用于钻孔的声导航的系统的制作方法

用于钻孔的声导航的系统
1.本技术为国际申请号为pct/us2018/013833，国际申请日为2018年1月16日，发明名称为“用于钻孔的声导航的系统”的pct申请于2019年7月30日进入中国国家阶段后申请号为201880009273.9的中国国家阶段专利申请的分案申请。
2.优先权
3.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(system for acoustic navigation of boreholes)”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(system for generating geothermal energy)”的申请序列号为62/447,350的美国临时专利申请(案卷号834
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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(systems for thermal generation of energy)”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。
4.通过引用并入
5.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：
6.2015年11月13日提交的标题为“井下超钻(down
‑
hole hyperdrill)”的美国临时专利申请62/255,161。
7.2013年3月15日提交的标题为“冲压加速器系统(ram accelerator system)”的美国专利申请13/841,236(案卷号834
‑
7001)。
8.2016年10月12日提交的标题为“冲压加速器系统(ram accelerator system)”的美国分案专利申请15/292,011(案卷号834
‑
7001div1)。
9.2014年5月13日提交的标题为“具有端盖的冲压加速器系统(ram accelerator system with endcap)”的美国临时专利申请61/992,830(案卷号834
‑
6005)。
10.2015年5月11日提交的标题为“具有端盖的冲压加速器系统(ram accelerator system with endcap)”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)。
11.2016年8月24日提交的标题为“具有端盖的冲压加速器系统(ram accelerator system with endcap)”的美国分案专利申请15/246,414(案卷号834
‑
7005div1)。
12.2014年10月23日提交的标题为“具有共轨管的冲压加速器系统(ram accelerator system with rail tube)”的美国临时专利申请62/067,923(案卷号834
‑
6006)。
13.2015年10月21日提交的标题为“具有共轨管的冲压加速器系统(ram accelerator system with rail tube)”的美国专利申请14/919,657(案卷号834
‑
7006)。
14.2015年4月21日提交的标题为“具有挡板的冲压加速器系统(ram accelerator system with baffles)”的美国临时专利申请62/150,836(案卷号834
‑
6007)。
15.2016年4月21日提交的标题为“具有挡板的冲压加速器系统(ram accelerator system with baffles)”的美国专利申请15/135,452(案卷号834
‑
7007)。
16.2015年11月10日提交的标题为“加压的冲压加速器系统(pressurized ram accelerator system)”的美国临时专利申请62/253,228(案卷号834
‑
6008)。
17.2016年11月1日提交的标题为“弹丸钻井系统(projectile drilling system)”的美国专利申请15/340,753(案卷号834
‑
7008)。
18.2016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(augmented drilling system using ram accelerator assembly)”的美国临时专利申请62/393,631(案卷号834
‑
7009)。
19.2017年9月7日提交的标题为“增强钻井系统(augmented drilling system)”的美国专利申请15/698,549(案卷号834
‑
7009)。
20.2016年11月10日提交的标题为“用于使用弹丸产生孔的系统(system for generating a hole using projectiles)”的美国专利申请15/348,796(案卷号834
‑
7010)。


背景技术：

21.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
22.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。
23.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。
24.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。
25.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。
26.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。
27.图5描绘了用于使用钻孔生成地热能的系统的实施方式。
28.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。
29.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。
30.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。
31.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
32.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。
33.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，然后向外循环通过第二钻柱或环空。在其他实施方式中，可以向在地球表面中形成的钻孔中提供热电材料。热电材料可以生成电力，诸如当暴露于温度梯度时生成电流。为了产生温度梯度，可以将比周围地质材料冷的流体注射到钻孔中，诸如在管子、管道或其他类型的导管内，然后朝向表面循环。导管内的比导管外部的地质材料冷的流体产生温度梯度，所述温度梯度可以导致与导管相关联的热电材料生成电流。用于利用来自废弃油井和气井的地热能的一种示例系统在2009年1月21日提交的标题为“用于闭环大规模地热能采集的系统(system for closed
‑
look large scale geothermal energy harvesting)”的公开的美国专利申请2010/0180593中描述，其以全文引用方式并入本文。
34.在很多情况下，形成延伸到足以生成大量地热能的深度的钻孔是不经济的。例如，形成钻孔可能需要大量的时间、装备和材料，可能引起显著的成本，并且可能产生显著的环境影响。尽管人类对能源的需求持续增长，但可从钻孔内获得的地热能的价值可能不会抵消用来形成钻孔的显著成本。然而，地热能有利地不会以太阳能、风能、水电能源或其他可再生能源可能被影响的方式受地理位置或气候影响。另外地，地热能不受供应限制或者引起通常与诸如煤、石油和天然气等不可再生的基于碳氢化合物的能源相关联的显著环境影响。地球内部的天然放射性衰变在所有地理位置上通常是一致的，并且提供所产生的热量的85％至95％，其中行星的剩余热量是来自行星形成和加速的潜伏热。
35.本公开中描述了有效地产生用于生成地热能的钻孔的方法和系统，所述方法和系统可以比利用地热能的常规方法更经济。实施方式可以包括可缩放的闭环系统，其中向系统中提供的工作流体不会接触地质材料，并且可以不要求使用压裂技术(例如，“水力压裂”)。在其他实施方式中，对地质地层的人工或天然增产可以用来改进地热能的回收。
36.在一些实施方式中，可以至少部分地通过使用加速的弹丸在地球表面中形成钻孔。例如，先前以引用方式并入的美国专利申请15/340,753和15/698,549描述了系统和方法，其中可以通过加速弹丸进入钻头前面的地质材料中来促进旋转钻头的进度。加速的弹丸可以通过使用加压材料、可燃材料、钻井液或其他材料的移动等等来移动穿过钻柱或其
他类型的导管。在一些实施方式中，用来形成钻孔的钻井导管可以包括连续管，从而在与利用其他类型的钻井导管的其他技术相比时，减少形成钻孔所需的地面上钻井基础设施。例如，被配置成使弹丸加速的井底钻具组件(bha)，诸如关于美国专利申请15/340,753描述的bha，以及具有被配置成准许加速的弹丸通过的一个或多个孔口的钻头可以固定到一段连续管的端部。在与地质材料接触后，加速的弹丸可以使材料的至少一部分移位并且使材料的至少一部分弱化以有助于钻头使弱化的材料移位的能力。在一些实施方式中，为了避免向可能具有受限直径的一串连续管中提供弹丸的需要，可以使用泥浆或其他类型的流体形成弹丸，诸如钻井液、未固化的混凝土、重晶石混凝土等等。用于接纳泥浆或其他流体的容器可以定位在井下，并且一旦填充材料，容器就可以加速以撞击地质材料。在一些实施方式中，用于接纳材料的容器可以包括树脂或其他可固化材料，所述其他可固化材料可以在井下作为液体提供，然后诸如通过使用紫外光、化学品或其他类型的能量进行固化。
37.在一些情况下，可以使用利用冲压加速器组件加速的弹丸来形成钻孔。例如，先前以引用方式并入的美国专利申请62/253,228；13/841,236；15/292,011；61/922,830；14/708,932；15/246,414；62/067,923；14/919,657；62/150,836；和15/135,452描述了使用加速的弹丸在各种材料中形成孔。在其他实施方式中，可以通过使用引爆的材料至少部分地在地球表面中形成钻孔，在一些情况下，所述引爆的材料可以用于促进钻头的进度。例如，先前以引用方式并入的美国专利申请15/348,796描述了用于使用弹丸产生孔的系统和方法，在一些实施方式中，所述弹丸包括可引爆材料。
38.使用加速的弹丸形成钻孔可以允许以少于常规钻井技术的时间和成本来形成钻孔并延伸到适合于生成地热能的显著深度，这可以导致在井下环境内产生地热能变得经济。在诸如先前以引用方式并入的美国专利申请15/698,549所述的一些实施方式中，钻孔延伸的方向可以至少部分地由弹丸相对于钻柱、钻头或bha的纵向轴线加速的方向控制。钻孔延伸的方向可以至少部分地基于适合于生成地热能的地质特征的位置进行选择。
39.例如，加速的弹丸与地质地层之间的相互作用的至少一部分可以生成可检测的声信号，诸如通过地层从弹丸与地层之间的撞击点向外传导的振动。这些声信号可以使用在地球表面处、在钻柱内或在使用加速的弹丸延伸的钻孔附近的其他钻孔内的一个或多个传感器来检测。例如，传感器可以定位在置于钻孔内的一段光纤电缆内。通过处理声信号，可以确定声信号行进穿过的地层的特性。地层的特性可以用来确定适合于生成地热能的位置。例如，可以分析声信号以确定在具有适合于生成地热能的温度的深度处的地质材料的硬度和孔隙率以及地质地层的天然裂缝的位置。由此，声信号可以用来明智地操纵产生钻孔的方向以优化钻孔延伸的速率，诸如通过操纵钻头远离坚硬的石头或者朝向更多孔的地质材料。另外地，声信号可以用来使钻孔在可以更有效地生成热能的方向上延伸，诸如通过操纵钻头朝向包括天然裂缝的地层中的区域。至少阈值大小的天然裂缝的存在可以增加可以从地层提取的天然热量的量。另外地，在一些情况下，天然裂缝的存在可以提高水力压裂或其他增产操作的效率，以延长或加宽现有的裂缝或者增加所存在的裂缝的数量。基于天然裂缝的位置或地质材料的其他期望特性，可以将钻孔朝向选定的位置导航，诸如通过使用美国专利申请15/698,549中描述的技术。
40.在一些实施方式中，使用声信号确定的地层的特性可以用来确定可以用于优化钻孔的形成和形成钻孔的方向的弹丸、钻头、可燃材料、爆炸材料等等的特性。例如，被配置成
使材料在横向方向上朝向检测到的特征加速的弹丸可以在钻头在具有天然裂缝的位置附近时使用，使得加速的材料与地层之间的相互作用可以增强裂缝。对包括裂缝的区域的增强可以延长或加宽现有的裂缝、在地层中产生额外的裂缝等等。
41.弹丸与地层之间的每个连续相互作用可以生成额外的声信号，所述声信号可以用来在钻孔延伸时进一步确定地层的特性。另外地，在钻井泥浆或其他流体在钻孔内循环时，可以测量循环到表面的流体的温度以确定在钻孔的当前深度处生成地热能的潜力。此外，除了使用声信号来操纵钻孔延伸的方向之外，声信号可以用来确定钻头或钻柱的其他部件的位置。例如，基于由地层与加速的弹丸之间的相互作用生成的声信号的特性、弹丸被加速的时间、由特定声传感器接收到声信号的时间等等，可以确定钻头或钻柱的其他部分在地球中的位置。使用声信号来定位钻头可以用于放置随钻测量(mwd)装备或bha中使用的类似定位装备，从而降低与钻井操作相关联的复杂性、花费和重量。
42.在已经达到适合于有效或经济地生成地热能的深度之后，可以通过向钻孔中提供温度比地层冷的流体使来自地质地层的热量朝向表面转移。在钻孔内，地层可以将流体加热，并且加热的流体可以循环到表面，其中热量可以用于生成电能。在一些情况下，流体可以循环到一个或多个钻孔中，并且从一个或多个不同的钻孔离开。例如，多个钻孔可以通过横向钻井技术或通过使用地层中的现有天然裂缝进行连接。在其他情况下，流体可以循环进入和离开同一钻孔。例如，钻孔可以包括内导管，诸如一段连续管、另一类型的钻井导管，或者可以在移除连续管钻井导管之后向钻孔中提供的单独导管。钻孔还可以包括在地质材料与钻孔之间提供屏障的外导管，诸如套管，以限定环空。可以向内导管中提供温度比地质材料冷的流体。流体可以在内导管的下端或者通过在内导管中形成的一个或多个其他开口离开内导管，以进入环空并朝向表面流动。在其他实施方式中，流体可以流到环空中并通过内导管重新取回。在另外的其他实施方式中，钻孔内可以包括多个导管，其中一个或多个导管可以用于使流体流入钻孔中并且其中一个或多个导管可以用于使流体朝向表面流动。
43.在一些实施方式中，可以使用外导管形成钻孔，同时可以将具有比外导管直径小的内导管插入外导管中并固定到定标(counter)导管，诸如通过使用挤出、焊接或者一个或多个插塞。内导管然后可以用来向钻孔中提供水泥或其他完井材料，以使得能够与钻孔的形成同时地或时间接近地执行钻孔(例如，具有水泥衬套)的完井。
44.在一些实施方式中，可以在钻孔内生成电力(诸如电流)以便传输到表面。例如，诸如热光生电(tpv)能量转换元素的热电材料可以沿着内导管的外部的至少一部分、外导管的内部的至少一部分或者在内导管和外导管两者上定位。将热电材料放置在内导管与外导管之间的环空内(诸如沿着接近地质材料的外导管的内部)可以有助于在热电材料上生成热梯度。例如，基于钻孔的深度与地球表面相比可以具有升高温度的地质材料可以邻近热电材料的第一侧，而钻孔的内部定位在热电材料的第二侧上。因此，流体可以邻近并流过热电材料的第二侧，从而结合邻近热电材料的第一侧定位的更暖地质材料产生热梯度。在一些情况下，连续管单元可以提供将管用于内管(冷水)完井的双重用途。在一些实施方式中，bha可以具有热电元件、电连接和在使用时附接的流体连接，从而使得能够在单个步骤中完成钻井和完井。例如，可以钻出单个孔，以使得能够在不需要完井工艺的重复行程的情况下完井。在一些实施方式中，通过使用声信号确定的地层的特性可以用来实时地确定钻井导管内或表面处的热电元件的量、放置和类型，它们可以优化使用钻孔来生成热能。
45.在一些实施方式中，外部环空可以存在于地质材料与钻孔内的外导管的外部之间。例如，先前以引用方式并入的美国临时专利申请62/393,631和美国专利申请15/698,549描述了通过在相对于钻头的纵向轴线不平行的方向上使弹丸加速而可以操纵钻头并且可以控制钻孔的形状的方法。弹丸在特定方向上的选择性加速可以用来向不同直径的区域提供钻孔，诸如直径大于套管的直径的区域。另外地，弹丸的定向使用可以使得能够向具有独特截面形状(诸如六角形状)的区域提供钻孔。在外导管与地质材料之间形成外部环空的情况下，外部环空内的流体或其他材料可以比向内导管中提供的流体更暖。在一些实施方式中，插塞、阀、密封件或其他类型的封闭元件可以定位在外部环空中，以防止暖流体或其他材料经由外部环空从井下环境朝向表面循环。放置封闭元件或者使用一个或多个井下设备(诸如泵或涡轮机)可以使得外部环空内的流体或其他材料能够循环，以分布和维持靠近外导管的外部的热量。外部环空中的流体的循环还可以将来自钻孔的下部部分的热量朝向上部部分转移。
46.本文中描述的实施方式还可以包括基于用户输入来形成用于生成地热能的钻孔的方法。例如，访问应用或其他类型的用户界面的用户可以指示地质位置、能量的期望价格或成本(例如，以每能量单位的货币为单位来表示，诸如每千瓦时的美元)、需要能量的期望日期或日期范围等等。还可以输入附加信息，诸如利率、归因于货币的时间价值和成本的折扣等等，或者基于地质、经济、政治或其他因素而导出所述附加信息。基于输入和导出的信息，可以确定将温度与地质位置的深度相关联的图表或其他输出。基于电力的请求量或价格、可用的能量储存量、由能量服务的负载等等，可以确定用于产生地热能的系统的总电力需求，诸如深度、温度、热电材料的量、热电材料的放置等等。通过分析声信号和在钻孔内循环的材料的温度而确定的地层特性可以用来确定用于生成地热能的钻孔的容量。在一些情况下，可以在钻孔延伸时确定和更新使用钻孔生成地热能的经济特性。
47.图1描绘了用于使用通过弹丸106与地质材料之间的相互作用而生成的声信号104来确定地层102的特性的系统100的实施方式。如先前和关于图2至图4更详细地描述，可以至少部分地通过使弹丸106加速穿过与地层102接触的钻柱110的一部分在地层102中形成一个或多个钻孔108。例如，弹丸106与钻头附近的地层102的一部分之间的相互作用可以弱化钻头附近的地层102并且有助于钻头推进穿过地层102。在每个弹丸106撞击钻头附近的地层102时，弹丸106与地层102的被撞击位置之间的相互作用可以生成一个或多个声信号104。例如，声信号104可以包括地层102内的岩石、土壤或其他地质材料的振动。在一些实施方式中，弹丸106可以使用冲压加速器组件112进行加速，所述冲压加速器组件可以定位在钻柱110中在其下端处或附近、在其上端处或附近，或者在沿着钻柱的长度的另一位置处。关于先前以引用方式并入的美国专利申请13/841,236；15/292,011；14/708,932；15/246,414；14/919,657；15/135,452和15/698,549描述了用于使用冲压加速器组件112来加速弹丸106的示例系统和方法。
48.可以使用一个或多个声传感器114检测由弹丸106与地层102之间的相互作用生成的声信号104。声传感器114可以包括例如地震检波器、加速度计、使用光纤来检测信号的分布式声感测(das)系统等等。例如，das系统可以沿着光纤电缆传播光脉冲信号，并且基于与声信号104相互作用影响光脉冲信号的方式来测量电缆归因于声信号104而经历的应变。声传感器114可以定位在各种位置以检测声信号104。例如，图4描绘了定位在地球表面116处
的第一组声传感器114(1)，诸如在被配置成向钻孔108中提供材料或从所述钻孔接收材料的一个或多个设施内。继续示例，表面116处的设施可以用来向钻孔108中提供冷流体以便由地层102加热，然后从钻孔内接收温暖的流体以用于生成地热能。作为另一示例，表面116处的设施可以向钻孔108中提供钻井液，以有助于钻头的操作、测量从钻孔108流出的钻井液或碎屑的温度、升高和降低钻柱110等等。声传感器114(1)也可以定位在设施的外部、埋藏在表面116处或附近的地质材料内、在表面116上方的位置处、在表面116处的水体内等等。图1描绘了沿着第一钻孔108(1)内的钻柱110定位的第二组声传感器114(2)。例如，钻柱110内的一个或多个导管或其他元件可以容纳一个或多个声传感器114(2)。在一些实施方式中，声传感器114(2)可以被包括在光纤电缆或类似的柔性细长构件中。在其他实施方式中，一个或多个声传感器114(2)可以与用来使弹丸106加速与地质材料接触(诸如在bha的上端或下端附近)的bha相关联。在另外的其他实施方式中，声传感器114(3)可以在第一钻孔108(1)附近的一个或多个其他钻孔108内。例如，图1描绘了在第一钻孔108(1)附近的第二钻孔108(2)内的第三组声传感器114(3)。继续示例，与一个或多个声传感器114(3)相关联的一段光纤电缆或类似元件可以在钻孔108(2)内降低，其中可以检测到与另一钻孔108(1)相关联的声信号104。
49.检测到的声信号104可以诸如在钻孔108的表面116处的一个或多个设施处进行分析，以便确定钻头或钻柱110的其他部分的位置。例如，基于弹丸106加速与地层102接触的时间、各种声传感器114的位置以及声信号104被声传感器114接收到的时间，可以确定钻柱110的末端在地层102内的位置。因此，可以定位钻头或钻柱110的其他部件，并且可以操纵钻孔108的延伸，而不要求使用mwd装备或用于定位钻头或钻柱110的其他装置。通过避免使用mwd装备或者用于定位钻头或钻柱110的其他装置，可以降低与形成钻孔108相关联的成本，可以提高可靠性等等。
50.另外地，可以分析声信号104以确定各种深度和位置处的地层102的特性。例如，穿过弹丸106接触地层102的第一位置与声传感器114所在的第二位置之间的地层102的区域的振动的特性可以指示所述区域内的地质材料的硬度或孔隙率。继续示例，声信号104可以用来确定坚硬的岩石或较软的地质材料的存在，这进而可以用来操纵钻柱110在有益于钻孔108(1)更快速延长的方向上，诸如通过操纵钻柱110朝向更多孔或更软的材料或者远离更坚硬或不那么多孔的材料。可以使用声信号104检测到的地层102的其他特性可以包括地层102的区域的密度、水的存在(例如，蓄水层)、盐的存在(例如，盐丘)、天然地层裂缝118(“裂缝”)的存在等等。包括裂缝118的地层102内的位置可以更有益于生成热量，并且因此，可以在裂缝118附近的钻孔108内提供流体。在一些情况下，可以使用专业的弹丸106来撞击或扩大裂缝118以增加可以在钻孔108(1)内使用的热量。在其他情况下，裂缝118可以用作多个钻孔108之间的横向导管。在另外的其他情况下，裂缝118可以指示地层102的弱化区域，通过所述弱化区域可以容易诸如通过操纵钻头在横向方向上来导航钻头。例如，穿过包括裂缝118的地层102的区域的钻孔可以有助于形成多个钻孔108之间的连接。在这种情况下，向第一钻孔108中提供的流体可以经由第二钻孔108循环并重新取回。在一些实施方式中，可以通过控制弹丸106相对于钻柱的纵向轴线加速离开钻柱110的方向来控制钻孔108(1)延长的方向，诸如先前以引用方式并入的美国专利申请15/698,549所述。
51.图2示出了用于通过加速弹丸106与钻头202前面的地层102相互作用来在地质材
料内形成钻孔的方法的第一部分200。如所述，例如，在先前以引用方式并入的美国专利申请15/698,549中，发射管204可以用来引导加速的弹丸穿过钻头202中的孔口并进入地质地层102中。发射管204的上游端可以终止于bha内的燃烧室206处，而发射管204的下游端终止于钻头202中的孔口处。在使用中，使用燃烧室206内的推进剂生成的压力可以使定位在发射管204内的弹丸106在下游方向上朝向钻头202加速，其中弹丸106可以离开孔口以撞击钻头202前面的地质地层。钻头202的后续操作可以致使钻头202穿透地层102的通过与弹丸106相互作用而弱化的部分。
52.在框208处，可以容纳在管、导管或位于发射管204上游的其他类型的壳体中的柱塞210可以在下游方向上朝向钻头202延伸。柱塞210可以携带弹丸106和端盖212，所述弹丸和端盖定位在燃烧室206或发射管204中在其下游端处朝向钻头202。例如，弹丸腔室214内的邻近燃烧室206的弹丸106和端盖212可以在柱塞210朝向钻头202延伸之前进入燃烧室206或发射管204中。随着柱塞210、弹丸106和端盖212在下游方向上推进，这个运动可以推动钻井液、地层流体、碎屑或其他类型的喷出物离开发射管204，诸如通过迫使喷出物穿过孔口或者钻头202或发射管204中的另一开口。
53.在框216处，柱塞210可以将端盖212坐定在发射管204的下游端处或附近。端盖212可以密封发射管204，从而防止钻井液、地层流体、碎屑或来自钻孔108的其他喷出物进入。另外地，放置端盖212可以使得发射管204能够抽空，以有助于弹丸106朝向钻头202加速。例如，随着柱塞210和弹丸106在上游方向上撤回，这个运动可以将发射管204抽空。在一些实施方式中，发射管204的至少一部分可以抽空至25托或更少的压力。
54.在框218处，柱塞210可以从发射管204撤回，从而将弹丸106坐定在发射管204的上游端处。在一些实施方式中，位于发射管204与燃烧室206之间的阀220或其他类型的封闭机构可以在柱塞210撤回时封闭，使得弹丸106经过阀220坐定在发射管204的上游端处、靠近燃烧室206。
55.图3描绘了用于通过加速弹丸106与钻头202前面的地层102相互作用来在地质材料内形成钻孔108的方法的第二部分300。如关于图2所述，柱塞210或类似机构可以用来将端盖212放置在发射管204的下游端处或附近，以密封发射管204并防止碎屑302进入。柱塞210和端盖212的下游移动可以从发射管204推动或擦拭碎屑302，诸如地层材料、钻井液、喷出物等等，而柱塞210和弹丸106的上游移动在放置了端盖212之后可以抽空发射管204。弹丸106可以在将燃烧室206与发射管204分开的阀220的相反侧上放置在发射管204的上游端处或附近，诸如靠近燃烧室206。
56.在框304处，燃烧室206可以至少部分地填充推进剂306。推进剂306可以包括任何方式的可燃材料、加压材料，或者可以向弹丸106施加的其他类型的反应物或原动力源。例如，推进剂306可以包括一种或多种可燃气体，所述可燃气体可以被点火。在一些实施方式中，经由弹丸106或柱塞210的上游移动压缩推进剂306可以将推进剂306点燃或加压。在其他实施方式中，可以使用其他类型的点火，诸如单独的点火机构。来自燃烧反应或与推进剂306相关联的其他类型的反应的压力可以加速弹丸106穿过发射管204并朝向钻头202。在阀220或其他封闭机构将燃烧室206与发射管204分开的情况下，来自推进剂306的压力可以致使阀220打开或以其他方式准许来自推进剂306的压力进入发射管204中。在一些实施方式中，关于图2描述的由柱塞210和弹丸106的上游移动引起发射管204的抽空可以进一步增大
发射管204与燃烧室206之间的压力差，这可以有助于加速弹丸106穿过发射管204。
57.在框308处，弹丸106可以穿透端盖212并且在钻头202的面处离开发射管204，诸如通过穿过钻头202中的孔口。加速的弹丸106然后可以撞击钻头202前面的地质地层102。弹丸106与地层102之间的相互作用可以弱化地层102，从而与钻头202将在缺少地层102与弹丸106之间的相互作用的情况下穿透地层102相比，使得钻头202能够更有效地穿透弱化的地层102。弹丸106与地层102之间的相互作用可以破坏弹丸106和地层102的至少一部分，并且在一些实施方式中，破坏端盖212的至少一部分。在其他实施方式中，反而可以使用闸门、阀、隔膜或其他封闭机构来代替端盖212，并且弹丸106的通过可以打开封闭机构。由这些相互作用产生的碎屑302可以诸如通过钻井液在上游方向上的流动而朝向表面116携带。在一些实施方式中，由推进剂306的燃烧或排放产生的副产物、废料或碎屑302也可以离开发射管204。例如，推进剂306燃烧的副产物可以离开钻头202中的孔口。在其他实施方式中，发射管204、钻头202或燃烧室206中的一个或多个通风口或其他开口可以用来准许副产物流到环空中。在一些情况下，离开钻头202中的孔口或钻柱110的另一部分的推进剂306的副产物可以有助于在上游方向上运输碎屑302。
58.在框310处，在弹丸106离开发射管204之后，发射管204的上游端处的阀220可以关闭，并且另一弹丸106和端盖212可以定位在发射管204或燃烧室206中，以使得能够重复关于图2和图3描述的过程。例如，在前一弹丸106加速之后，来自弹丸腔室214的弹丸106和端盖212可以因为弹丸腔室214与燃烧室206之间的压力差而进入燃烧室206中。在钻头202前进穿过地层102时，发射管204将填充钻井液、喷出物或其他碎屑302。例如，在加速的弹丸106破坏了端盖212之后，碎屑302可以进入钻头202中的孔口。进入发射管204的碎屑302可以通过柱塞210用于使后续端盖212坐定的运动而被清除，如关于图2所述。
59.图4描绘了用于通过加速弹丸106与钻头202前面的地层102相互作用来在地质材料内形成钻孔的方法的第三部分400。如关于图2和图3所述，发射管204、燃烧室206、一种或多种推进剂306材料、柱塞210以及含有一个或多个弹丸106和端盖212的弹丸腔室214可以被容纳在钻柱的井底钻具组件402内。弹丸106加速朝向地层102可以致使弹丸106与靠近钻头202的地层102的至少一部分相互作用，这在与缺少弹丸106与地层102之间的相互作用的情况下穿透钻头202相比，可以有助于钻头202穿透地层102。
60.在框404处，加速的弹丸106可以离开钻头202中的孔口、撞击地质地层102，并且穿透至少短距离进入地层102中。例如，弹丸106可以加速至超高速，并且可以在撞击后与地层102相互作用、作为流体
‑
流体相互作用，从而形成具有大致圆柱形形状的孔。作为另一示例，加速至非超高速速度的弹丸106可以与地层102相互作用、作为固体
‑
固体相互作用，这可以使地层102的一部分破裂或裂开，从而形成可以是圆柱形、具有圆锥形轮廓的弹坑或者另一形状的孔。独立于弹丸106的速度，加速的弹丸106与地层102之间的相互作用可以使在弹丸106撞击地层102的点处或附近的地层102的地质材料移位、压缩、移除、破裂或以其他方式弱化。
61.在框406处，弹丸106与地层102之间的相互作用可以粉碎弹丸106的至少一部分或以其他方式使其劣化，并且弱化钻头202前面的地层102的至少一部分。产生的碎屑302可以诸如经由环空向上游流动。在一些实施方式中，碎屑302可以包括被弹丸106穿透的端盖212的部分、用来使弹丸106加速的推进剂306、来自推进剂306的燃烧或反应的副产物等等。在
一些情况下，碎屑302可以流到钻头202或发射管204中，诸如通过钻头202中的孔口。然而，当后一端盖212放置在钻头202处或附近(诸如通过移动携带端盖212的柱塞210)时，碎屑302随后可以从发射管204移除，如关于图2所述。
62.在框408处，钻头202可以推进穿过通过与弹丸106的相互作用而形成的弱化的地层410。例如，弱化的地层410可以包括经由弹丸106与地层102之间的撞击而形成的圆锥形弹坑。继续示例，地层102与弹丸106之间的相互作用可以粉碎弹丸106和占据弹坑的地层102的部分。粉碎的碎屑302可以从弹坑向上游流动，而钻头202的旋转和降低可以致使钻头202穿透弱化的地层410。在钻头202穿过弱化的地层410的时刻或接近该时刻，可以使后一弹丸106加速进入地层102中以弱化地层102的后一部分，从而进一步有助于钻头202的前进。
63.图5描绘了用于使用钻孔108生成地热能的系统500的实施方式。如先前论述，可以在地层102的地质材料(诸如地球或另一行星体的表面116)内形成钻孔108。地质材料可以包括岩石、土壤、沙子、冰等等。地质材料的温度可以基于钻孔108的深度而增加。例如，在地球上低于300英尺的深度，钻孔108周围的地质材料的温度通常是每30米深便增加一摄氏度。典型的岩石体可以具有约每立方米2700千克的密度和每千米在20摄氏度至30摄氏度的范围内的标称温度梯度。在一些实施方式中，可以在钻井过程期间测试地质材料内的热梯度。例如，在钻出钻孔108期间，可以测量碎屑302或循环离开钻孔108的其他流体的温度。在一些实施方式中，温度低于地质材料的流体可以流过钻柱110，并且随时间推移，可以基于流体的温度来测量钻孔108内的一个或多个位置处的温度。基于此类测量，可以确定地质材料的温度的弹性(例如，热通量和热系数)。所述测量可以用来确定钻孔108的目标深度和材料在钻孔108内的放置。在一些实施方式中，基于对声信号104的分析而确定的地质材料的特性可以用来确定钻孔108的目标深度和将要放置在钻孔108中的材料的类型或量。例如，基于地质材料的孔隙率或天然裂缝118的存在，可以确定地质材料的热特性。
64.钻孔108可以包括在其中的一个或多个导管。例如，外导管502可以将地质材料与钻孔108的内部分开。内导管504可以定位在外导管502内。尽管在一些实施方式中，内导管504和外导管502可以包括同心地放置的圆柱形导管，但在其他实施方式中，内导管504和外导管502可以包括任何截面形状，并且内导管504可以放置在外导管502的内部内的任何位置。在另外的其他实施方式中，内导管504和外导管502反而可以包括并未放置在彼此内的多个导管。在一些实施方式中，内导管504可以包括用来形成钻孔108的钻井导管，诸如连续管或钻管。在其他实施方式中，外导管502可以包括用来形成钻孔108的导管。例如，可以钻出钻孔108，诸如使用关于图1至图4所述的方法、使用具有被选择为钻孔108的目标或最佳直径的大致恒定直径的导管。在另外的其他实施方式中，在使用外导管502或另一钻井导管形成钻孔108之后，内导管504可以定位在钻孔108内。在一些实施方式中，外导管502可以包括在钻孔的形成期间或形成之后不久可以定位在钻孔108中的套管、水泥、衬套和另一类型的屏障，例如，以防止地质材料进入钻孔108中。在另外的其他实施方式中，可以省略外导管502。例如，某些类型的地质材料可以具有避免对地质材料与钻孔108之间的屏障的期望的密度、孔隙率、硬度或其他材料特性。
65.如图5所示，内导管504和外导管502放置在钻孔108内可以将钻孔108细分成在内导管504内的内孔506和定位在内孔506外部的环空508。在一些实施方式中，内孔506可以经
由内导管504的开口下端510与环空508流体连通。在其他实施方式中，内导管504可以包括在其侧壁中形成的一个或多个开口(未示出)，流体可以通过所述开口进入或离开环空508。
66.为了使用钻孔108生成地热能，可以向钻孔108中提供温度比钻孔108内的目标深度处的地层102冷的流体512，诸如经由内孔506进行提供。尽管在钻孔108内，地层102可以将热量转移到流体512，所述流体然后可以在上游方向上诸如经由环空508循环到表面116。在一些实施方式中，基于声信号104确定的特性可以用来确定地层102的特性。例如，声信号104在行进通过地层102的区域时的变化可以指示地层102的硬度、孔隙率、密度或其他材料特性，诸如裂缝118、岩石、盐、水等等的存在。地层102的特性可以指示地层102保留和转移热量的能力。这些特性可以用来确定向钻孔108中提供的流体512的类型以及递送流体512的速率。例如，流体512可以包括卤水、金属流体、氨、水、盐水、熔融盐或其他类型的流体，其中每一者可以接收来自地层102的热量、保留热量并且基于流体的特性而以不同的速率消散热量。基于钻孔108的深度和地层102的特性，可以选择流体512以优化从地层102接收的热量，并且在流体512朝向表面116流动时最小化热量的消散。在表面116处，可以使用一个或多个涡轮机或者其他类型的装置将来自加热的流体512的热量转换成电力(例如，电流)。在一些情况下，用于使用加热的流体512来生成电力的装备的类型和量可以部分地基于使用声信号104确定的地层102的特性来确定。在其他实施方式中，流体512可以经由环空508提供到钻孔108中并且经由内孔506在井上方向上循环。在另外的其他实施方式中，流体512可以经由一个或多个导管提供到第一钻孔108中、诸如经由一个或多个横向孔或现有的地层裂缝118循环到第二钻孔108、然后经由第二钻孔108在井上方向上循环。在另外的其他实施方式中，流体512可以提供到任何数量的导管或钻孔108中并且使用任何数量的其他导管或钻孔108向上循环。
67.在一些实施方式中，可以在钻孔108本身内生成电流。例如，一个或多个热电元件514可以放置在钻孔108内，以基于地质材料与钻孔108内的流体512之间或者已经在钻孔108内加热的流体512与尚未加热的流体512之间的热梯度而生成电流。继续示例，一个或多个热电元件514可以沿着外导管502的内表面定位在环空508内。图5描绘了沿着外导管502定位在内导管504的下端510附近的热电元件514，然而，热电元件514可以放置在沿着外导管502的长度的任何位置处。在其他实施方式中，热电元件514可以沿着外导管502的外表面放置(例如，紧邻或接触地质材料)、沿着内导管504的外表面放置(例如，在环空508内)，或者沿着内导管504的内表面放置(例如，在内孔506内)。在另外的其他实施方式中，如果不使用外导管502，则热电元件514可以沿着地质材料本身定位在钻孔108内的选定位置处。所使用的热电元件514的类型以及热电元件514的量和放置可以至少部分地基于地层102的特性进行确定，诸如密度、孔隙率、热通量等等，所述特性可以基于对传播通过地层102的声信号104的分析来确定。在一些情况下，携带选定的类型和量的热电元件514的导管可以实时地基于通过分析声信号104确定的地层102的特性而插入到钻孔108中。例如，具有紧固到其外表面的一百个tpv元件的内导管504可以基于钻孔108的内部与周围地层102之间的确定的温度差而降低到钻孔108中。
68.热电元件514可以包括任何方式的热电生成材料、热电偶或热离子装置。例如，热电元件514可以包括基于掺杂硅的半导体(例如，碲
‑
镓、si)，所述半导体使用珀尔帖或赛贝克工艺将温度差转换成电势以用于生成电力。在其他实施方式中，热电元件514可以包括
tpv元件，所述tpv元件可以响应于地质材料而生成光子。例如，tpv元件可以包括被配置成响应于特定温度或温度差而生成光子的发射极和捕获光子中的至少一部分的接收极。所生成的管子的频率可以受特定温度影响，并且在一些情况下，由接收极捕获的光子的频率可以基于钻孔108内的预期温度进行协调。与光子相关联的电子可以被光电池收集以生成电流。在一些实施方式中，热电元件514可以包括热电材料的正方形或矩形区段，诸如具有在30至50毫米范围内的长度和宽度以及10毫米或更少的厚度的矩形材料。在其他实施方式中，热电元件514可以具有与它们所接合到的导管的结构成一体的其他形状。例如，热电元件514可以形成为圆柱形或六边形管。
69.热电元件514可以响应于地质材料与钻孔108的内部之间的温度差而生成电流。例如，当温度低于地质材料的温度的流体512经过热电元件514时，热电元件514上可以产生温度差。继续示例，可以从表面116(例如，经由泵)提供冷却流体514，诸如卤水、金属流体、氨、水、盐水、熔融盐等等，然后朝向表面116循环以便捕获或再循环。在一些实施方式中，系统500可以包括闭环系统，其中钻孔108不与地质材料流体连通，使得流体512不接触地质材料并且地质材料不进入钻孔108。
70.内导管504、外导管502、热电元件514或流体512中的一者或多者内的导电材料可以用来将生成的电流朝向表面116传导。在一些实施方式中，热电元件514或者系统500的一个或多个其他部分可以包括功率转换器、功率调节器或者修改电流的其他元件。
71.图6描绘了用于通过使流体512在井下环境中循环而使用钻孔108生成地热能的系统600的实施方式。如关于图1至图4所述，可以至少部分地使用加速的弹丸106使地层102的地质材料移位或弱化在地层102内形成钻孔108。用来形成和隔离钻孔108的导管(诸如钻井导管和外部套管)可以将钻孔108细分成可以用来使流体512在井上和井下方向上流动的孔和环空。
72.如关于图5所述，内导管504和外导管502可以定位在钻孔108内，内导管504定位在外导管502内。在一些实施方式中，钻孔108可以具有大于外导管502的直径的直径，诸如通过使用从钻井导管相对于其以一定角度抛射的加速的弹丸106或者被配置成在相对于钻井导管的横向方向上生成力的弹丸106。因此，内导管504可以将钻孔108的内孔506与内环空602分开，所述内环空定位在内导管504与外导管502之间。外导管502和定位在外导管502外部的钻孔壁604可以限定外环空606。
73.在一些实施方式中，外环空606可以填充暖流体608，诸如导电或对流泥浆。例如，在钻孔108已经延伸到目标深度之后，可以将石墨泥浆或另一类型的流体注射到超过外导管502的下端或者穿过外导管502中的一个或多个开口进入外环空606中。暖流体608可以接触地层102的地质材料并且将来自地质材料的热量朝向外导管502传导或对流，以有助于热量朝向内环空602转移。在一些实施方式中，暖流体608可以进行循环，诸如通过使用泵、涡轮机、钻头，或者可以定位在外导管502的端部处或附近的其他流体移动设备(图6中未示出)。暖流体608的循环可以有助于热量沿着外导管502的外部均匀地分布。例如，暖流体608的循环可以致使暖流体608将来自钻孔108内的较深处的热量或材料转移到外环空606的在井上方向上定位更远的部分。在一些实施方式中，一个或多个隔离元件610(诸如，混凝土塞、密封件、阀或者其他类型的屏障或封闭机构)可以定位在外环空606内，以限制暖流体608流到外环空606的选定区域。
74.冷流体612(例如，具有小于暖流体608的温度的温度)可以经由内孔506或内环空602中的一者提供到钻孔108中，并且经由内孔506或内环空602中的另一者朝向表面116循环。冷流体612可以通过接近暖流体608而被加热。例如，来自暖流体608的热量可以越过外导管502传导到冷流体612。加热的冷流体612可以返回到表面116，其中来自冷流体612的热量可以用来生成电流。在一些实施方式中，热电元件514可以定位在钻孔108内，使得冷流体612和暖流体608在热电元件514上产生热梯度。例如，热电元件514可以定位在外导管502的一部分上。
75.图7是描绘被配置成容纳热电元件514的导管702的实施方式的图示700。如先前论述，归因于使弹丸106相对于钻井导管的轴线以各种角度加速进入地质材料中的能力，钻孔108可以具有任何截面形状，包括非圆形形状。因此，用来形成钻孔108或插入其中的导管702可能不一定具有圆形截面形状。例如，图7描绘了具有由五个壁704限定的五边形截面形状的导管702，所述壁进而限定延伸穿过导管702的孔706。在一些情况下，导管702的形状相对于钻孔108的形状可以有助于流体在钻孔108与导管702之间的环空508内循环。例如，将具有成角度表面的导管702放置在圆形钻孔108内可以影响环空508内的流体相对于导管702移动的方式。在一些实施方式中，壁704中的一者或多者可以包括与其相关联的电子框架708。例如，壁704可以由电子框架708形成或以其他方式与所述电子框架成一体，或者电子框架708可以附接到壁704。
76.电子框架708可以由导电材料形成并且被配置成将由热电元件514产生的电流朝向表面116传导。在一些实施方式中，电子框架708还可以包括电调节部件或与电调节部件电通信。电子框架708可以被配置成将热电元件514固位在期望的位置。例如，电子框架708的一个实施方式可以包括由联锁的线性元件形成的矩形平面，以限定其中具有一个或多个空间710的网格形状。每个空间710可以被配置成接合或以其他方式使矩形热电元件514固位。在其他实施方式中，单子框架708可以具有与具有其他截面形状的导管702对应的其他形状。例如，电子框架708和热电元件514可以具有与圆柱形导管702的曲率对应的曲率。在一些实施方式中，一个或多个电子框架708可以串联地或并联地连接在一起。使用电子框架708可以使得能够以模块化方式添加、移除或替换特定热电元件514或特定电子框架708，诸如在一个或多个热电元件514或者一个或多个电子框架708变得损坏时的时刻。
77.电子框架708可以使用热绝缘材料形成，并且在一些实施方式中，每个空间710可以包括用于接合热电元件514的电连接，诸如插座。电子框架708还可以包括连接相邻的热电元件514或将热电元件514连接到电力传输元件的总线。例如，在空间710中的一者或多者中，可以放置功率调节单元或功率转换器。继续示例，功率调节单元可以将由热电元件514产生的直流电转换成交流电，或者可以以其他方式修改由热电元件514生成的电力。在使用tpv元件的实施方式中，空间710的第一部分可以包括热发射器，而空间710的第二部分可以包括光电池。
78.图8是示出用于使用从声信号104确定的数据来产生钻孔108的方法的流程图800。在802处，可以使一个或多个弹丸106加速穿过导管并且与地质材料接触以形成钻孔108。例如，关于图2至图4描述的方法可以用来加速弹丸106与地质材料接触以至少部分地弱化材料，同时钻头202可以用来钻透弱化的材料。
79.在804处，可以检测由弹丸106与地质材料之间的相互作用引起的一个或多个声信
号104。例如，如关于图1描述，弹丸106与地质材料之间的相互作用可以引起地质材料内的振动，所述振动可以使用一个或多个声传感器114检测到。声传感器114可以定位在弹丸106被加速的钻孔108内、在另一钻孔108内或者在表面116处。
80.在806处，基于声信号104，可以确定地质材料的一部分的一个或多个特性。例如，弹丸106可以在第一位置撞击地质材料，这可以致使一个或多个声信号104从第一位置向外投射。第二位置处的声传感器114可以检测声信号104。基于检测到的声信号104的特性，可以确定第一位置与第二位置之间的地质材料的特性，诸如硬度、孔隙率以及裂缝118的存在。在不同位置处使用多个声传感器114可以使得能够基于传播通过地质材料的相应部分的声信号104来确定地质材料的不同区域的特性。
81.在框808处，基于地质材料的确定的特性，钻孔108可以朝向或远离确定了特性的地质材料的区域延伸。例如，如果地质材料包括大于阈值硬度的硬度或小于阈值孔隙率的孔隙率，则这些特性可能会妨碍钻孔108的延伸，并且钻孔108可以远离所述地质材料的区域延伸。如果地质材料包括小于阈值硬度的硬度或大于阈值孔隙率的孔隙率，则这些特性可以有助于钻孔108的延伸，并且钻孔108可以朝向所述地质材料的区域延伸。如果地质材料裂缝118具有大于阈值大小的大小，则裂缝118可以用来提取来自地质材料的热量或材料、使材料在多个钻孔108之间流动或者在多个钻孔108之间形成横向孔，并且钻孔108可以朝向裂缝118延伸。
82.在810处，可以确定钻孔108内(诸如在其当前深度处)的温度超过阈值温度。阈值温度可以被选择为适合于生成选定量的热能的温度，诸如超过表面116处的当前或平均环境温度至少选定量的温度，或者超过循环流体512的当前或平均温度至少选定量的温度。
83.在812处，可以将流体512循环到钻孔108中，以使得来自钻孔108的热量能够转移到流体512。如关于图5和图6所述，一个或多个导管内的流体可以在相邻地质材料的近距离内通过，这可以使得来自地质材料的热量能够转移到流体512。
84.在814处，可以使用来自流体512的热量生成电流。在一些实施方式中，加热的流体512可以流到表面116，其中来自流体512的热量可以用来生成电流。在其他实施方式中，流体在热电元件516附近通过可以产生温度差，响应于此，热电元件516可以生成电流以便朝向电负载传导。
85.图9是示出用于基于用户约束和从声信号104确定的数据来产生钻孔108的方法的流程图900。在框902处，可以接收指示成本和电负载的一个或多个特性的用户输入。例如，用户输入可以指定来自钻孔108的可以用来至少部分地供应电负载的热能的量。用户输入还可以指定预算、每单位能量的期望成本，或者其他经济约束。
86.在904处，可以确定与电负载的特性对应的钻孔温度。例如，基于将要产生的钻孔108的直径以及由用户输入指示的地热能的量和成本，可以确定可以用来生成与所指示的量和成本对应的地热能的钻孔温度。
87.在906处，可以使一个或多个弹丸106加速与地质材料接触以形成钻孔108。例如，关于图2至图4描述的方法可以用来产生钻孔108的至少一部分。
88.在908处，可以检测由弹丸106与地质材料之间的相互作用引起的一个或多个声信号104。如关于图1所述，声信号104可以包括通过地质材料传播的由弹丸106与地质材料之间的撞击或其他相互作用引起的振动。一个或多个位置处的声传感器114可以检测从弹丸
106与地质材料相互作用的位置在各种方向上传播的声信号104。
89.在910处，基于声信号104，可以确定地质材料的一个或多个特性，诸如硬度、孔隙率或者裂缝118的存在。
90.在912处，基于所确定的特性，可以确定用于将钻孔108延伸到对应于目标钻孔温度的深度的成本。例如，与穿透更软或更多孔的材料相比，穿透具有高硬度或低孔隙率的地质材料可能需要更多的时间和材料。基于所确定的特性，可以确定延伸钻孔108的每单位距离的成本，这可以用来确定使钻孔108延伸到与钻孔温度相关联的目标深度的成本。在一些情况下，与产生钻孔108相关联的成本可以被可以使用钻孔108产生的地热能相关联的价值抵消。
91.以下条款提供对各种实施方案和结构的附加描述：
92.条款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。
93.条款2：如条款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。
94.条款3：如条款1或2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。
95.条款4：如条款1至3中任一项所述的方法，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。
96.条款5：如条款4所述的条款，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。
97.条款6：如条款1至5中任一项所述的方法，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。
98.条款7：如条款1至6中任一项所述的方法，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。
99.条款8：如条款1至7中任一项所述的方法，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。
100.条款9：如条款8所述的方法，其还包括：基于所述用户输入或所述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。
101.条款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。
102.条款11：如条款10所述的方法，其还包括：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，其中所述第二弹丸与所述地质材料之间的相互作用向所述一个或多个裂缝的至少子集施加力，以增强所述一个或多个裂缝的所述至少子集。
103.条款12：如条款10或11所述的方法，其还包括：向所述一个或多个裂缝附近的所述第一钻孔的一部分中提供具有第一温度的流体，其中所述钻孔的所述部分具有大于所述第一温度的第二温度并且所述流体被加热到大于所述第一温度的第三温度；使具有所述第三温度的所述流体循环远离所述第一钻孔的所述部分；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。
104.条款13：如条款10至12中任一项所述的方法，其还包括：使第二钻孔在所述一个或多个裂缝的阈值距离内朝向所述地质材料的所述部分延伸；形成在所述第一钻孔与所述第二钻孔之间延伸的横向孔，其中所述横向孔至少部分地与所述一个或多个裂缝中的至少一个裂缝相交；在井下方向上向所述第一钻孔中提供具有第一温度的流体；使所述流体通过所述横向孔循环到所述第二钻孔中；使所述流体在井上方向上循环离开所述第二钻孔，其中通过所述第一钻孔、所述横向孔或所述第二钻孔中的一者或多者会将所述流体加热到大于所述第一温度的第二温度；以及使用来自具有所述第二温度的所述流体的热量来生成电流。
105.条款14：如条款10至13中任一项所述的方法，其还包括：使第二钻孔朝向所述地质材料的所述部分延伸，其中所述第二钻孔与所述一个或多个裂缝中的所述至少一个裂缝相交；在井下方向上向所述第一钻孔中提供具有第一温度的流体；使所述流体穿过所述一个或多个裂缝的至少子集循环到所述第二钻孔中；使所述流体在井上方向上循环离开所述第二钻孔，其中所述流体的通过将所述流体加热到大于所述第一温度的第二温度；以及使用来自具有所述第二温度的所述流体的热量来生成电流。
106.条款15：一种系统，其包括：第一导管，其定位在钻孔周围的地质材料内，其中所述地质材料靠近所述第一导管的外表面并且所述地质材料具有第一温度；第二导管，其定位在所述第一导管内，其中在所述第一导管与所述第二导管之间限定第一环空；第一流体移动装置，其被配置成使具有小于所述第一温度的第二温度的流体经由所述第一导管或所述第一环空中的一者循环到所述钻孔中并且经由所述第一导管或所述环空中的另一者循环
离开所述钻孔，其中所述流体循环通过所述第一环空将所述流体加热到大于所述第二温度的第三温度；以及发电装置，其被配置成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。
107.条款16：如条款15所述的系统，其中所述第一导管与所述钻孔的壁间隔开以限定第二环空，所述系统还包括：第二流体移动装置，其被配置成使钻孔材料在所述第二环空内循环以将靠近所述第一导管的所述外表面的所述地质材料的一部分维持在所述第一温度的阈值温度内。
108.条款17：如条款16所述的系统，其还包括：所述第二环空内的至少一个隔离元件，其用于将所述第二流体移动装置对所述钻孔材料的循环限制到靠近所述第一导管的所述外表面的区域。
109.条款18：如条款15至17中任一项所述的系统，其中所述发电装置包括至少一个热电元件，所述至少一个热电元件具有面向所述第一导管的第一侧和面向所述第一环空的第二侧，其中所述第一导管或所述第一环空中的一者内的所述流体具有所述第二温度，并且所述第一导管或所述第一环空中的另一者内的所述流体具有所述第三温度以致使所述至少一个热电元件生成所述电流。
110.条款19：如条款18所述的系统，其还包括：与所述第一导管相关联的电子框架，其中所述电子框架含有所述至少一个热电元件并且被配置成将所述电流朝向所述钻孔的表面传导。
111.条款20：如条款19所述的系统，其还包括：一个或多个功率调节元件，其与所述电子框架相关联并且与所述至少一个热电元件电通信，以修改所述电流的功率、频率、相位、安培数或电压中的一者或多者。
112.本领域一般技术人员将容易认识到，可以消除、组合、细分、并行地执行或以替代的顺序采用以上附图中示出的某些步骤或操作。此外，上述方法可以使用用于计算机系统的一个或多个软件程序来实施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。这些程序的单独实例可以在单独的计算机系统上执行或者分布在单独的计算机系统上。
113.尽管某些步骤已经被描述为由某些装置、过程或实体执行，但情况不一定是这样并且本领域一般技术人员将理解各种替代实施方式。
114.另外地，本领域一般技术人员将容易认识到，上述技术可以在各种装置、环境和情形中使用。尽管关于具体实施方案和实施方式编写本公开，但可以向本领域技术人员建议各种变化和修改，并且本公开旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的此类变化和修改。