本實用新型涉及地質(zhì)與油氣勘探開發(fā)等鉆井工具領(lǐng)域，尤其是一種高壓脈沖動力錘鉆具。

背景技術(shù)：

近幾年來，液動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)技術(shù)在鉆井的孔深、孔徑、鉆井效率和鉆頭壽命等方面取得不錯的進(jìn)步，被廣泛應(yīng)用于不同的地層和不同地質(zhì)勘探以及工程勘探中，效果顯著，但是也存在一些缺陷。由于高壓液流為動力錘的動力，推動沖錘進(jìn)行往復(fù)運動，因此隨著鉆進(jìn)地層的加深，對泵壓的要求也逐漸增大。泵壓不僅要克服沖擊器和沿程阻力，還需滿足動力錘的工作要求，只有達(dá)到一定的泵壓，動力錘才能開始工作。

水中高壓脈沖放電是指將充入電容器中的高電壓通過水中脈沖放電形成等離子體貫通通道，放電通道在內(nèi)部高溫高壓的作用下向外膨脹，形成強大的沖擊波，實現(xiàn)了電能到機械能的轉(zhuǎn)換，也叫做液電效應(yīng)。近幾年來，高壓脈沖等離子體技術(shù)被逐漸應(yīng)用到巖石破碎，具有一定的成果，但是也有一些缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種高壓脈沖動力錘鉆具。

本實用新型包括井底高壓脈沖動力裝置和動力錘；

所述的井底高壓脈沖動力裝置包括外殼、上端蓋、高壓脈沖發(fā)生腔、下端蓋和空心腔；外殼體主體為圓柱形，外殼體上端和下端設(shè)置上接頭和下接頭，上接頭和下接頭分別具有內(nèi)螺紋和外螺紋，外殼上端兩側(cè)設(shè)有正極接線柱和負(fù)極接線柱，高壓正電極電纜和負(fù)電極電纜分別從接線柱接出到地面高壓脈沖電源，外殼下端設(shè)置臺階，用于安置上部結(jié)構(gòu)；所述的上端蓋為具有凸臺的圓板結(jié)構(gòu)，并設(shè)有中心孔和和環(huán)形通孔，鉆進(jìn)液通過環(huán)形通孔從鉆桿進(jìn)入高壓脈沖發(fā)生腔，凸臺上部安裝單向閥；所述的單向閥由單向閥體、密封圈和彈簧組成，單向閥體在鉆井液壓力的作用下向下移動將入口打開，使鉆進(jìn)液流入；所述的下端蓋為平板狀，在下端蓋中心設(shè)有與高壓正電極和上端蓋安裝的中心孔，中心孔周圍為環(huán)狀的通孔，作為高壓的鉆進(jìn)液流體流出通道，固定于外殼的臺階上；

所述的高壓脈沖發(fā)生腔包括第一絕緣隔環(huán)、第二絕緣隔環(huán)、第三絕緣隔環(huán)、高壓正電極、負(fù)電極、絕緣隔套，第一絕緣隔環(huán)、第二絕緣隔環(huán)、第三絕緣隔環(huán)的環(huán)狀結(jié)構(gòu)設(shè)有凹槽與中心孔，高壓正電極為中空的金屬管，絕緣隔套為帶有中心孔的圓柱形結(jié)構(gòu)，負(fù)電極為薄壁筒結(jié)構(gòu)；下端蓋頂表面從下往上依次安置中心軸、第二絕緣隔環(huán)、絕緣隔套、高壓正電極、負(fù)電極、第三絕緣隔環(huán)和第一絕緣隔環(huán)，高壓正電極通過第二絕緣隔環(huán)和第三絕緣隔環(huán)的凹槽固定，負(fù)電極通過絕緣隔套和第三絕緣隔環(huán)固定，第三絕緣隔環(huán)和絕緣隔套通過上端蓋、下端蓋與中心軸壓緊，高壓正電極和負(fù)電極之間留有極間間隙，產(chǎn)生高壓等離子體；所述的空心腔為外殼的下端蓋下表面到外殼的下接頭之間預(yù)留的鉆井液流動空間；所述的外殼體、上端蓋和下端蓋為不銹鋼材料；所述的第一絕緣隔環(huán)、第二絕緣隔環(huán)、第三絕緣隔環(huán)、絕緣隔套為玻璃纖維尼龍材料；所述的中心軸為尼龍材料，中心軸上端和下端具有螺紋并用螺栓將其與上端蓋與下端蓋固定；所述的高壓正電極與負(fù)電極為不銹鋼材料。

所述的動力錘包括外殼、鐵砧、活塞沖錘彈簧，動力錘使用井底高壓脈沖動力裝置產(chǎn)生的高壓脈沖水力沖擊波作為工作動力，不斷地對巖石施加沖擊載荷。

本實用新型在鉆進(jìn)工程中，將鉆桿與地面鉆進(jìn)設(shè)備連接，通過高壓電極電纜和負(fù)極電纜將高強度脈沖電壓加載到井底高壓脈沖動力裝置，在井下與動力錘和鉆頭相連接，將電纜與地面脈沖電源和蓄能器相連接。

本實用新型具有以下優(yōu)點：

(1)當(dāng)該高壓脈沖動力錘鉆具用于鉆井時，其通過高壓擊穿作用產(chǎn)生的等離子體具有高溫高壓的特點，與此同時等離子通道向外擴展對周圍的鉆井液壓縮形成壓力沖擊波，直接通入動力錘，滿足動力錘工作時對高壓液流需要，同時動力錘的沖擊頻率與沖擊功也會隨著泵壓的增加而增大。

(2)脈沖放電電極采用同軸結(jié)構(gòu)，有效地避免了放電間距的不穩(wěn)定。

(3)鉆進(jìn)較深的地層時，降低對泥漿泵的要求，入口通入鉆井液壓力減小，減少壓力的沿程損失，提高鉆進(jìn)效率，降低鉆進(jìn)成本。

(4)適用于多種類型的動力錘，滿足鉆進(jìn)地層的要求。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為井底高壓脈沖動力裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為井底高壓脈沖裝置的上端蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為井底高壓脈沖裝置的絕緣隔環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為井底高壓脈沖裝置的絕緣隔環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為井底高壓脈沖裝置的絕緣隔套結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為井底高壓脈沖裝置的下端蓋結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本實用新型工作示意圖。

圖中：1-鉆桿，2-井底高壓脈沖動力裝置，3-密封圈，4-彈簧，5-負(fù)極接線柱，6-第一螺栓，26-第二螺栓，7-中心軸，8-上端蓋，9-第一絕緣隔環(huán)、12-第二絕緣隔環(huán)，21-第三絕緣隔環(huán)，11-負(fù)電極電纜，13-通孔，14-空心腔，15-下接頭，16-上接頭，17-正極接線柱，18-高壓正電極電纜，19-上端蓋通孔，20-上端蓋中心孔，22-高壓正電極，23-負(fù)電極，24-絕緣隔套，25-下端蓋，27-下端蓋中心孔，28-外殼，29-動力錘，30-鉆頭，31-鉆井液流動通道，32-鉆進(jìn)地層，33-單向閥體。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6和圖7所示，本實用新型包括井底高壓脈沖動力裝置2和動力錘29；

所述的井底高壓脈沖動力裝置2包括外殼28、上端蓋8、高壓脈沖發(fā)生腔、下端蓋25和空心腔14；外殼體28主體為圓柱形，外殼體28上端和下端設(shè)置上接頭16和下接頭15，上接頭16和下接頭15分別具有內(nèi)螺紋和外螺紋，外殼28上端兩側(cè)設(shè)有正極接線柱17和負(fù)極接線柱5，高壓正電極電纜18和負(fù)電極電纜11分別從接線柱接出到地面高壓脈沖電源，外殼28下端設(shè)置臺階，用于安置上部結(jié)構(gòu)；所述的上端蓋8為具有凸臺的圓板結(jié)構(gòu)，并設(shè)有中心孔20和和環(huán)形通孔19，鉆進(jìn)液通過環(huán)形通孔19從鉆桿進(jìn)入高壓脈沖發(fā)生腔，凸臺上部安裝單向閥；所述的單向閥由單向閥體33、密封圈3和彈簧4組成，單向閥體33在鉆井液壓力的作用下向下移動將入口打開，使鉆進(jìn)液流入；所述的下端蓋為25平板狀，在下端蓋25中心設(shè)有與高壓正電極22和上端蓋8安裝的中心孔27，中心孔27周圍為環(huán)狀的通孔13，作為高壓的鉆進(jìn)液流體流出通道，固定于外殼28的臺階上；

所述的高壓脈沖發(fā)生腔包括第一絕緣隔環(huán)9、第二絕緣隔環(huán)12、第三絕緣隔環(huán)21、高壓正電極22、負(fù)電極23、絕緣隔套24，第一絕緣隔環(huán)9、第二絕緣隔環(huán)12、第三絕緣隔環(huán)21的環(huán)狀結(jié)構(gòu)設(shè)有凹槽與中心孔，高壓正電極22為中空的金屬管，絕緣隔套24為帶有中心孔的圓柱形結(jié)構(gòu)，負(fù)電極23為薄壁筒結(jié)構(gòu)；下端蓋25頂表面從下往上依次安置中心軸7、第二絕緣隔環(huán)12、絕緣隔套24、高壓正電極22、負(fù)電極23、第三絕緣隔環(huán)21和第一絕緣隔環(huán)9，高壓正電極22通過第二絕緣隔環(huán)12和第三絕緣隔環(huán)21的凹槽固定，負(fù)電極23通過絕緣隔套24和第三絕緣隔環(huán)21固定，第三絕緣隔環(huán)21和絕緣隔套24通過上端蓋8、下端蓋25與中心軸7壓緊，高壓正電極22和負(fù)電極23之間留有極間間隙10，產(chǎn)生高壓等離子體；所述的空心腔14為外殼28的下端蓋25下表面到外殼28的下接頭15之間預(yù)留的鉆井液流動空間；所述的外殼體28、上端蓋8和下端蓋25為不銹鋼材料；所述的第一絕緣隔環(huán)9、第二絕緣隔環(huán)12、第三絕緣隔環(huán)21、絕緣隔套24為玻璃纖維尼龍材料；所述的中心軸7為尼龍材料，中心軸7上端和下端具有螺紋并用螺栓將其與上端蓋8與下端蓋25固定；所述的高壓正電極22與負(fù)電極23為不銹鋼材料。

所述的動力錘29包括外殼、鐵砧、活塞沖錘彈簧，動力錘29使用井底高壓脈沖動力裝置產(chǎn)生的高壓脈沖水力沖擊波作為工作動力，不斷地對巖石施加沖擊載荷。

本實用新型的工作過程如下：

如圖8所示，在鉆進(jìn)工程中，將高壓脈沖動力錘鉆具與鉆頭30相連接，通過高壓正極電纜18和負(fù)極電纜11將裝置與地面脈沖電源及其他設(shè)備相連接。地面脈沖電源產(chǎn)生的高強度電壓通過高壓正電極電纜18加載到高壓正電極22和負(fù)電極23。鉆井液從地表通過泥漿泵經(jīng)由鉆桿1通入井底高壓脈沖動力裝置2，首先單向閥體33在鉆井液壓力的作用下向下移動，裝置入口打開，鉆井液通過上端蓋通孔19、第一絕緣隔環(huán)9和第二絕緣隔環(huán)21進(jìn)入極間間隙10，在高電壓的作用下，放電電極之間產(chǎn)生高壓等離子體，使得放電回路導(dǎo)通，電容器儲能的快速釋放造成極間間隙10內(nèi)的壓力、溫度急劇升高，由于等離子體具有高密度存儲能和高膨脹效應(yīng)的性質(zhì)，使得放電通道迅速向外膨脹，在水介質(zhì)中形成水中沖擊波，進(jìn)入空心腔14中，并通過下端蓋通孔13進(jìn)入動力錘29中，當(dāng)高壓鉆井液進(jìn)入動力錘29后，首先作用于動力錘29的沖錘的下部，使得沖錘克服自身重力和彈簧的壓縮力向上運動，同時彈簧儲存能量，鐵砧的液流出口被打開，當(dāng)沖錘上升到頂點時，工作室的壓力降低，沖錘在自身重力和彈簧壓縮能的作用下向下運動，沖擊鐵砧，并傳遞到鉆頭30上，實現(xiàn)對巖石的破碎；在產(chǎn)生沖擊作用的同時，沖錘將砧的流體出口關(guān)閉，工作室壓力升高，沖錘再次進(jìn)行往復(fù)工作，鉆井液從鉆進(jìn)地層32與鉆桿1的鉆井液流動通道31返回到地表。

在施工過程中，可以鉆進(jìn)過程的具體要求使用不同的動力錘，滿足工況的需求。