CN112282642A - 一种用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头。主要解决现有的钻头钻探效率低、钻头磨损大、钻井费用高的问题。其特征在于：所述钻头壳体（3）内部上端设有绝缘扶正轴承（1），下端连接有弹簧套（7），弹簧套（7）上连接有电极座（4），所述电极座（4）上连接有低压接地电极（8）和高压中心电极（9），且电极座（4）上连接有同轴电缆（2），所述同轴电缆上端与绝缘扶正轴承（1）相连。该用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头可以用于冲击电压放电破岩施工，钻井效率高、费用低，钻头不易磨损，适用于钻各种类型的井。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，具体说是一种用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头。
背景技术
深部硬岩地层钻进仍然是钻井技术面临的一项主要挑战，主要问题是钻头磨损大，机械钻速低。目前的钻头在深井、超深井及针对干热岩等硬地层钻进时，钻进速度范围为1m/h～2 m/h，钻探效率低，钻头磨损大，工具寿命约50～60h，造成钻井费用高。
冲击电压放电破岩是近年新发展的破岩技术，该技术利用冲击电压放电产生的冲击波、射流或等离子通道的力学效应使岩石产生裂纹直至破碎，具有能量可控、无污染、无飞石等特点。冲击电压破岩钻进具有破岩效率高、井壁质量好等优点，是一种非常具有潜力的新型破岩方式，在电性质差异大的硬岩钻进中有较好的钻进效果。但是目前的钻头无法用于冲击电压破岩施工。
发明内容
为了克服现有的钻头钻探效率低、钻头磨损大、钻井费用高的不足，本发明提供一种用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头，该用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头可以用于冲击电压放电破岩施工，钻井效率高、费用低，钻头不易磨损，适用于钻各种类型的井。
本发明的技术方案是：一种用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头，包括钻头壳体，所述钻头壳体内部上端设有绝缘扶正轴承，下端连接有弹簧套，弹簧套上连接有电极座，所述电极座上连接有低压接地电极和高压中心电极，且电极座上连接有同轴电缆，所述同轴电缆上端与绝缘扶正轴承相连。
所述电极座与绝缘扶正轴承之间设有稳定弹簧，电极座前端设有电极保护壳。
所述钻头壳体轴向上设有若干个水眼，水眼前端固定有水眼喷嘴。
所述钻头壳体外壁上固定有保径齿，钻头壳体前端周边固定有切削齿。
本发明具有如下有益效果：由于采取上述方案，该钻头基于连续冲击电压-机械复合钻井方法：其破岩原理采用冲击电压破岩方法，破碎岩石的主动力为电极传输出冲击电压，岩石首先被电击穿；岩石吸收了电脉冲的能量后温度急速上升，岩石中的孔隙瞬间膨胀，当应力超过岩石的强度时，岩石破损。机械旋转钻进运动起辅助破岩作用。这种方法将冲击电压钻井与井下动力钻具相结合，钻井效率高、费用低，钻头不易磨损，适用于钻各种类型的井（直井、定向井等），更符合石油钻井发展的趋势。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中1-绝缘扶正轴承，2-同轴电缆，3-钻头壳体，4-电极座，5-水眼喷嘴，6-稳定弹簧，7-弹簧套，8-低压接地电极，9-高压中心电极，10-电极保护壳，11-切削齿，12-保径齿。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
由图1所示，一种用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头，包括钻头壳体3，钻头壳体3为PDC(PDC为聚晶金刚石复合片)材料，所述钻头壳体3内部上端设有绝缘扶正轴承1，下端连接有弹簧套7，弹簧套7与钻头壳体3之间设有卡簧，限制弹簧套7向下移动。弹簧套7上连接有电极座4，所述电极座4前端中心处连接有高压中心电极9，周边连接有低压接地电极8，且电极座4上连接有同轴电缆2，电极座4内部设有与高压中心电极9、低压接地电极8、同轴电缆2相连的电路，表面有绝缘、防渗、抗磨保护。所述同轴电缆上端与绝缘扶正轴承1通过定位键相连。所述绝缘扶正轴承1与钻头壳体3过盈配合，所述电极座4与绝缘扶正轴承1之间设有稳定弹簧6，电极座4前端设有电极保护壳10。
所述钻头壳体3轴向上设有若干个水眼，水眼前端固定有水眼喷嘴5。所述钻头壳体3外壁上固定有若干个保径齿12，钻头壳体3前端曲面分散设置有若干个PDC切削齿11。稳定弹簧6的弹力作用可以将电极座4向前顶出，使高压中心电极9、低压接地电极8始终位于切削齿11钻井方向的前端。当PDC钻头旋转并向下移动时，PDC切削齿11破坏、粉碎施工岩石；泥浆从水眼喷嘴5流出，为低压接地电极8、高压中心电极9释放冲击电压提供液体介质环境。
该冲击电压破岩钻头上端通过螺纹连接具有传输高压电和钻井泥浆的套管，当该钻头接近施工地层岩石时，泥浆泵启动，流动循环的泥浆带动井下发电组件产生电能，再通过电能变频升压储能组件产生持续稳定高压电，再通过伺服控制开关向钻头输送电脉冲，钻头上的电极与施工地层岩石接触，冲击电压在岩石内部产生的瞬时高温与应力波，岩石破损。启动钻机转盘或者顶驱装置带动整个钻具组合，使钻头上的PDC切削齿接触破损的岩石，破损岩石被进一步粉碎。
Claims (4)
1.一种用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头，包括钻头壳体（3），其特征在于：所述钻头壳体（3）内部上端设有绝缘扶正轴承（1），下端连接有弹簧套（7），弹簧套（7）上连接有电极座（4），所述电极座（4）上连接有低压接地电极（8）和高压中心电极（9），且电极座（4）上连接有同轴电缆（2），所述同轴电缆（2）上端与绝缘扶正轴承（1）相连。
2.根据权利要求1所述的用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头，其特征在于：所述电极座（4）与绝缘扶正轴承（1）之间设有稳定弹簧（6），电极座（4）前端设有电极保护壳（10）。
3.根据权利要求2所述的用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头，其特征在于：所述钻头壳体（3）轴向上设有若干个水眼，水眼前端固定有水眼喷嘴（5）。
4.根据权利要求3所述的用于硬地层提高机械钻速的冲击电压破岩钻头，其特征在于：所述钻头壳体（3）外壁上固定有保径齿（12），钻头壳体（3）前端周边固定有切削齿（11）。
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