[发明专利]一种高压脉冲动力锤钻具

说明书

本发明公开了一种高压脉冲动力锤钻具，它包括井底高压脉冲动力装置和脉冲动力锤；低压循环钻井液通过钻杆进入井底高压脉冲动力装置，在高强度脉冲电压的作用下产生等离子体，由于等离子体具有高密度存储能和高膨胀效应的性质，使得放电通道迅速向外膨胀，在水介质中形成水中冲击波进入动力锤，动力锤在压力的作用下往复运动破碎岩石。本发明可降低钻进成本，减少了作用于碎岩的能量传输损耗，降低能耗，适用于多种复杂硬地层，提高钻进效率。

技术领域

本发明涉及地质与油气勘探开发等钻井工具领域，尤其是一种高压脉冲动力锤钻具。

背景技术

近几年来，液动冲击回转钻进技术在钻井的孔深、孔径、钻井效率和钻头寿命等方面取得不错的进步，被广泛应用于不同的地层和不同地质勘探以及工程勘探中，效果显著，但是也存在一些缺陷。由于高压液流为动力锤的动力，推动冲锤进行往复运动，因此随着钻进地层的加深，对泵压的要求也逐渐增大。泵压不仅要克服冲击器和沿程阻力，还需满足动力锤的工作要求，只有达到一定的泵压，动力锤才能开始工作。

水中高压脉冲放电是指将充入电容器中的高电压通过水中脉冲放电形成等离子体贯通通道，放电通道在内部高温高压的作用下向外膨胀，形成强大的冲击波，实现了电能到机械能的转换，也叫做液电效应。近几年来，高压脉冲等离子体技术被逐渐应用到岩石破碎，具有一定的成果，但是也有一些缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种高压脉冲动力锤钻具。

本发明包括井底高压脉冲动力装置和动力锤；

所述的井底高压脉冲动力装置包括外壳、上端盖、高压脉冲发生腔、下端盖和空心腔；外壳主体为圆柱形，外壳上端和下端设置上接头和下接头，上接头和下接头分别具有内螺纹和外螺纹，外壳上端两侧设有正极接线柱和负极接线柱，高压正电极电缆和负电极电缆分别从接线柱接出到地面高压脉冲电源，外壳下端设置台阶，用于安置上部结构；所述的上端盖为具有凸台的圆板结构，并设有中心孔和和环形通孔，钻进液通过环形通孔从钻杆进入高压脉冲发生腔，凸台上部安装单向阀；所述的单向阀由单向阀体、密封圈和弹簧组成，单向阀体在钻进液压力的作用下向下移动将入口打开，使钻进液流入；所述的下端盖为平板状，在下端盖中心设有与高压正电极和上端盖安装的中心孔，中心孔周围为环状的通孔，作为高压的钻进液流体流出通道，固定于外壳的台阶上；

所述的高压脉冲发生腔包括第一绝缘隔环、第二绝缘隔环、第三绝缘隔环、高压正电极、负电极、绝缘隔套，第一绝缘隔环、第二绝缘隔环、第三绝缘隔环的环状结构设有凹槽与中心孔，高压正电极为中空的金属管，绝缘隔套为带有中心孔的圆柱形结构，负电极为薄壁筒结构；下端盖顶表面从下往上依次安置中心轴、第二绝缘隔环、绝缘隔套、高压正电极、负电极、第三绝缘隔环和第一绝缘隔环，高压正电极通过第二绝缘隔环和第三绝缘隔环的凹槽固定，负电极通过绝缘隔套和第三绝缘隔环固定，第三绝缘隔环和绝缘隔套通过上端盖、下端盖与中心轴压紧，高压正电极和负电极之间留有极间间隙，产生高压等离子体；所述的空心腔为外壳的下端盖下表面到外壳的下接头之间预留的钻进液流动空间；所述的外壳、上端盖和下端盖为不锈钢材料；所述的第一绝缘隔环、第二绝缘隔环、第三绝缘隔环、绝缘隔套为玻璃纤维尼龙材料；所述的中心轴为尼龙材料，中心轴上端和下端具有螺纹并用螺栓将其与上端盖与下端盖固定；所述的高压正电极与负电极为不锈钢材料。

所述的动力锤包括外壳、铁砧、活塞冲锤弹簧，动力锤使用井底高压脉冲动力装置产生的高压脉冲水力冲击波作为工作动力，不断地对岩石施加冲击载荷。

本发明在钻进工程中，将钻杆与地面钻进设备连接，通过高压电极电缆和负极电缆将高强度脉冲电压加载到井底高压脉冲动力装置，在井下与动力锤和钻头相连接，将电缆与地面脉冲电源和蓄能器相连接。

本发明具有以下优点：