[发明专利]一种井下动力钻头装置

说明书

本发明提供一种井下动力钻头装置，涉及能源钻探技术领域，包括：燃料电池、加热装置、加压装置以及钻头，其中，所述燃料电池，用于接收外部传输的氢气以及氧气，使所述氢气与所述氧气发生反应并释放出热量与电能；所述加热装置，用于吸收所述热量以对钻井液进行加热，在特定温度压力下形成超临界态钻井液加速钻井；所述加压装置，用于在所述电能的作用下对所述气化后的钻井液进行加压，将加压后的钻井液经过所述钻头喷出以进行射流钻井。本发明实现了高效快速钻进，可达到更大的钻井井深，满足深层目前钻探的需求。

技术领域

本发明关于能源钻探技术领域，特别是关于石油工程钻井技术，具体的讲是一种井下动力钻头装置。

背景技术

随着浅层油气资源的勘探开发程度越来越高，深层油气资源成为我国油气资源战略接替的重要领域。我国剩余油气资源中约40％处于深部地层(≥4500m)，深层油气资源勘探开发已成为我国油气发展的重大需求。因此，如何对深层油气资源进行开采是当前的研究重点。

传统的钻头装置在深井、超深井的钻井勘探过程中，地面能量由地面向井底传输的过程中存在较大损失，因而导致井底压力不足、钻速较慢、钻井的效率低下。倘若加大地面能量的压力，虽然会提升传输到井底的能量，但是过高的圧力又会使钻头装置的钻杆屈服变形甚至挤毁。此外，传统的钻头装置中的液返排系统出于安全因素的考虑，地面无法提供过高的泵压，而在深井、超深井中钻井液沿程压力损失较大，导致井底水力能量不足，携岩效率不高。

同时，深层油气资源多埋藏在盆地、山区，钻井勘探的电力供应依赖于发电厂架设的电网，用电成本较高，而传统的发电厂利用化石能源发电，能量利用率较低，同时还会放出有毒有害颗粒物及温室气体，严重污染环境，加剧温室效应。此外，由于深部地层岩石的硬度高、可钻性差，传统的水射流钻井在深部硬地层钻进效率低、周期长、成本高。

因此，如何研究和开发出一种新的设备，其能够应用于深层油气资源是本领域亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明提供了一种井下动力钻头装置，采用燃料电池将化学能转化为电能进而直接为井下钻头装置供能，由于沿程能量损失小，井底压力充足，因此实现了高效快速钻进，可达到更大的钻井井深，满足深层目前钻探的需求。

本发明的目的是，提供一种下动力钻头装置，燃料电池、加热装置、加压装置以及钻头，

其中，其中，所述燃料电池，用于接收外部传输的氢气以及氧气，使所述氢气与所述氧气发生反应并释放出热量与电能；

所述加热装置，用于吸收所述热量以对钻井液进行加热气化；

所述加压装置，用于在所述电能的作用下对所述气化后的钻井液进行加压，将加压后的钻井液经过所述钻头喷出以进行射流钻井。

在本发明的优选实施方式中，所述燃料电池包括相对结合的空气流场板以及氢气流场板。

在本发明的优选实施方式中，所述空气流场板为圆环形，包括空气圆孔流道、空气气体扩散腔以及空气冷却流道。

在本发明的优选实施方式中，所述氢气流场板为圆环形，包括氢气圆孔流道、氢气气体扩散腔以及氢气冷却流道，所述空气冷却流道与所述氢气冷却流道相互对应形成环状流道。

在本发明的优选实施方式中，所述燃料电池上设置有多个焊接脚，通过所述焊接脚将所述燃料电池与所述钻头进行固定连接。

在本发明的优选实施方式中，所述钻头装置还包括钻头钻井液回收管、钻头钻井液回收集箱、外壳以及钻头钻井液输送集箱；所述钻头钻井液输送集箱焊接于所述外壳的表面，所述钻头钻井液回收管的弯管段与所述钻头钻井液回收集箱的外圆环面焊接，所述钻头钻井液回收管的直段位于所述外壳外侧环空间隙中。