CN109958392B - 联合高压放电式钻井装置及钻井方法 - Google Patents

联合高压放电式钻井装置及钻井方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及联合高压放电式钻井装置及钻井方法，其中的联合高压放电式钻井装置包括钻杆、两腔室、激光测距仪、钻头、高压电极、接地电极，两腔室内腔被分隔为左侧腔室、右侧腔室，右侧腔室内安装有脉冲电流发生装置、信号传输装置，两腔室上端连接钻杆，钻杆顶端安装有公转转盘，脉冲电流发生装置通过伸缩装置与接地电极和高压电极相连，激光测距仪安装在伸缩装置外壁上；接地杆安装在伸缩装置上，一端通过伸缩装置与接地电极相连，一端漏在伸缩装置外；左侧腔室下面设置自转转盘，自转转盘连接压力盘组，钻头通过连接盘与压力盘组相连。本发明通过脉冲放电冲击波、等离子通道和机械研磨配合的方式进行钻井，提高钻进速度，减少钻头磨损。

Description

联合高压放电式钻井装置及钻井方法
技术领域：
本发明涉及钻井工程领域，具体涉及联合高压放电式钻井装置及钻井方法。
背景技术：
一个好的钻井方式和钻头是钻井的一个重要环节。从传统的机械钻具破岩到空化水射流破岩以及高压脉冲放电破岩，诸多科学研究人员不断探索新型、有效的钻井方式。传统的机械钻具在钻井过程中出现了钻具易磨损，钻进速度慢等一系列的缺点。高压脉冲放电破碎的优点是破碎速度快，但其能耗高，传输线的脉冲传输效率较低。所以将两种钻井方式进行结合，使钻进速度又快，能耗又能减少。针对于这种新型的钻井方式，设计一种联合高压放电式钻井方式与钻头就显的很有必要。
发明内容：
本发明的目的是提供联合高压放电式钻井装置，这种联合高压放电式钻井装置用于解决传统机械研磨钻速低，钻头磨损严重的的问题，本发明的另一个目的是提供这种联合高压放电式钻井装置的钻井方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种联合高压放电式钻井装置包括钻杆、两腔室、激光测距仪、钻头、信号传输装置、压力盘组、高压电极、接地电极，两腔室内腔被分隔为左侧腔室、右侧腔室，右侧腔室内安装有脉冲电流发生装置、信号传输装置，两腔室上端连接钻杆，钻杆顶端安装有公转转盘，钻杆内壁具有电缆通道，电缆穿过电缆通道并与脉冲电流发生装置连接，脉冲电流发生装置通过伸缩装置与接地电极和高压电极相连，激光测距仪安装在伸缩装置的外壁上；接地杆安装在伸缩装置上，一端通过伸缩装置与接地电极相连，一端漏在伸缩装置外面；连接杆连接在两腔室的左侧腔室下面，连接杆的下端连接自转转盘，自转转盘下面连接压力盘组，压力传感器安装在压力盘组内部，钻头通过连接盘与压力盘组相连；信号传输装置一端与脉冲电流发生装置相连，一端与压力传感器相连；
高压电极外设置绝缘保护套，高压电极头部裸露在绝缘保护套外，接地电极套装在绝缘保护套外部，电极外螺母末端与接地电极紧固在一起，环氧保护套置于电极外螺母筒体内壁，电极外螺母中心具有螺柱，螺柱与高压电极头部对应设置，螺柱与高压电极头部之间有间隔，电极外螺母筒体沿周向均匀设置放电孔，各个放电孔环绕在螺柱与高压电极头部之间的间隔外部，接地电极外壁有连接孔。
上述方案中高压电极通过其头部卡固在绝缘保护套内，绝缘保护套通过其头部卡固在接地电极内，接地电极的末端通过紧固螺母固定。
上述方案中高压电极头部设置有环形凹槽及方形凹槽，放电孔为方形孔。
上述联合高压放电式钻井装置的钻井方法：
公转转盘的转动带动高压电极和接地电极围绕同一个公转圆心转动，高压电极和接地电极产生冲击波和等离子通道迅速破碎岩石，钻头通过自转转盘的带动，进行联合钻井，当遇到难钻地层，压力增大，压力盘组和压力传感器通过信号传输装置将信号传递给脉冲电流发生装置，脉冲电流发生装置增强电流，提高高压电极和接地电极产生冲击波和等离子通道破碎岩石的强度，伸缩装置和激光测距仪不断调整高压电极和接地电极距地面的距离，保证最优钻进速度。
有益效果：
1、本发明通过脉冲放电冲击波、等离子通道和机械研磨配合的方式进行钻井，提高钻进速度，减少钻头磨损，减少起下钻的时间，节约成本。
2、本发明通过调节电极外螺母和高压电极之间的距离，可以保证等离子体的发生。
3、本发明采用的两腔室和电缆通道起到了防水的作用，为钻头、高压电极和接地电极提供了同时工作的条件。
4、本发明中伸缩装置和激光测距仪通过调节高压电极和接地电极距离地面的位置，可以保证最好的破碎岩石效果，可以提高工作效率，保证了最优的钻井速度。
5、在高压放电式破岩过程中，岩石会在高压电极和接地电极之间形成多条裂缝，能量以脉冲方式向岩石内部传递，裂缝不断加深，当以旋转的圆心为参照时，岩石形成一个立体区域性裂缝，通过与机械破岩的配合钻进，岩石更容易破碎，可以大幅度提高钻速。
6、高压放电式破岩不会产生陶质结构，对机械钻头主体的磨损较小。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的两腔室内部结构示意图。
图3是本发明的压力传感器位置结构示意图。
图4为高压电极与接地电极的装配图。
图5为高压电极的结构示意图。
图6为高压电极的剖面图。
图7为接地电极的结构示意图。
图8为电极外螺母的结构示意图。
图9为绝缘保护套的结构示意图。
图中：1.电缆；2.电缆通道；3.公转转盘；4.钻杆；5.两腔室；6.伸缩装置；7.激光测距仪；8.接地杆；9.接地电极；10.高压电极；11.钻头；12.压力盘组；13.自转转盘；14.连接杆；15.信号传输装置；16.脉冲电流发生装置；17.压力传感器；18.连接盘；19.电极外螺母；20.环氧保护套；21.绝缘保护套。
具体实施方式：
下面结体附图对本发明做进一步的说明：
结合图1、图2、图3所示， 这种联合高压放电式钻井装置包括 ：电缆1、电缆通道2、公转转盘3、钻杆4、两腔室5、伸缩装置6、激光测距仪7、接地杆8、接地电极9、高压电极10、钻头11、压力盘组12、自转转盘13、连接杆14、信号传输装置15、脉冲电流发生装置16、压力传感器17和连接盘18；公转转盘3安装在钻杆4顶端，电缆通道2设计在钻杆4的内壁上，电缆1位于电缆通道2内部；电缆1下方连接脉冲电流发生装置16，脉冲电流发生装置16通过伸缩装置6与接地电极9和高压电极10相连，激光测距仪7安装在伸缩装置6的外壁上，接地杆8安装在伸缩装置6上，一端通过伸缩装置6与接地电极9相连，一端漏在伸缩装置6外面；两腔室5安装在钻杆4下面，脉冲电流发生装置16安装在两腔室5内部，位于两腔室5的右侧腔室，连接杆14连接在两腔室5左侧腔室下面；连接杆14的下端连接自转转盘13，自转转盘13下面连接压力盘组12，压力传感器17安装在压力盘组12内部，钻头11通过连接盘18与压力盘组12相连；信号传输装置15安装在两腔室5内部，一端与脉冲电流发生装置16相连，一端与压力传感器17相连。
参阅图4-图9所示，高压电极10外设置绝缘保护套21，高压电极10头部裸露在绝缘保护套21外，接地电极9套装在绝缘保护套21外部，电极外螺母19末端与接地电极9紧固在一起，环氧保护套20置于电极外螺母19筒体内壁，电极外螺母19中心具有螺柱，螺柱与高压电极10头部对应设置，螺柱与高压电极10头部之间有间隔，电极外螺母19筒体沿周向均匀设置放电孔，各个放电孔环绕在螺柱与高压电极头部之间的间隔外部，接地电极9外壁具有连接孔。
本实施方式中高压电极10通过其头部卡固在绝缘保护套21内，绝缘保护套21通过其头部卡固在接地电极9内，接地电极9的末端通过紧固螺母固定。高压电极10头部设置有环形凹槽及方形凹槽，放电孔为方形孔。
绝缘保护套21和环氧保护套20起到了高压电极10与接地电极9之间的绝缘的作用以及高压电极10与电极外螺母19之间绝缘的作用，可以使等离子体在电极外螺母19和高压电极10之间产生。
这种联合高压放电式钻井装置工作时，公转转盘3的转动带动钻头11、高压电极10和接地电极9围绕同一个公转圆心转动，高压电极10和接地电极9产生冲击波和等离子通道迅速破碎岩石，钻头11通过自转转盘13的带动，进行联合钻井，这种配合的方式加快钻进速度；在钻杆4内壁设计电缆通道2，以及通过一个两腔室5实现了钻头11、高压电极10和接地电极9同时工作；当遇到难钻地层，压力增大，压力盘组12和压力传感器17通过信号传输装置15将信号传递给脉冲电流发生装置16，脉冲电流发生装置16增强电流，本发明利用压力盘组12和压力传感器17来作为脉冲电流发生装置16提供电流强弱的标志，伸缩装置6和激光测距仪7的设计是不断调整高压电极10和接地电极9距地面的距离，从而使本发明可以一直保证最优钻进速度。接地杆8安装在伸缩装置6上，一端通过伸缩装置6与接地电极9相连，一端漏在伸缩装置6外面接触地层。

Claims (4)

1.一种联合高压放电式钻井装置，其特征是：这种联合高压放电式钻井装置包括钻杆（4）、两腔室（5）、激光测距仪（7）、钻头（11）、信号传输装置（15）、压力盘组（12）、高压电极（10）、接地电极（9），两腔室（5）内腔被分隔为左侧腔室、右侧腔室，右侧腔室内安装有脉冲电流发生装置（16）、信号传输装置（15），两腔室（5）上端连接钻杆（4），钻杆（4）顶端安装有公转转盘（3），钻杆（4）内壁具有电缆通道（2），电缆（1）穿过电缆通道（2）并与脉冲电流发生装置（16）连接，脉冲电流发生装置（16）通过伸缩装置（6）与接地电极（9）和高压电极（10）相连，激光测距仪（7）安装在伸缩装置（6）的外壁上；接地杆（8）安装在伸缩装置（6）上，一端通过伸缩装置（6）与接地电极（9）相连，一端漏在伸缩装置（6）外面；连接杆（14）连接在两腔室（5）的左侧腔室下面，连接杆（14）的下端连接自转转盘（13），自转转盘（13）下面连接压力盘组（12），压力传感器（17）安装在压力盘组（12）内部，钻头（11）通过连接盘（18）与压力盘组（12）相连；信号传输装置（15）一端与脉冲电流发生装置（16）相连，一端与压力传感器（17）相连；
高压电极（10）外设置绝缘保护套（21），高压电极（10）头部裸露在绝缘保护套（21）外，接地电极（9）套装在绝缘保护套（21）外部，电极外螺母（19）末端与接地电极（9）紧固在一起，环氧保护套（20）置于电极外螺母（19）筒体内壁，电极外螺母（19）中心具有螺柱，螺柱与高压电极（10）头部对应设置，螺柱与高压电极（10）头部之间有间隔，电极外螺母（19）筒体沿周向均匀设置放电孔，各个放电孔环绕在螺柱与高压电极头部之间的间隔外部，接地电极（9）外壁有连接孔。
2.根据权利要求1所述的联合高压放电式钻井装置，其特征是：所述的高压电极（10）通过其头部卡固在绝缘保护套（21）内，绝缘保护套（21）通过其头部卡固在接地电极（9）内，接地电极（9）的末端通过紧固螺母固定。
3.根据权利要求2所述的联合高压放电式钻井装置，其特征是：所述的高压电极（10）头部设置有环形凹槽及方形凹槽，放电孔为方形孔。
4.一种权利要求1-3之一所述的联合高压放电式钻井装置的钻井方法，其特征是：该方法包括如下步骤：公转转盘（3）的转动带动高压电极（10）和接地电极（9）围绕同一个公转圆心转动，高压电极（10）和接地电极（9）产生冲击波和等离子通道迅速破碎岩石，钻头（11）通过自转转盘（13）的带动，进行联合钻井，当遇到难钻地层，压力增大，压力盘组（12）和压力传感器（17）通过信号传输装置（15）将信号传递给脉冲电流发生装置（16），脉冲电流发生装置（16）增强电流，提高高压电极（10）和接地电极（9）产生冲击波和等离子通道破碎岩石的强度，伸缩装置（6）和激光测距仪（7）不断调整高压电极（10）和接地电极（9）距地面的距离，保证最优钻进速度。
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