[发明专利]共振增强型旋转钻探

权利要求书

1.一种用于对共振增强型旋转钻头进行控制的方法，该旋转钻头包括一个旋转钻头尖和用于将轴向振荡负荷施加到该旋转钻头尖上的一个振荡器，该方法包括：

对该共振增强型旋转钻头中的振荡器的频率(f)进行控制，由此将该频率(f)维持在如下范围内

(D²U_s/(8000πAm))^1/2≤f≤S_f(D²U_s/(8000πAm))^1/2

其中D是该旋转钻头尖的直径，U_s是正在被钻探的材料的抗压强度，A是振动的幅度，m是振动质量，而S_f是大于1的一个比例系数；以及

对该共振增强型旋转钻头中的该振荡器的动态力(F_d)进行控制，由此将该动态力(F_d)维持在如下范围内

[(π/4)D²_effU_s]≤F_d≤S_Fd[(π/4)D²_effU_s]

其中D_eff是该旋转钻头尖的有效直径，U_s是正在被钻探的材料的抗压强度，而S_Fd是大于1的一个比例系数，

其中该振荡器的该频率(f)和该动态力(F_d)是通过以下方式来被控制的，即监测代表该正在被钻探的材料的抗压强度(U_s)的多个信号，并且使用一个闭环实时反馈机构根据该正在被钻探的材料的抗压强度(U_s)中的多个变化来调整该振荡器的该频率(f)和该动态力(F_d)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中S_f小于5，优选地小于2，更加优选地小于1.5，并且最优选地小于1.2。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中S_Fd小于5，优选地小于2，更加优选地小于1.5，并且最优选地小于1.2。

4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中S_f是据此来选择的

f≤f_r

其中f_r是与该正在被钻探的材料的多个峰值共振条件对应的一个频率。

5.根据权利要求4所述的方法，其中S_f是据此来选择的

f≤(f_r-X)

其中X是一个安全系数，该安全系数确保该频率(f)在两种不同的正在被钻探的材料之间的一个过渡处不超过多个峰值共振条件下的频率。

6.根据权利要求4所述的方法，其中X＞f_r/100，更优选地X＞f_r/50，又更优选地X＞f_r/10。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中

F_d≤S_Fd[(π/4)D²_effU_s-Y]

其中Y是一个安全系数，该安全系数确保该动态力(F_d)在两种不同的正在被钻探的材料之间的一个过渡处不超过导致裂纹灾难性的扩展的一个极限。

8.根据权利要求7所述的方法，其中Y＞S_Fd[(π/4)D²_effU_s]/100，更优选地Y＞S_Fd[(π/4)D²_effU_s]/50，又更优选地Y＞S_Fd[(π/4)D²_effU_s]/10。