電脈沖硬巖鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種利用高電壓脈沖技術(shù)破碎巖石的鉆頭裝置，其特征是該裝置區(qū)別于現(xiàn)有的鉆頭裝置而能夠節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的破碎硬巖。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，巖石破碎方法主要為機(jī)械破碎法，采用牙輪鉆頭或金剛石鉆頭鉆進(jìn)方式，其中牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:鉆頭由本體、牙輪和牙輪上鑲裝的硬質(zhì)合金齒、軸承、油杯和噴嘴等組成，牙輪與本體由軸承連接，牙輪有超頂、復(fù)錐和移軸3種組裝形式。牙輪為可動(dòng)部件，有一定的相對(duì)位移量。金剛石鉆頭結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為:無(wú)軸承之類的運(yùn)行件，它以耐沖蝕及耐磨損的碳化鎢為胎體，碳化鎢胎體對(duì)在硬及研磨性地層鉆進(jìn)有較長(zhǎng)壽命。此外，這種碳化鎢胎體可以將冠部做成各種形狀并使切削刃作任意排列。
[0003]但兩種鉆頭的共同缺點(diǎn)為鉆頭必須與巖石接觸，存在的缺陷為鉆頭工具易磨損、沖擊性大、污染大、危險(xiǎn)系數(shù)大，除此之外，還存在著較低的經(jīng)濟(jì)性，相比而言，電脈沖碎巖的方法具有工具磨損小、沖擊性小、節(jié)能、環(huán)保、安全、效率高等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)中高能耗、成本高、效率低的等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種電脈沖碎巖的鉆頭裝置，該裝置能夠達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能地碎巖鉆孔的目的。
[0005]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，該鉆頭包括:輸入電極、一級(jí)輸出電極、二級(jí)輸出電極和三級(jí)輸出電極；輸入電極位于中心，一級(jí)輸出電極位于輸入電極的外側(cè)，二級(jí)輸出電極位于一級(jí)輸出電極的外側(cè)，三級(jí)輸出電極位于二級(jí)輸出電極的外側(cè)。
[0006]所述的一級(jí)輸出電極、二級(jí)輸出電極和三級(jí)輸出電極均為圓筒形。
[0007]所述的一級(jí)輸出電極、二級(jí)輸出電極和三級(jí)輸出電極均以輸入電極為軸心同軸連接。
[0008]所述的一級(jí)輸出電極和三級(jí)輸出電極的圓柱一端均為環(huán)形鋸齒。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:高電壓脈沖應(yīng)用于硬巖鉆井及石油開(kāi)采方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)鉆探設(shè)備通長(zhǎng)體積龐大且造價(jià)高昂，設(shè)備鉆具一般為高硬質(zhì)合金刀頭或者工業(yè)金剛石合金刀頭，通過(guò)對(duì)硬巖高強(qiáng)度作用進(jìn)行破壞對(duì)鉆頭磨損劇烈，需經(jīng)常更換鉆頭，使其作業(yè)成本大，經(jīng)濟(jì)效益差。而本實(shí)用新型鉆頭使用普通不銹鋼電極就滿足使用要求，許多工作情況下不需要旋轉(zhuǎn)，只需與巖石接觸即可工作，對(duì)電極裝置消耗小、使用成本低，可降低成本30%以上。
[0010]傳統(tǒng)巖石鉆孔鉆頭為硬質(zhì)合金或金剛石合金鉆頭，通過(guò)旋轉(zhuǎn)方式，通過(guò)壓應(yīng)力來(lái)破碎巖石，需經(jīng)常更換鉆頭，磨損很大，具有高能耗，高成本，低效率的缺點(diǎn)。
[0011]電脈沖破碎巖石原理為:是利用納秒級(jí)數(shù)百千伏高功率脈沖通過(guò)電極輸入表面被水絕緣的巖石，使巖石內(nèi)部建立微米徑的樹(shù)枝狀等離子體通道，同時(shí)高功率脈沖發(fā)生器向通道瞬間釋放一定能量，使其劇烈擴(kuò)展并克服拉應(yīng)力做功，形成復(fù)雜應(yīng)力波沿裂隙發(fā)展并利用巖石耐壓不耐拉的性質(zhì)造成破壞。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為圖1的左視圖；
[0014]圖3為圖1的立體圖；
[0015]圖中:1輸入電極、2 —級(jí)輸出電極、3 二級(jí)輸出電極、4三級(jí)輸出電極。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本實(shí)用新型結(jié)合【具體實(shí)施方式】和附圖進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]如圖1和2所示，本鉆孔電極設(shè)計(jì)為多級(jí)薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，包括輸入電極1、一級(jí)輸出電極2、二級(jí)輸出電極3和三級(jí)輸出電極4 ;輸入電極I位于圓筒最中心，一級(jí)輸出電極2位于輸入電極I的外側(cè)，二級(jí)輸出電極3位于一級(jí)輸出電極2的外側(cè)，三級(jí)輸出電極4位于二級(jí)輸出電極3的外側(cè)。
[0018]所述的一級(jí)輸出電極2、二級(jí)輸出電極3和三級(jí)輸出電極4均為圓筒形。
[0019]所述的一級(jí)輸出電極2、二級(jí)輸出電極3和三級(jí)輸出電極4均以輸入電極2為軸心同軸連接。
[0020]所述的一級(jí)輸出電極2和三級(jí)輸出電極4的圓柱一端均為環(huán)形鋸齒。
[0021]本實(shí)用新型的工作過(guò)程:如圖3所示，電脈沖鉆頭與主軸相連，通過(guò)主軸水循環(huán)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)與鉆頭相連。工作前在孔中充滿水，將電極頭放入水環(huán)境中，接通電源，鉆頭開(kāi)始工作，首先為具有彈性的輸入電極I與硬巖接觸，輸入電極I具有一定的彈性，當(dāng)一級(jí)輸出電極2與硬巖接觸時(shí)，整個(gè)鉆頭靜止，此時(shí)輸入電極I與一級(jí)輸出電極2配合，系統(tǒng)進(jìn)行阻抗匹配，自動(dòng)選擇合適極間距，當(dāng)輸入電極I與一級(jí)輸出電極2都接觸到硬巖時(shí)自動(dòng)發(fā)生擊發(fā)，此時(shí)，輸入電極I為負(fù)極，一級(jí)輸出電極2為正極。產(chǎn)生的高壓脈沖放電通過(guò)等離子爆炸對(duì)巖石產(chǎn)生破碎作用，正負(fù)極之間距離正好保證巖石破碎尺寸合適，保證通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)將破碎后的巖石抽出，此時(shí)兩電極之間出現(xiàn)空隙，當(dāng)具有彈性的輸入電極升到最深時(shí)還不能接觸到巖石時(shí)，此時(shí)二級(jí)輸出電極3正好與巖石接觸，此時(shí)一級(jí)輸出電極2自動(dòng)切換為新的輸入電極，二級(jí)輸出電極3作為輸出電極，同理繼續(xù)工作，當(dāng)三級(jí)輸出電極4接觸到巖石時(shí)，此時(shí)二級(jí)輸出電極3無(wú)法接觸到巖石，當(dāng)二級(jí)輸出電極3與三級(jí)輸出電極4之間的巖石被擊穿破碎，水循環(huán)系統(tǒng)帶走以后，此時(shí)陰極電極正好接觸到巖石。由此類推，鉆頭向下運(yùn)動(dòng)，達(dá)到鉆進(jìn)的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電脈沖硬巖鉆頭，其特征在于:該鉆頭包括:輸入電極、一級(jí)輸出電極、二級(jí)輸出電極和三級(jí)輸出電極；輸入電極位于中心，一級(jí)輸出電極位于輸入電極的外側(cè)，二級(jí)輸出電極位于一級(jí)輸出電極的外側(cè)，三級(jí)輸出電極位于二級(jí)輸出電極的外側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電脈沖硬巖鉆頭，其特征在于:所述的一級(jí)輸出電極、二級(jí)輸出電極和三級(jí)輸出電極均為圓筒形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電脈沖硬巖鉆頭，其特征在于:所述的一級(jí)輸出電極、二級(jí)輸出電極和三級(jí)輸出電極均以輸入電極為軸心同軸連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電脈沖硬巖鉆頭，其特征在于:所述的一級(jí)輸出電極和三級(jí)輸出電極的圓柱一端均為環(huán)形鋸齒。
【專利摘要】一種電脈沖硬巖鉆頭，包括：輸入電極、一級(jí)輸出電極、二級(jí)輸出電極和三級(jí)輸出電極；輸入電極位于中心，一級(jí)輸出電極位于輸入電極的外側(cè)，二級(jí)輸出電極位于一級(jí)輸出電極的外側(cè)，三級(jí)輸出電極位于二級(jí)輸出電極的外側(cè)。本實(shí)用新型的有益效果是：高電壓脈沖應(yīng)用于硬巖鉆井及石油開(kāi)采方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。使用普通不銹鋼電極就滿足使用要求，許多工作情況下不需要旋轉(zhuǎn)，只需與巖石接觸即可工作，對(duì)電極裝置消耗小、使用成本低，可降低成本30%以上。
【IPC分類】E21B10-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204511302
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520039563
【發(fā)明人】李欣, 李宏達(dá), 王軍, 孟憲江, 趙紅陽(yáng), 車龍
【申請(qǐng)人】沈陽(yáng)理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月21日