102具有主体108。主体108可包含一种或多种材料，诸如钢、碳纤维、陶瓷等等。

冲压加速器102包括推动机构110。推动机构110可包括气枪、电磁发射器、固体爆炸装药、液体爆炸装药、背压系统等等。推动机构110可通过在抛射体118与一种或多种可燃气体中的颗粒之间提供相对差速来操作，所述相对差速等于或大于冲压速度。冲压速度是抛射体118相对于一种或多种可燃气体中的颗粒的速度，在冲压速度下，发生冲压效应。在一些实现方式中，推动机构110内的发射管116的至少一部分在发射前，可维持处于真空下。

在此处所描绘的实例中，推动机构包括引燃气枪，所述引燃气枪包括耦接至腔室114的点火器112。腔室114可配置为容纳一种或多种可燃或可爆或易爆材料，这些材料在通过引燃器112引燃时产生能量反应。在所描绘的气枪实现方式中，腔室114被耦接到发射管116，抛射体118放置在发射管内。在一些实现方式中，抛射体118可包括或邻近填塞器120，所述填塞器被配置为至少暂时密封腔室114以将其与发射管116隔绝。填塞器120可为附接、整合但易碎的，或独立于抛射体118但与其相接触。一个或多个防爆孔122可提供来释放反应副产物。在一些实现方式中，发射管116可为平滑、带膛线的，包括一个或多个引导轨道或其他引导特征等等。发射管116或其部分可维持处于低于环境大气的压力的压力下。例如，发射管116的部分(诸如推动机构110中的那些)可排空至小于25托的压力。

推动机构110被配置为利用抛射体118发起冲压效应。冲压效应造成一种或多种可燃气体被抛射体118压缩并随后在抛射体118的背侧附近燃烧。这种压缩造成一种或多种可燃气体加热，从而触发点燃。以放热反应燃烧的点燃气体在沿发射管116向下加速的抛射体118上施加脉冲。在一些实现方式中，可使用烟火点火器来辅助或发起点燃。烟火点火器可附连至抛射体118的一部分，或者可布置在发射管内。

推动机构110可使用电磁、固体爆炸装药、液体爆炸装药、所存储的压缩气体等等以冲压速度沿发射管116推进抛射体118。在一些实现方式中，可使用背压系统。背压系统使得一种或多种可燃气体的至少一部分加速通过静止的抛射体118，从而在初始静止的抛射体118中产生冲压效应。例如，在抛射体搁置在发射管116内时，处于高压下的可燃气体混合物可从发射管116内的端口排放通过抛射体118。这种相对差速实现冲压速度，并且冲压燃烧效应开始并沿发射管116向下推动抛射体118。还可使用混合系统，其中抛射体118移动，与此同时背压施加。

抛射体118沿发射管116从推动机构110进入一个或多个冲压加速区段124中。冲压加速区段124(或者说是“区段”)可由区段分离器机构126分界。区段分离器机构126被配置为维持已允许经由特定区段124中的一个或多个进气阀130进入区段124的可燃气体混合物128。不同区段124中的每个区段可具有不同可燃气体混合物128。

区段分离器机构126可包括阀(诸如球形阀)、隔膜、重力梯度、液体、端帽或其他结构或材料，它们被配置为基本上将不同可燃气体混合物128维持在它们相应区段124内。在以下关于图3所描述的一个实现方式中，隔膜可使用卷筒机构来部署，从而允许在冲压加速器1022操作过程中，在隔膜被抛射体118穿透之后能够相对快速重置所述隔膜。在其他实现方式中，发射管116可布置为成不垂直于当地垂线的某个角度，使得重力将不同可燃气体混合物128基于它们相对密度来保持在不同高度处。例如，较轻可燃气体混合物128“漂浮”在较重可燃气体混合物128的上方，较重可燃气体混合物128下沉或保留在发射管116的底部。在另一实例中，孔洞134的底部的流体可提供密封，从而允许引导管136将填充有可燃气体混合物128并用作为冲压加速区段124。

在这个图示中，描绘如通过5个区段分离器机构126(1)-(5)维持的4个区段124(1)-(4)。当准备操作时，区段124(1)-(4)中的每个区段被填充有可燃气体混合物128(1)-(4)。在其他实现方式中，可使用不同数量区段124、区段分离器机构126等等。

可燃气体混合物128可包括一种或多种可燃气体。一种或多种可燃气体可包括氧化剂或氧化试剂。例如，可燃气体混合物128可包括比例为2:1的氢和氧。也可使用其他可燃气体混合武器，诸如硅烷和二氧化碳。可燃气体混合物128可通过从环境大气提取、由使用固体材料的固体或液体气体发生器进行材料(诸如水)电解来提供，这些固体材料化学反应以从先前存储的气体或液体等等释放可燃气体。

可燃气体混合物128在区段124之间可相同或可不同。这些差异包括化学组分、压力、温度等等。例如，区段124(1)-(4)中的每个区段中的可燃气体混合物128的密度可沿发射管116减小，使得区段124(1)将可燃气体128保持为在比区段124(4)更高的压力下。在另一实例中，区段124(1)中的可燃气体混合物128(1)可包含氧和丙烷，而可燃气体混合物128(3)则可包含氧和氢。

一个或多个传感器132可配置为在沿冲压加速器102的一个或多个位置处。这些传感器可包括压力传感器、化学传感器、密度传感器、疲劳传感器、应变计、加速度计、接近传感器等等。

冲压加速器102被配置为从发射管116的喷射端并朝向地质材料106或其他地质材料106的工作面喷射抛射体118。在冲击时，可形成孔洞134。喷射端是冲压加速器102的接近可供东134的部分。

一系列抛射体118可一个接一个地击发以形成孔洞，所述孔洞在长度上随着每次冲击有所增长。冲压加速器102可将抛射体118加速至超高速。如本公开所使用，超高速包括在从冲压加速器发射管喷射或离开时大于或等于2千米/秒的速度。

在一些实现方式中，抛射体可加速至非超高速。非超高速包括低于2千米/秒的速度。超高速或非超高速还可基于抛射体118与地质材料106或其他地质材料106的相互作用进行表征。例如，超高速冲击以流体-流体类型相互作用为特征，而非超高速则并非如此。这些相互作用关于图6和图7在下文中更详细地描述。

在一些实现方式中，引导管136可插入孔洞134中。引导管136的内部可为平滑、带膛线的，包括一个或多个引导轨道或其他引导特征等等。引导管136为抛射体118提供从冲压加速器102向地质材料106的将要钻挖的部分行进的通路。引导管136还可用于防止沉降、导引钻挖路径、部署器械、部署扩孔钻等等。因此，引导管136可沿循于通过抛射体118的连续冲击来形成的钻挖路径138。引导管136可包括诸如利用螺纹、夹具等等耦接在一起的多个区段。引导管136可为圆形、椭圆形、矩形、三角形，或描述为横截面是多边形的。引导管136可包括彼此相嵌套的一个或多个管道或其他结构。例如，引导管136可包括同轴安装的内管和外管，或使内管抵靠外管一侧。

相较常规钻挖来说，使用抛射体118的冲击形成孔洞134通过最小化与添加更多个引导管136关联的停工来造成钻挖速度增加。例如，在重复如下操作后，隔开距离104可增加至0至100英尺的距离。在使用若干个抛射体118延伸孔洞134后，可使击发停止，同时插入一个或多个另外的引导管136。相较来说，常规钻挖可涉及每10英尺停止一次以添加新的钻挖管道区段，这造成了进展较慢。

钻挖路径138的方向可通过修改冲压加速器102的一个或多个击发参数、移动引导管136等等来改变。例如，引导管136上的扩孔钻可通过推压孔洞134的壁来施加侧压力，从而将引导管136向特定方向曲折或倾斜。

抛出物收集器140被配置为收集或捕获因一个或多个抛射体118冲击得到的抛出物的至少一部分。抛出物收集器140可放置在孔洞134的顶部附近，诸如被耦接至引导管136。

在一些实现方式中，钻具卡盘142可机械地耦接到引导管136，使得引导管136可上升、下降、旋转、倾斜等等。由于地质材料106将通过抛射体118的冲击来去除，因此引导管136的端部并不承载与传统机械钻挖技术关联的负载。因此，相较常规钻挖来说，带冲压加速器系统的钻具卡盘142可向引导管136施加较少扭矩。

冲压加速器102可结合常规钻挖技术来使用。这将关于图2在下文中更详细地论述。

在一些实现方式中，电子控制系统144可耦接到冲压加速器102、一个或多个传感器132、抛射体118中的一个或多个传感器等等。控制系统144可包括一个或多个处理器、存储器、接口等等，它们被配置为方便冲压加速器102操作。控制系统144可耦接至一个或多个区段分离器机构126、进气阀130和传感器132，以协调冲压加速器102的配置来喷射抛射体118。例如，控制系统144可将特定可燃气体混合物128填充到特定区段124中，并且推荐使用特定抛射体118类型在特定地质材料106中形成特定孔洞134。

在一些实现方式中，替代区段分离器机构126或除其之外，可将挡板或环形构件放置在冲压加速区段124内。挡板被配置为允许抛射体118在操作过程中穿过。

也可存在其他机构，这些机构未在此处描绘。例如，注入系统可配置为将一种或多种材料加入抛射体118的伴流中。这些材料可用于清洁发射管116、清洁引导管136、去除碎屑等等。例如，粉末化硅石可注入抛射体118的伴流中，使得硅石的至少一部分随着伴流、通过伴流沿发射管116向下推入孔洞134中或这两者同时进行。

在一些实现方式中，漂移管可定位在发射管116与引导管136或孔洞134之间。漂移管可配置为在这两者之间提供抛射体118的恒定通路。

图2示出弯曲钻挖路径138至少部分通过冲压加速器钻挖来形成的情景200。在这个图示中，工作点示为202，在地平面204处。在工作点202处，支撑结构206保持冲压加速器102。例如，支撑结构206可包括吊杆、起重机、脚手架等等。在一些实现方式中，冲压加速器102的总长可在75英尺至300英尺之间。支撑结构206被配置为在击发过程中将发射管116维持在期望取向上、呈基本直线的。通过在击发抛射体118过程中最小化发射管116的偏转，施加在主体108上的侧负载减小。在一些实现方式中，多个冲压加速器102可从孔洞134前面位置移动进出以将抛射体118击发，使得在一个冲压加速器102击发的同时，装载另一冲压加速器。

冲压加速器102可以某个角度竖直地、或水平地布置，这取决于具体任务。例如，在钻井时，冲压加速器102可基本上竖直地定位。相较来说，在掘进隧道时，冲压加速器102可基本上水平地定位。

钻挖路径138可配置为沿一个或多个曲率半径曲折或弯曲。曲率半径可至少部分基于在抛射体118在引导管136内输送时施加在引导管136上的侧负载来确定。

弯曲能力允许钻挖路径138定向，使得可达到地平面204下方的空间中的特定点或避开特定区域。例如，钻挖路径138可配置为围绕地下储层行进。在这个图示中，钻挖路径138穿过若干层的地质岩层208，到达最终目标深度210。在目标深度210处，或者在冲击过程中在钻挖路径138的其他点处，可分析因抛射体118的冲击造成的抛出物来确定钻挖路径138的端部穿过的各种地质岩层208的组分。

在一些实现方式中，冲压加速器102或其部分可在孔洞134内延伸或放置在其内。例如，冲压加速器102可沿引导管136下降，并且击发可在低于地平面的深度处开始。在另一实现方式中，引导管136或其部分可用作为另外冲压加速区段124。例如，在冲击前，引导管136的在孔洞134中的下部部分可填充有可燃气体，以便提供加速。

利用冲压加速器102钻挖可结合常规钻井技术来使用。例如，可使用冲压加速器102钻井来快速达到先前指定的目标深度210水平线。在此点处，可中断冲压加速器102的使用，并且常规钻挖技术可使用由抛射体118形成的孔洞134来进行操作，诸如切割岩心样本等等。在岩心取样或其他操作已经在期望距离上完成时，可恢复冲压加速器102的使用，并且可使用另外的抛射体118来增大钻挖路径138的长度。

在另一实现方式中，抛射体118可成形以使得在飞行中捕获或测量地质材料106的材料特性，或分析包含抛射体118的材料与地质材料106或其他目标材料之间的材料相互作用。抛射体118碎片样本可从孔洞134回收，诸如通过岩心钻挖或抛射体的回收进行。另外，抛射体118中的传感器可将信息传输回控制系统144。

图3示出区段分离器机构126的一个实现方式的机制300。如上所述，可使用若干技术和机制来维持特定冲压加速器区段124内的不同可燃气体混合物128。

此处所描绘的机制300可布置在特定区段124的一个或多个端部处。例如，机制300可如此处所示在区段124(1)与124(2)之间，位于容纳可燃气体混合物128(4)的区段124(4)的喷射端等等。

间隙302可提供在冲压加速器区段124之间。隔膜304延伸通过间隙302，或者当在喷射端上时在发射管116的前方延伸。隔膜304被配置为维持相应区段内的可燃气体混合物128、防止环境大气进入排空区段124等等。

隔膜304可包含一种或多种材料，包括但不限于金属、塑料、陶瓷等等。例如，隔膜304可包含铝、钢、铜、聚酯薄膜等等。在一些实现方式中，载体或支撑基质或结构可布置在隔膜304的至少一部分周围，这部分被配置为在击发过程中被抛射体118穿透。隔膜304的被配置为将被穿透的部分可在一个或多个方面上与载体不同。例如，载体可能较厚、具有不同组分等等。在一些实现方式中，隔膜304的被配置为将被穿透的部分可划刻或以其他方式设计来方便抛射体118穿透。

供应卷轴306可存储呈载体条带的多个隔膜304、或隔膜材料，并且被穿透的隔膜将由收取卷轴308收起。

可通过压缩隔膜304或载体的一部分来维持区段124与隔膜304之间的密封，从而将隔膜304保持在第一冲压加速器区段124(1)上的第一密封组件310与第二冲压加速器区段124(2)上的对应第二密封组件312之间。第二密封组件312此处被描绘为被配置为如沿箭头314指示朝向或远离第一密封组件310移位，以允许形成或打破密封并移动隔膜304。

在排空或用可燃气体混合物128填充区段124过程中，如密封在第一密封组件310与第二密封组件312之间的完好隔膜304密封区段124。在击发过程中，抛射体118穿透隔膜304，从而留下孔洞。在击发后，材料从供应卷轴306卷绕到收取卷轴308，使得完好隔膜304进入发射管116，并随后由密封组件密封。

外壳316可配置为包封卷轴、密封组件等等。可提供各种接取端口或孔盖以允许进行维护，诸如去除或放置供应卷轴306、收取卷轴308等等。可提供分离接头318以允许第一冲压加速器区段124(1)与第二冲压加速器区段124(2)的分离。外壳316、分离接头318和其他结构可配置为在操作过程中维持发射管116的对准。外壳316可配置有一个或多个释压阀320。这些阀320可用于释放因冲压加速器102的操作造成的压力、改变大气压力等等。

虽然在这个实例中描绘与第二冲压加速器区段124(2)分开的第一冲压加速器区段124(1)，但应理解，机制300可在其他区域124之间、在其他区域段124的端部处采用。

在其他实现方式中，替代卷轴，隔膜304可布置为材料板或片。进料机构可配置为改变这些板或片以用完好隔膜替换被穿透的隔膜304。

区段分离器机构126可包括被配置为滑动进出发射管116的板，诸如闸门阀。还可使用其他阀，诸如球形阀。在相同击发操作过程中，可将这些各种机构中的一个或多个用于相同的发射管116。例如，机制300可在冲压加速器102的喷射端使用，而球形阀或闸门阀可在区段124之间使用。

区段分离器机构126可配置为适配在引导管136内，或放置到孔洞134内。这个布置允许冲压加速区段124沿孔洞134向下延伸。例如，机制300可向下部署到孔洞134中，诸如正行进的一系列抛射体118可向下击发到孔洞。

图4示出抛射体118设计的若干视图400。侧视图402将抛射体118描绘为具有前面404、背面406、杆式穿透器408和内部主体410、以及外部组合体412。前面404被配置为在发射过程中先于背面406离开发射管116。

杆式穿透器408可包含一种或多种材料，诸如金属、陶瓷、塑料等等。例如，杆式穿透器408可包含铜、贫化铀等等。

抛射体118的内部主体410可包括固定塑料材料或其他材料以夹带到孔洞134中，例如像爆炸物、孔洞清洁剂、防渗剂、水、冰。塑料爆炸物或专用爆炸物可嵌入杆式穿透器408中。在抛射体118穿透地质材料106时，爆炸物夹带到孔洞134中，在孔洞中，可将爆炸物引爆。在另一实施方案中，外部壳体412可连接至拉火绳，拉火绳被配置为将单独的爆炸物拉入孔洞134中。

在一些实现方式中，抛射体118的至少一部分可包括在冲压加速器102的击发序列的至少一部分过程中呈现的条件下可燃烧的材料。例如，外部壳体412可包含铝。在一些实现方式中，抛射体118可省略搭载的推进剂。

抛射体118的背面406还可包括填塞器120120，所述填塞器适于防止可燃气体混合物128在抛射体118加速通过发射管116的每个区段时穿过抛射体118逸出。填塞器120可为抛射体118的整体部分或单独且可拆的单元。横截面414示出沿线A-A指示的平面的视图。

如所描绘，抛射体118还可包括一个或多个翅片416、轨道或其他引导特征。例如，抛射体118可为带膛线的，以便引起螺旋。翅片416可定位至抛射体118的前面404、背面406或这两者，以便在发射和喷射过程中提供引导。翅片416可涂布有磨蚀材料，以有助于在抛射体118穿透地质材料106时清洁发射管116。在一些实现方式中，翅片416中的一个或多个可包括磨蚀尖端418。在一些实现方式中，抛射体118的主体可向外延伸以形成翅片或其他引导特征。磨蚀尖端418可用于在抛射体118穿过过程中清洁引导管136。

在一些实现方式中，抛射体118可并入有一个或多个传感器或其他器械。传感器可包括加速度计、温度传感器、陀螺仪等等。来自这些传感器的信息可使用射频、光学传输、声学传输等等返回至接收设备。这种信息可用于修改一个或多个击发参数、表征孔洞134中的材料等等。

图5示出另一抛射体118设计的若干视图500。如此处以示出横截面的侧视图502示出，抛射体118具有前面504和背面506。

在抛射体118内的是杆式穿透器408。虽然穿透器被描绘为杆，但是在其他实现方式中，穿透器可具有一个或多个其他形状，诸如棱形固体。

类似上述，抛射体118可包括中芯506和外芯508。在一些实现方式中，可将这些中的一个或两者省略。同样如上所述，抛射体118可包括内部主体410和外部壳体412，不过它们具有不同于上文关于图4所述的形状。

抛射体118可包括烟火点火器510。烟火点火器510可配置为引发、维持或以其他方式支持可然气体混合物128在击发过程中燃烧。

横截面512示出沿线B-B指示的平面的视图。如所描绘，抛射体118可不是径向对称的。在一些实现方式中，抛射体118的形状可配置为提供对抛射体118的引导或导引。例如，抛射体118可具有楔形或凿形形状。如上所述，抛射体118还可包括一个或多个翅片416、轨道或其他引导特征。

抛射体118可包含一个或多个磨蚀材料。磨蚀材料可布置在抛射体118内或其上，并配置为在冲击地质材料106的工作面时提供磨蚀动作。磨蚀材料可包括金刚石、石榴石、碳化硅、钨或铜。例如，中芯506可包含可在杆式穿透器408的内芯与外芯508之间分层的磨蚀材料。

图6示出诸如在已从冲压加速器102喷射出的抛射体118穿透地质材料106的工作面的过程中发生的流体-流体相互作用的序列600。在这个图示中，时间被指出为自页面向下而增加，如由箭头602指示。

在一个实现方式中，具有约10:1或更大的长度与直径比的抛射体118以高速冲击到地质材料106的工作面。以高于约800米/秒的速度穿透造成大约为抛射体118的长度的两倍或更多倍的穿透深度。另外，形成的孔洞134的直径约为冲击的抛射体118的直径的两倍。抛射体118的速度的另外增大造成地质材料106的穿透深度的增大。随着抛射体118的速度增大，抛射体118的前面在冲击地质材料106的工作面时开始形成蘑菇状的。这个冲击产生流体-流体相互作用区604，它造成了抛射体118的腐蚀或蒸发。因冲击造成的背压可推动抛出物606或其他材料，诸如通过扩孔钻从孔洞134切下的切屑。抛出物606可包括从细小粉尘到大块物质的各种粒度的颗粒。在一些实现方式中，抛出物606可包括用于其他工业过程的一种或多种材料。例如，包含碳的抛出物606可包括适合于其他应用(诸如医疗、化学工程、印刷等等)的巴基球或纳米颗粒。

速度越高，抛射体118越彻底地腐蚀，并且因此通过高速冲击来形成的空间“越干净”或越空旷，从而留下较大直径且较深的孔洞134。另外，孔洞134将不具有或几乎不具有抛射体118的剩余材料，因为抛射体118以及地质材料106的一部分已被蒸发。

图7示出诸如在抛射体118以较低速度穿透地质材料106的工作面的过程中发生的非流体-流体相互作用的序列700。在这个图示中，时间被指出为自页面向下而增加，如由箭头702指示。

在较低速度下，诸如当抛射体118以低于2千米/秒的速度从冲压加速器102喷射时，地质材料106的接近抛射体118的部分开始在断裂区704中发生断裂。抛出物606可从冲击点抛出。比起如在流体-流体相互作用情况下发生的抛射体118以及地质材料106的一部分蒸发，此处，冲击可粉粹或断裂各片地质材料106。

如上所述，因冲击造成的背压可将抛出物606从孔洞134中推出。

图8示出包括被配备有内管802和外观804的引导管136的机制800。内管802相对于外管804的定位可由一个或多个定位装置806维持。在一些实现方式中，定位装置806可包括套圈或套环。定位装置806可包括一个或多个孔隙或通路以允许材料(诸如流体、抛出物606等等)穿过。定位装置806可配置为允许内管802与外管804之间的相对移动，诸如旋转、平移等等。

内引导管802与外引导管804之间的空间可形成一个或多个流体分布通道808。流体分布通道808可用于运输抛出物606、流体(诸如冷却或液压流体)、衬砌材料等等。流体分布通道808被配置为经由一个或多个流体线路812从流体供应单元810接受流体。流体分布通道808可包括一个管道在另一管道内的同轴布置，套筒包括内管与外管之间的空间。流体可在闭环中循环，或在开环中使用。

内管802被布置在外管804内。在一些实现方式中，管道可与彼此共线。可添加另外管道以提供另外功能，诸如另外流体分布管道808。

一个或多个扩孔钻814被耦接至流体分布通道814并布置在孔洞134中。扩孔钻814可配置为提供各种功能。这些功能可包括通过切割、刮擦、磨削等等来提供孔洞134的基本上均匀的横截面。由扩孔钻814提供的另一功能可为充当孔洞134的壁与引导管136之间的轴承。来自流体供应单元810的流体可配置为冷却、润滑扩孔钻814、并在一些实现方式中为扩孔钻814提供动力。

扩孔钻814还可配置有一个或多个致动器或其他机构以产生一个或多个侧向移动816。这些侧向移动816使引导管136的至少一部分相对于孔洞134的壁移位，从而使引导管136的一个或多个部分倾斜、偏斜或弯曲。因此，可使抛射体118的冲击点偏移。通过在孔洞134内的一个或多个扩孔钻814处选择性地施加侧向移动816，后续的抛射体118的位置会冲击，并且钻挖路径138的所得方向可更改。例如，钻挖路径138可因侧向移动816弯曲。

扩孔钻814、或其他支撑机构(诸如辊、引导件、套圈等等)可沿引导管136定位。这些机构可防止或最小化引导管136在操作过程中发生欧拉屈曲。

在一些实现方式中，抛射体118的路径还可通过其他机构(诸如抛射体定向器812)更改。抛射体定向器818可布置在一个或多个位置处，诸如布置在引导管136处，在引导管136的端部处、接近地质材料106的工作面等等。抛射体定向器818可包括被配置为在离开引导管136时偏转或偏移抛射体118的结构。

如上所述，引导管136、或未使用引导管的情况下冲压加速器102可以隔开距离104来与地质材料106的工作面分开。隔开距离104可至少部分基于深度、孔洞134中的材料、击发参数等等来变化。在一些实现方式中，隔开距离104可为2英尺或更多。

随着钻挖进行，引导管136的另外区段可耦接至在孔洞134中的那些。如在此处示出，在孔洞134中的引导管136(1)可耦接至引导管136(2)。在一些实现方式中，内管802和外管804可在单独操作中连结。例如，内管802(2)可连结至孔洞134中的内管802(1)，一个或多个定位装置806可被安放到位，并且外管804(2)同样可连结至外管804(1)。

图9示出使用流体(诸如因冲压加速器102的击发造成的排放物)来驱动抛出物606或其他材料(诸如通过扩孔钻814从孔洞134切下的切屑)的机制900。在这个图示中，引导管136被描绘为具有一个或多个扩孔钻814。本文中描述的流体分布管道808或其他机构同样可结合机制900来使用。

冲压加速器排放物902(“排放物”)或另一工作流体被沿引导管136向下推动。工作流体可包括在压力下的气体或其他气体、水或其他流体、泥浆等等。排放物902将抛出物606推入一个或多个抛出物运输通道904中。在一个实现方式中，抛出物运输通道904可包括在引导管136与孔洞134的壁之间的空间。在另一实现方式中，抛出物运输通道904可包括在引导管136与同轴于引导管136的另一管道之间的空间。抛出物运输通道904被配置为将来抛出物606从孔洞134载送出到抛出物收集器140。

一系列单向阀906可布置在抛出物运输通道904内。单向阀906被配置为使得排放物902和抛出物606能够远离孔洞134的远端朝向抛出物收集器140迁移。例如，沿引导管136向下行进的抛射体118产生的压力波将抛出物606沿抛出物运输通道904推动穿过单向阀906。随着压力减弱，更大片抛出物606可落下来，但被单向阀906阻止返回孔洞134的端部。利用从连续的抛射体118或其他注入物或另一工作流体的排放物902得到的每个连续的压力波，给定片抛出物606穿过连续的单向阀906来迁移到表面。在表面处，抛出物收集器140运输抛出物606以供进行处置。

在表面的抛出物606可分析以确定在孔洞134中的地质材料106的组分。在一些实现方式中，抛射体118可配置有预定元件或跟踪材料，使得分析可与一个或多个特定的抛射体118关联。例如，编码的标记物可注入排放物902中、放置在抛射体118上或放置在其内等等。

图10示出用于使用流体在孔洞134中操作扩孔钻814或其他装置并去除抛出物606的机制1000。如上所述，引导管136可配备有一个或多个流体分布通道808。流体分布通道808可配置为将流体从流体供应单元810提供到一个或多个装置或孔洞134中的出口。

在这个图示中，扩孔钻814中的一个或多个被配置为包括一个或多个流体出口端口1002。流体出口端口1002被配置为将来自流体分布通道808的流体的至少一部分发散到孔洞134中。这种流体可用于将抛出物606或其他材料(诸如通过扩孔钻814来切出的切屑)送走。如上所述，一系列单向阀906被配置为朝向抛出物收集器140导引抛出物606或其他碎屑。在一些实现方式中，流体升降辅助端口1004可沿流体分布通道808周期性地布置。流体升降辅助端口1004可配置为通过提供加压流体射流来有助于抛出物606或其他碎屑朝向抛出物收集器140移动。流体出口端口1002、流体升降辅助端口1004或这两者可进行计量以提供固定或可调流率。

来自流体出口端口1002和流体升降辅助端口1004的包含抛出物606或其他碎屑的流体的运动可结合来自排放物902的压力来工作，以将抛出物606或其他碎屑从孔洞134中清除。在一些实现方式中，各种抛射体118组合可用于在特定的抛射体118击发前将碎屑从孔洞134中预爆或清除。

如上所述，冲压加速器102可结合常规钻挖技术来工作。在一些实现方式中，引导管136的在孔洞134中的端部可配备有切割或磨削钻头。例如，取芯钻头可允许岩心采样。

图11示出衬砌被部署在孔洞134内的机制1100。混凝土递送套筒1102或其他机构(诸如管道系统)被配置为经由一个或多个供应线路1106从混凝度泵送单元1004接受混凝土。混凝土流过混凝土递送套筒1102流向孔洞134内的一个或多个混凝土出口端口1108。混凝土被配置为填充孔洞134的壁与引导管136之间的空间。替代混凝土或除其之外，也可使用其他材料，诸如膨润土、农作物秸秆、棉花、增稠剂(如瓜尔豆胶、黄原胶等等)。

随着钻挖继续，诸如通过由冲压加速器102击发的抛射体118的连续冲击，引导管136可进一步向下插入孔洞134中，并且混凝土可继续被泵送并从混凝土出口端口1108挤出，从而形成混凝土衬砌1110。在其他实现方式中，除混凝土之外的材料也可用于提供孔洞134的衬砌。

在一些实现方式中，密封1112被提供来最小化或防止混凝土流入孔洞134的作为抛射体118冲击目标的工作面。机制1100可与本文所述其他机制(诸如扩孔钻机制800、抛出物606去除机制900和1000等等)组合。

在一个实现方式中，混凝土可包括分离剂或润滑剂。分离剂可配置为易使引导管136相对于混凝土衬砌1110来运动。在另一实现方式中，分离剂可从另一组出口端口散发。还可提供被配置为在引导管136与混凝土衬砌1110之间部署供一次性塑料层的机制。这层可布置为液体或固体。例如，塑料层可包含聚四氟乙烯(“PTFE”)、聚乙烯等等。

在一些实现方式中，钻头或其他切割工具可附连至引导管136的尖端。例如，三锥钻具可附连至引导管136的端部。切割工具可具有孔隙，抛射体112可穿过孔隙并冲击工作面。切割工具可在冲击过程中操作，或可在冲击过程中空闲。

图12示出用于使用一个或多个冲压加速器102进行隧道掘进或挖掘的机制1200。多个加速器102(1)-(N)可顺序或同时击发，以撞击到工作面上的一个或多个目标点，从而形成多个孔洞134。冲击可配置为预定模式，从而在地质材料106内产生一个或多个聚焦的冲击波。这些冲击波被配置为使在冲击时未蒸发的地质材料106破碎或移位。

如在此处示出，6个冲压加速器102(1)-(6)被布置在工作面的前面。一个或多个抛射体118从冲压加速器102中的每个冲压加速器发射，从而形成对应孔洞134(1)-(6)。多个冲压加速器102(1)-(N)可成组或独立地以平移、旋转或这两者方式移向目标，并且在地质材料106的工作面中钻出多个孔洞134。

在另一实现方式中，单个冲压加速器102可以平移、旋转或这两者方式移向目标，并且在地质材料106的工作面中钻出多个孔洞134。

在孔洞134通过抛射体118的冲击形成后，可使用各种技术来去除地质材料106片或区段。地质材料区段1202是地质材料106的由接近于彼此的两个或更多个孔洞限定的部分。例如，布置成方形的4个孔洞134限定地质材料106的可被去除的区段，如关于图13在下文中描述。

如上所述，使用冲压加速的抛射体118允许在地质材料106中快速形成孔洞134。这会造成与隧道掘进关联的时间和成本的减少。

图13示出用于去除由冲压加速器抛射体118或常规钻挖技术钻出的孔洞限定的岩段的装置和过程1300。在破碎1302过程中，冲压加速器102可包括破碎地质材料区段1304的机构。例如，冲压加速器102可包括线性破碎器装置1306，所述线性破碎器装置包括根据推臂运动1310来移动的一个或多个推臂1308。推臂1308可插入地质材料区段1304之间，，并且机械力可由推臂1308施加以将各片地质材料106在工作面处从地质材料106主体上折断、破碎或以其他方式释放，从而形成经移位的地质材料区段1312。

在一些实现方式中，替代线性破碎器装置1306或除其之外，可使用根据旋转运动1316来移动的旋转破碎器装置1314。旋转破碎器装置1314通过在操作过程中施加机械力来使地质材料区段1304破碎。在破碎1318后，去除装置1320将经移位的地质材料区段1312从孔洞134运输出来。例如，去除装置1320可包括斗式装料机。

图14示出利用超高速冲压加速器102穿过地质材料106的例示性的过程1400的流程图1400，在方框1402处，一个或多个冲压加速器102设置在工作点202处，用以钻出若干孔洞，以供用于进行隧道掘进、挖掘等等。冲压加速器102可竖直地、水平地、对角地定位成与待穿透的地质材料106的工作面相距隔开距离。

在方框1404处，在冲压加速器102定位时，确定冲压加速器102中的每个冲压加速器的击发参数，例如像抛射体118类型、以及地质材料106的组分、硬度和密度、相应冲压加速器中的级数、击发角度，还有其他环境条件(包括气压、温度)。在方框1406处，在确定击发参数时，至少部分基于击发参数选择一个或多个抛射体118，并且如方框1408处所述，将所选择的一个或多个抛射体118装载到冲压加速器102中。

在方框1410处，至少部分基于所确定的击发参数配置冲压加速器102中的每个冲压加速器。在方框1412处，接着利用固体气体发生器或多个可燃气体混合物来准备冲压加速器102中的每个冲压加速器。在准备一个或多个冲压加速器102后，根据所确定的击发参数发射所装载的抛射体118中的一个或多个。例如，抛射体118沿发射管116并通过多个区段来提升至某个冲压速度，并从冲压加速器102喷射，从而在地质材料106的工作面中形成或放大一个或多个孔洞134。

如上所述，因冲击造成的背压可将抛出物606从孔洞134中推出。在一些实现方式中，工作流体(诸如压缩空气、水等等)可注入孔洞134中，以有助于去除抛出物606的至少一部分。通过抛射体118以超高速进行的冲击来形成的孔洞134中的每个孔洞可进一步处理。在方框1418处，可将引导管136插入孔洞134中以防止沉降、部署器械等等。在一些实现方式中，耦接到引导管136的扩孔钻814可向下插入到孔洞134，并配置为提供基本上均匀的横截面。

图15是利用超高速冲压加速器102沿单个孔洞134向下击发多个抛射体118以穿透地质材料106使得孔洞134随着后续的抛射体118更深地穿透到地质材料106中的例示性的过程1500。在方框1502处，确定地质材料106的力学。在方框1504处，至少部分基于地质材料106的力学确定一组初始击发参数。在方框1506处，至少部分基于这组初始击发参数配置冲压加速器102进行击发。在冲压加速器102配置时，在方框1508处，将抛射体118朝向地质材料106的工作面击发以形成一个或多个孔洞134。在方框1510处，确定抛射体118对工作面的冲击结果。在一些实施方案中，冲压加速器102可能需要在装载后续的抛射体118并将其击发到孔洞134中前重新配置。在方框1512处，至少部分基于冲击结果确定第二击发参数。在方框1514处，将后续的抛射体118从如利用第二组击发参数配置的冲压加速器102朝向地质材料106的工作面击发。这个过程可重复，直到达到期望穿透深度。

图16示出包括部署有端帽的放置在井下的引导管的机制1600以及用于在孔洞之中的地层流体中形成缺量部分的系统。在这个图示中，描绘引导管136。然而，在其他实现方式中，所述机制可结合漂移管来使用。端帽1602可放置在引导管136内以在引导管136的内部与地层流体1604之间提供至少部分密封，抛射体118可沿引导管向下穿过，地层流体可积聚在孔洞134内的工作面处。例如，地层流体1604可包括钻出泥浆、油、水、泥浆、气体等等。

在一个实现方式中，端帽1602可部署至引导管136的接近工作面的端部。端帽1602可形成至少部分密封，从而防止或阻止地层流体1604流入引导管136的部分中，抛射体118在引导管的这个部分内行进。

缺量流体供应单元1606被配置为借助一个或多个缺量流体供应通道1608将缺量流体或吹扫气体提供到接近工作面的一个或多个缺量出口端口1610。缺量流体可包括气体或液体。气体缺量流体可包括但不限于氦、氢、二氧化碳、氮等等。在一些实现方式中，缺量流体可为可燃或易爆的，诸如上述可燃气体混合物128。

缺量流体可注入至少部分由端帽1602和工作面划界的体积中。缺量流体可在等于或大于周围地层流体1604的压力的压力下施加。缺量流体被注入以形成缺量部分1612，或在地层流体1604中形成气窝。例如，在缺量流体包括气体情况下，缺量部分1612包括被气体占据的空间，从而使地层流体1604的至少一些移位。移位可减少或防止地层流体1604或其分量从孔洞134侵入。气窝可占据钻挖设备的接近部分与工作面之间的整个体积或其部分。缺量部分1612提供可压缩的体积，各片抛出物606和其他冲击产物可至少暂时地分散在这个可压缩的体积内。

在一些实现方式中，缺量流体可以瞬态或“嗝气”模式施加，从而在短暂的时间端内产生缺量部分1612。在存在缺量部分1612时，冲压加速器102可配置为击发抛射体118通过端帽1602、缺量部分1612，并进入工作面中。

在一些实现方式中，冲压加速器102可利用挡板管冲压加速器配置，也称“折流管”冲压加速器。折流管冲压加速器可包括一系列挡板或环形环，它们被配置为控制在抛射体118穿过过程中可燃气体混合物128的移位。替代上述区段分离器机构126或除其之外，还可使用折流管冲压加速器。

在一个实现方式中，端帽1604可提供缺量部分1612，从而使地层流体1604的至少一部分移位。端帽1604可包括泡沫、膨胀基质、气球、被配置为膨胀并维持与引导光136的密封的结构等等。在一些实现方式中，端帽1604可包括可燃材料。端帽1604可配置为与工作面(诸如抛出物606)接触，或可在缺量部分1612形成前通过地层流体1604与工作面分离。

在一些实现方式中，多个端帽1604可在引导管136内、在冲压加速器102内等等采用。例如，端帽1602可配置为执行与区段分离器机构126类似或相同的一个或多个功能。

在一些实现方式中，替代施加缺量流体形成缺量部分1612，也可使用化学或烟火装置。例如，烟火气体发生器装药可布置并配置为生成气体，从而在地层流体1604中形成缺量部分1612。在另一实例中，化学气体发生器可配置为在接触反应剂(诸如地层流体1604的组分)时散发气体。

抛射体118可配置为产生缺量流体。例如，抛射体118的尖端可配置为蒸发并散发出气体，使得缺量部分1612形成。

控制系统144可协调冲压加速器102、流体供应单元810或缺量流体供应单元1606中的一个或多个的操作。例如，控制系统144可配置为在冲压加速器102前或过程中提供向下分布到孔洞134的流体的压力的急剧或暂时增加。类似地，缺量流体供应单元1606可配置为在抛射体118的冲击前提供缺量流体以形成缺量部分1612。

在一些实现方式中，引导管136或冲压加速器102的在孔洞134的部分可包括一个或多个区段分离器机构126。例如，引导管136中的区段分离器机构126(7)将引导管136分成第一部分1614(1)和第二部分1614(2)。区段分离器机构126(7)可打开或以其他方式配置以允许抛射体118向下进入在孔洞134的端部的工作面处。

端帽递送系统1616被配置为将一个或多个端帽1602递送到引导管136中，使得它们接近引导管136的接近工作面的端部处。在一个实现方式中，端帽递送系统1616可配置为将端帽1602插入引导管136的内部中，诸如插入引导管134的第一部分1614(1)中，诸如通过接取端口或其他通路来插入。区段分离器机构126(7)可打开或以其他方式配置以允许端帽1602穿过到达引导管136的第二部分1614(2)。在冲压加速器102的击发过程中，端帽递送系统1616与引导管136之间的接取端口可关闭。

端帽1602被配置为在引导管136的一部分与待钻挖的地质材料106之间提供屏障。这个屏障使引导管136的内部与引导管136外的环境分离。端帽1602可使用液压或气动压力、机械保持装置(诸如槽齿或分叉)等等来保持在适当位置中。例如，引导管136可在接近工作面的端部处变窄或收缩，诸如通过一个或多个套环或其他特征变窄或收缩。这种收缩可将端帽1602保持在引导管136的端部处。在另一实现方式中，可移动机械臂或其他特征可将端帽1602锁定并保持在适当位置处。

端帽1602还可维持端帽1602上的压差。例如，引导管136可维持为处于第一压力，而引导管136外的体积(诸如地层流体1604)则可处于不同于第一压力的第二压力下。在一些实现方式中，端帽1602本身可为可处于不同于第一压力和第二压力的第三压力的加压值。

端帽1602可由以下材料中的一种或多种构造：塑料、聚合物、陶瓷、弹性体、金属、或复合材料。端帽1602可包括刚性结构、班刚性结构、柔性结构或它们的组合。例如，端帽1602可包括由塑料或金属壳覆盖的可扩展的框架。在另一实例中，端帽1602可包括可充气的结构，诸如气球。端帽1602的结构可配置为在孔洞中维持引导管136内部与外部环境之间的屏障，但是可由抛射体118透过。

端帽1602可使用一种或多种技术定位在引导管136的井下端部。可使用以下实现方式中的一个或多种来定位端帽1602。在第一实现方式中，端帽1602可由重力拉向引导管136的底部。例如，端帽1602可下沉到引导管136的底部。在第二实现方式中，端帽递送系统1616可使用液压或气动压力使端帽1602移位。例如，加压气体(诸如一种或多种可燃气体)可注入引导管136中，以对端帽1602施加压力。这个压力可使端帽1602朝向引导管136的接近地质材料106的端部移位。一种或多种可燃气体可用于在操作过程中为抛射体118提供染料，或可点燃以使引导管136的一部分内的压力增加并使端帽1602移位。在第三实现方式中，负压可在引导管136的接近地质材料106的端部施加。例如，地层流体1604可使用抽吸泵抽取以在流体中形成压差。因压差作用于端帽1602的力可使端帽136接近引导管136的靠近工作面的端部移位。在第四实现方式中，机械构件(诸如推臂、轨道系统等等)可用于施加使端帽1602移位的机械压力。例如，机械构件可包括将端帽1602沿引导管136向下推动并进入期望位置的臂或杆。

在一些实现方式中，在加速抛射体前，不燃气体可注入在冲压加速器102与地质材料106的工作面之间。例如，惰性气体(诸如二氧化碳或氮)可在大于或等于地层流体1604的压力的压力下注入引导管136中。在一些深度处，这可包括大于6000千帕的压力。这个操作可由缺量流体供应单元1606执行，以在放置端帽1602前在引导管136的端部处形成气窝、即缺量部分1612。端帽1602可随后放置以在地层流体1604与其他碎屑与引导管136之间形成屏障。

在一个实现方式中，缺量部分1612可在放置端帽1602前形成。例如，缺量部分1612可先形成，然后端帽1602可被安放到位。在另一实现方式中，端帽1602可先放置，并且缺量部分1612接着形成。这些过程可组合。例如，缺量部分1612可在端帽1602安放到位前以及在端帽1602安放到位后和击发前形成或维持。

在击发过程中，区段分离器机构126(7)可打开或以其他方式配置以允许抛射体118穿过。在抛射体118穿过后，区段分离器机构126(7)可关闭或以其他方式来在引导管136的第一部分1614(1)与第二部分1614(2)之间提供密封或屏障。这可防止地层流体、抛出物606或其他材料侵入进入引导管136的在区段分离器机构126(7)与冲压加速器102之间的部分。

在一些实现方式中，端帽1602可从引导管136移开，或可在抛射体118穿过前损毁。例如，推进抛射体118的冲击波可在抛射体118到达端帽1602前损毁抛射体118。

在一些实现方式中，可提供螺旋钻或其他机制，这种螺旋钻或其他机制被配置为将抛出物606从接近工作面的体积去除。例如，引导管136的端部可具有附连的一个或多个螺旋钻刀片，使得旋转将抛出物606移动远离工作面并移动到抛出物运输通道904中。

图17是结合冲压加速器102利用端帽1602来钻出一个或多个孔洞的过程的流程图1700。

方框1702将端帽1602插入引导管136的第一端中。引导管136的第一端可接近冲压加速器102，而引导管136的第二端在整体上可在接近工作面的相对端处。在一个实现方式中，端帽递送系统1616可将端帽1602穿过接取端口插入引导管136的内部中。在一些实现方式中，端帽递送系统1616可操作以将端帽1602移位成接近引导管136的靠近工作面的端部，诸如在孔洞的底部。例如，端帽递送系统1616可利用加压气体、燃烧、机械构件或其他机械机构将端帽1602定位在引导管136的底部。

在一些实现方式中，在端帽1602移位前，方框1704可形成缺量部分1612或气窝。这使地层流体1604移位远离引导管136的端部。

方框1706将端帽1602放置在接近引导管136的第二端的位置处。端帽1602可通过与引导管136的内壁的一次或多次摩擦、一个或多个机械构件、由端帽递送系统1616施加的连续压力等等来保持在这个位置处。

方框1708将抛射体118从冲压加速器102发射通过引导管136。在发射前或与之同时地，区段分离器机构126中的一个或多个可配置为允许抛射体118穿过。在一些实现方式中，在抛射体118的发射前或与之同时地，屯积流体供应单元1606可在端帽1602与工作面之间的地层流体1604中形成缺量部分1612。

方框1710利用抛射体118穿透端帽1602。在一些实现方式中，端帽1602可在被抛射体118穿透前损毁。例如，在抛射体118到达端帽1602前，冲击波或其他现象会损坏或损毁端帽1602。在端帽1602的穿透或损毁前，端帽618在地层流体1604、抛出物606或引导管136外的其他材料之间提供屏障。

方框1712利用抛射体118穿透工作面。在穿透后，可将导管136中的区段分离器机构126中的一个或多个、冲压加速器102或这两者关闭。另一端帽1602可由端帽递送系统1616部署，并且过程可继续。在一些实现方式中，端帽递送系统1616可配置为紧接在抛射体118的穿过后递送端帽1602。例如，端帽递送系统1616可位置冲压加速器102内，并且可以非超高速将端帽1602发射穿过发射管116并接着穿过引导管136。

在又一实现方式中，端帽1602可为附接、整合但易碎的，或独立于抛射体118但与其相接触。例如，抛射体118的一部分可大于引导管136的出口孔隙，并且可配置为与抛射体118的主体分开或从其上脱离，以便充当端帽1602。

以下条款提供对各种实施方案以及结构的另外描述：

1.一种孔洞形成方法，所述方法包括：

将端帽插入到引导管的第一端中；

将所述端帽放置在接近所述引导管的第二端的位置处，其中所述第二端接近包括地质材料的工作面；

将抛射体装载到冲压加速器中，其中：

所述抛射体被配置为在所述冲压加速器内的一种或多种可燃气体中产生冲压效应燃烧反应；并且

所述冲压加速器的输出端被耦接至所述引导管的所述第一端；

将所述抛射体提升至某个冲压速度；

通过在冲压燃烧效应下燃烧一种或多种可燃气体来使所述抛射体沿所述冲压加速器的至少一部分加速；以及

在离开所述引导管前，利用所述抛射体穿透所述端帽。

2.如条款1所述的方法，其进一步包括：

利用所述端帽在所述冲压加速器的所述第二端与所述地质材料之间形成屏障。

3.如条款1或2中一项或多项所述的方法，其进一步包括将所述端帽保持在适当位置。

4.如条款1至3中一项或多项所述的方法，所述放置包括：

在压力下，在所述端帽与所述冲压加速器的所述第一端之间的一个或多个点处注入所述一种或多种可燃气体，其中所述一种或多种可燃气体施加气动压力以使所述端帽沿所述冲压加速器移位。

5.如条款1至4中一项或多项所述的方法，所述放置包括：

在所述冲压加速器中，在所述端帽与所述冲压加速器的第一端之间的一个或多个点处注入气体；以及

点燃所述气体。

6.如条款1至5中一项或多项所述的方法，其进一步包括：

在加速所述抛射体前，在所述冲压加速器的所述第二端与所述工作面之间注入不燃气体，其中所述气体在大于6000千帕的压力下。

7.如条款1至6中一项或多项所述的方法，其进一步包括：

在放置所述端帽前，在所述冲压加速器的所述第二端与所述工作面之间注入不燃气体，其中所述气体在大于6000千帕的压力下。

8.一种方法，所述方法包括：

在孔洞中部署管道，所述管道包括接近所述孔洞的入口的第一端和接近工作面的第二端；

将端帽部署为接近所述管道的所述第二端；以及

以大于或等于2千米/秒的速度使用在所述抛射体与所述管道的至少一部分内的一种或多种可燃气体之间的冲压效应来推进抛射体通过所述端帽。

9.如条款8所述的方法，其进一步包括：

在大于或等于地层流体压力的压力下，将气体施加至所述孔洞中的介于所述端帽与所述工作面之间的体积。

10.如条款8至9中一项或多项所述的方法，其进一步包括：

在所述孔洞中，在所述端帽与所述工作面的至少一部分之间形成气窝。

11.如条款8至10中一项或多项所述的方法，其进一步包括：

在击发后，关闭位于所述引导管的所述第一端与所述引导管的所述第二端之间的阀。

12.如条款8至11中一项或多项所述的方法，所述部署所述端帽包括在压力下，在所述端帽与所述管道的所述第一端之间的一个或多个点处注入气体，其中所述气体施加气动压力，以使所述端帽向着所述管道的所述第二端移位。

13.如条款8至12中一项或多项所述的方法，所述部署所述端帽包括在所述管道的所述第二端外施加负的流体压力，以将所述端帽向着所述管道的所述第二端牵引。

14.如条款8至13中一项或多项所述的方法，所述部署所述端帽包括利用机械构件将所述端帽推动至所述管道的所述第二端。

15.如条款8至14中一项或多项所述的方法，所述部署所述端帽包括利用机械构件将所述端帽下沉至所述管道的所述第二端。

16.一种系统，所述系统包括：

抛射体；

冲压加速器，所述冲压加速器加速所述抛射体；

引导管，所述引导管具有耦接至所述冲压加速器的出口孔的第一端以及与所述第一端相对的第二端；以及

端帽。

17.如条款16所述的系统，其进一步包括：

端帽递送系统，所述端帽递送系统被配置为将所述端帽穿过所述引导管内部部署到接近所述引导管的所述第二端的位置处，并且其中所部署的端帽在所述引导管内部与所述引导管外的环境之间提供屏障。

18.如条款16至17中一项或多项所述的系统，所述端帽包含以下材料中的一种或多种：

塑料，

聚合物，

陶瓷，

弹性体，

金属，或者

复合材料。

19.如条款16至18中一项或多项所述的系统，其进一步包括：

保持机构，所述保持机构用于在所述抛射体穿透所述端帽前将所述端帽保持为接近所述第二端。

20.如条款16至19中一项或多项所述的系统，所述引导管包括一个或多个阀，其中每个阀在打开时，允许所述端帽和所述抛射体的通过，并且每个阀在关闭时，防止流体从所述引导管的一个部分流向另一部分。

21.一种孔洞钻出方法，所述方法包括：

在孔洞中部署漂移管或引导管，所述漂移管或引导管包括接近所述孔洞的入口的第一端和接近工作面的第二端；

在所述漂移管或引导管的所述第二端处部署端帽；

将吹扫气体施加至在所述端帽外并接近所述工作面的体积；以及使用冲压加速器将经冲压效应推进的抛射体击发到所述漂移管或引导管的所述第一端中。

22.如条款21所述的方法，其中在所述抛射体穿透前，所述吹扫气体在所述孔洞的内容物中形成缺量部分。

23.如条款21至22中一项或多项所述的方法，其中在所述抛射体穿过所述端帽前，所述吹扫气体形成与所述端帽的至少一部分接触的气泡。

24.如条款21至23中一项或多项所述的方法，其中所述端帽在所述抛射体冲击时损毁。

25.如条款21至24中一项或多项所述的方法，其中所述端帽是被所述抛射体穿透。

26.如条款21至25中一项或多项所述的方法，其中所述抛射体基本穿透所述端帽，并且所述抛射体的至少一部分冲击所述工作面的至少一部分。

27.如条款21至26中一项或多项所述的方法，其中所述端帽包含可燃材料。

28.如条款21至27中一项或多项所述的方法，其中所述端帽所具有的形状包括以下形状中的一种或多种：

柱形，

球形，或者

双凸透镜或凸透镜形状。

29.如条款21至28中一项或多项所述的方法，其中所述端帽所具有的形状包括凹形，所述凹形被配置为接受所述抛射体。

30.如条款21至30中一项或多项所述的方法，其中所述端帽在所述漂移管或引导管内部与所述孔洞中的流体之间形成至少部分密封。

31.如条款21至31中一项或多项所述的方法，其中所述端帽包含被配置为膨胀或溶胀的材料，并且另外其中所述端帽在所述漂移管或引导管的所述第一端与所述第二端之间提供密封。例如，所述端帽可包括填充有亲水材料的可渗水覆盖物，所述亲水材料诸如硅凝胶。也可使用其他材料，诸如氢氧化钙、玻璃质氧化硅、氧化铁、氧化铝等等。在暴露于地层流体1604内的水时，端帽1602可溶胀以密封引导管136。

32.如条款21至32中一项或多项所述的方法，其中所述端帽包括被配置为从第一物理构型变为第二物理构型的结构，其中所述第二物理构型呈现比所述第一物理构型更大的宽度，并且另外其中所述端帽在所述漂移管或引导管的所述第一端与所述第二端之间提供密封。例如，端帽可包括多个机械构件，这些机械构件可移位以使得它们提供径向压力，从而增加所述端帽的直径以使得形成密封。

33.如条款21至32中一项或多项所述的方法，所述部署所述端帽包含以下操作中的一种或多种：

通过重力来将所述端帽向着所述漂移管或引导管的所述第二端牵引，

在所述漂移管或引导管的所述第一端处施加正的流体压力，以将所述端帽向着所述漂移管或引导管的所述第二端牵引，

在所述漂移管或引导管的所述第二端外施加负的流体压力，以将所述端帽向着所述漂移管或引导管的所述第二端牵引，或者

利用机械构件将所述端帽推动至所述漂移管或引导管的所述第二端。

在一些实现方式中，一系列的球形阀或其他区段分离器机构126可致动以允许端帽1602来前进至管道的接近工作面的部分。

34.一种孔洞钻出方法，所述方法包括：

在孔洞中部署管道，所述管道包括接近所述孔洞的入口的第一端和接近工作面的第二端；

在所述漂移管或引导管的所述第二端处部署端帽；以及

使用冲压加速器将经冲压效应推进的抛射体击发到所述漂移管或引导管的所述第一端中并穿过所述端帽至所述工作面。

35.如条款34所述的方法，其中所述冲压加速器包括挡板管冲压加速器。

36.如条款34至35中一项或多项所述的方法，其进一步包括：

将吹扫气体施加至在所述端帽外并接近所述工作面的体积，以便在地层流体内形成空腔。

本申请描述的技术可用于在地球或非地球环境中的地质材料106或其他材料中钻出孔洞134。例如，如描述的系统100可用于在地球上、在月球上，在火星上、在小行星上等等钻出孔洞134。

冲压加速器102另外也可用于工业应用，诸如用于材料生产、制造等等。在这些应用中，目标可包括材料，诸如金属、塑料、木头、陶瓷等等。例如，在船舶建造过程中，大高强度钢板可能需要具有为管道系统、推进器轴、孔盖等等形成的孔洞。冲压加速器102可配置为击发抛射体118中的一个或多个通过一片或多片金属，以便形成孔洞。大的开口可由多个较小开口围绕期望开口周边形成。随后，可使用常规切割方法(诸如等离子体焰炬、锯子等等)将剩余材料移除，并且最终形成开口以供使用。除了开口之外，抛射体112所进行的冲击还用于形成其他特征，诸如目标内的凹陷。因此，在这些工业应用中使用冲压加速器102可实现用难以切割、磨削或以其他方式加工的材料进行的制造。

此外，抛射体118可配置为使得在冲击过程中，特定材料沉积在冲击区域内。例如，抛射体118可包含碳，使得在冲击目标时，因冲击压力在开口的所得表面上形成金刚石涂层。回挡件或其他机构可提供来捕捉抛出物606、抛射体118后冲击的部分等等。例如，冲压加速器102可配置为击发通过目标材料并且朝向水池击发。

本公开的机构或技术中的一种或多种可以其他方式利用。例如，冲压加速器102可用于将有效负载发射到飞行或运行弹道中。

本领域的普通技术人员将容易认识到，以上附图中示出的某些的步骤或操作可消除、组合、细分、并行执行或以交替次序来进行。此外，上述方法可实现为用于计算机系统的一个或多个软件程序，并且在计算机可读存储介质中被编码为可在一个或多个处理器上执行的指令。对这些程序的独立实例可执行于独立计算机系统上或分布在独立计算机系统上。

虽然某些步骤已描述为将由某些设备、过程或实体执行，但是这也并非必需如此，并且本领域的普通技术人员将会理解各种替代实现方式。

另外，本领域的普通技术人员将认识到，上述技术可用于多种设备、环境和状况。虽然本公开针对特定的实施方案和实现方式进行书写，但是本领域的技术人员也可提出各种改变和修改，并且本公开旨在涵盖落在随附权利要求书的范围内的此类改变和修改。

Claims (19)

1.一种方法，所述方法包括：

在孔洞中部署管道，所述管道包括第一端和接近工作面的第二端；

将端帽部署为接近所述管道的所述第二端；以及

使用在抛射体与所述管道的至少一部分内的一种或多种可燃气体之间的冲压效应来提供所述抛射体通过所述管道。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

将气体提供至所述孔洞中介于所述端帽与所述工作面的至少一部分之间的位置，其中所述气体的压力大于或等于地层流体的压力。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

在所述孔洞中，在所述端帽与所述工作面的至少一部分之间的位置处形成气窝。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：

在提供所述抛射体之后，关闭位于所述管道的所述第一端与所述管道的所述第二端之间的阀。

5.如权利要求1所述的方法，还包括：

在压力下，在所述端帽与所述管道的所述第一端之间的一个或多个位置处注入气体，其中所述气体施加气动压力以使所述端帽朝向所述管道的所述第二端移位。

6.如权利要求1所述的方法，还包括：

在所述管道的所述第二端外施加负的流体压力，其中所述负的流体压力将所述端帽朝向所述管道的所述第二端牵引。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：

使用机械构件将所述端帽朝向所述管道的所述第二端推动。

8.如权利要求1所述的方法，其中部署所述端帽包括使所述端帽朝向所述管道的所述第二端下沉。

9.一种方法，所述方法包括：

在孔洞中部署管道，所述管道包括接近所述孔洞的入口的第一端和接近工作面的第二端；

将端帽部署为接近所述管道的所述第二端；以及

使用在抛射体与所述管道的至少一部分内的一种或多种可燃气体之间的冲压效应来提供所述抛射体通过所述端帽，其中所述抛射体以大于或等于2千米/秒的速度被提供。

10.如权利要求9所述的方法，还包括：

将所述端帽穿过所述管道中的接取端口插入至在所述管道的第一端与所述管道的第二端之间的位置；以及

将所述端帽朝向所述管道的所述第二端移动。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述端帽包括泡沫、膨胀基质、气球或可膨胀结构中的一种或多种，所述可膨胀结构膨胀以与所述管道形成密封。

12.如权利要求9所述的方法，其中所述端帽或所述抛射体中的一个或多个包括可燃材料。

13.如权利要求9所述的方法，还包括：

在所述管道的所述第二端与所述工作面之间提供不燃气体，其中所述不燃气体的压力大于或等于地层流体的压力。

14.如权利要求9所述的方法，还包括：

在所述孔洞中，使用接近所述第二端定位的气体发生器在所述端帽与所述工作面的至少一部分之间的位置处形成气窝。

15.如权利要求9所述的方法，还包括：

在所述孔洞中，通过向所述抛射体提供配置成使气体蒸发和排放的部分，在所述端帽与所述工作面的至少一部分之间的位置处形成气窝。

16.一种系统，所述系统包括：

管道，位于孔洞内，所述管道具有第一端和接近工作面的第二端；

端帽，位于所述管道内；

一种或多种可燃气体，位于所述管道内；以及

抛射体，位于所述管道内，其中所述抛射体与所述一种或多种可燃气体之间的冲压效应使所述抛射体加速穿过所述端帽以与所述工作面相接触。

17.如权利要求16所述的系统，还包括：

端帽递送系统，其将所述端帽穿过接取端口部署到所述管道的内部，其中所述端帽在所述管道内部与所述管道外的环境之间提供屏障。

18.如权利要求16所述的系统，还包括：

机构，所述机构在所述抛射体穿透所述端帽前将所述端帽保持为接近所述管道的所述第二端。

19.如权利要求16所述的系统，还包括：

阀，位于所述管道内，所述阀将所述管道的第一部分与所述管道的第二部分分开，其中所述阀在打开时允许所述端帽和所述抛射体通过，并且在关闭时防止流体在所述第一部分与所述第二部分之间通过。