[发明专利]一种用于共振钻井高效破岩的高频激振器

说明书

本发明涉及的是一种用于共振钻井高效破岩的高频激振器，这种用于共振钻井高效破岩的高频激振器包括钻具主体、导流管、超磁致伸缩驱动器、钻头接头，钻具主体内部具有环形凸台，导流管上端与环形凸台连接，导流管下端与钻头接头内壁连接，钻头接头与钻具主体下端口连接，超磁致伸缩驱动器设置于钻具主体与导流管之间的环形腔内；超磁致伸缩驱动器包括超磁致伸缩材料棒、电磁线圈、碟形弹簧、输出杆、导磁圆柱、占位圆柱、直线轴承、导磁内套筒、导磁外套筒、导磁下端盖、导磁上端盖。本发明采用磁致伸缩的原理，将伸缩产生高频冲击力作用在钻头接头上，从而使钻头高频冲击岩石，使岩石产生共振，实现共振高效破岩。

技术领域

本发明涉及的是石油钻井技术领域，具体涉及一种用于共振钻井高效破岩的高频激振器。

背景技术

随着国家对油气资源需求的不断增大，油气勘探也逐年加大力度，然而复杂地层与难钻地层钻遇率也逐渐升高，传统钻井方式机械钻速低，钻井成本高，现有技术越来越不能满足当今钻井作业需求，亟需发展新的高效破岩技术解决当前石油钻井中破岩效率低这一难题。因此，共振破岩钻井技术作为一种新的高效破岩技术被提出。

在进行谐振激励冲击钻井时，当谐振激励的冲击频率与岩石的固有频率相等时，岩石会产生共振，此时岩石的振动位移最大，最容易产生破坏，即共振钻井。共振钻井是一项以适当的冲击振幅及转速，通过调节破岩工具的冲击频率，使其达到地层岩石裂缝扩展的“自然频率”，从而使钻头下岩石产生共振来实现高效破岩的钻井提速技术。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于共振钻井高效破岩的高频激振器，这种用于共振钻井高效破岩的高频激振器用于钻井时使岩石产生共振，实现高效破岩。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种用于共振钻井高效破岩的高频激振器包括钻具主体、导流管、超磁致伸缩驱动器、钻头接头，钻具主体内部具有环形凸台，导流管上端与环形凸台连接，导流管下端与钻头接头内壁连接，钻头接头与钻具主体下端口连接，超磁致伸缩驱动器设置于钻具主体与导流管之间的环形腔内；超磁致伸缩驱动器包括超磁致伸缩材料棒、电磁线圈、碟簧、输出杆、导磁圆柱、占位圆柱、直线轴承、导磁内套筒、导磁外套筒、导磁下端盖、导磁上端盖，超磁致伸缩材料棒、导磁圆柱、输出杆自上至下依次套在导流管外，超磁致伸缩材料棒上端与导磁上端盖相接，输出杆下端抵在钻头接头上；电磁线圈通过线圈骨架套在超磁致缩棒材料伸外，导磁内套筒、导磁外套筒、导磁下端盖、导磁上端盖将电磁线圈及超磁致伸缩材料棒封闭在内，并构成闭合磁路，导磁上端盖顶在环形凸台底面下，导磁下端盖与导磁圆柱之间具有轴承槽，直线轴承一端设置于轴承槽内，直线轴承另一端与输出杆外凸台相接，输出杆外凸台另一面与占位圆柱一端相接，占位圆柱另一端连接碟簧，碟簧连接盖板，盖板设置于钻头接头上端面上。

上述方案中钻具主体和钻头接头通过固定旋塞紧固在一起，固定旋塞为具有外檐的筒体，固定旋塞外壁下部具有凹槽，固定旋塞上部与钻具主体螺纹连接，固定旋塞下部插入钻头接头上部的旋塞槽内，限位块设置在固定旋塞的凹槽里，钻头接头设置螺钉孔，固定螺钉穿过钻头接头与限位块紧固在一起，限位块将固定旋塞和钻头接头固定在一起，实现钻具主体与钻头接头更加稳固地连接在一起，且拆卸方便。

上述方案中盖板与固定旋塞的上端面和钻具主体上端面之间设置密封垫圈，钻具接头和导流管之间通过密封圈密封。

本发明具有以下有益效果：

1.本发明与钻头连接，通过钻头施加到所钻岩石上一定冲击频率和振幅的高频冲击力，高频激振器的冲击频率与岩石固有频率相同，从而使岩石产生共振，共振时岩石振幅最大，达到岩石裂缝扩展的“自然频率”，达到高效破岩目的。

2.本发明采用磁致伸缩的原理，电磁线圈通电后产生的磁场使得超磁致伸缩材料棒产生轴向的高频伸缩，超磁致伸缩材料棒通过导磁圆柱，输出杆将伸缩产生高频冲击力作用在钻头接头上，从而使钻头高频冲击岩石，当振动冲击频率达到岩石固有频率时，使得岩石产生共振，实现共振高效破岩。

附图说明