[发明专利]等离子破岩钻头电极低损耗方法有效

专利信息
申请号: 202110641505.6 申请日: 2021-06-09
公开(公告)号: CN113389487B 公开(公告)日: 2022-06-24
发明(设计)人: 刘永红;孙强;韩延聪;朱业俊;刘鹏;沈志萍;马驰;赵莅龙 申请(专利权)人: 中国石油大学(华东)
主分类号: E21B7/00 分类号: E21B7/00;H05K7/20
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 266580 山*** 国省代码: 山东;37
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摘要:
搜索关键词: 等离子 钻头 电极 损耗 方法
【说明书】:

发明属于石油工程领域,具体地,涉及一种等离子破岩钻头电极低损耗方法。等离子破岩钻头电极低损耗方法由电极强制水冷系统、电流波形调控系统、电压实时监控电路三者协同工作实现;其中电极强制水冷系统包括中空内锥阴极、双头螺旋阳极、冷却水温度监控系统;电流波形调控系统包括直流恒流电路、脉动直流电路;电压实时监控电路包括报警电路、动作电路。该方法可以有效降低等离子破岩钻头的电极损耗,电极结构设计集约,减少电极更换的时间,提高破岩效率。

技术领域

本发明属于石油工程领域,具体地,涉及一种等离子破岩钻头电极低损耗方法。

背景技术

等离子钻井技术是一种新兴的高效钻井技术,其与常规的旋转机械钻井方式不同,该技术利用的是高温高能的等离子体对岩石进行破碎,从而实现钻井。等离子破岩钻头是该技术的核心装备,然而由于钻头的阴极和阳极工作在炽热的等离子体环境中,电极损耗问题一直制约着该技术的进一步应用,因此开发一种降低电极损耗的方法尤为重要。

发明内容

为克服现有技术存在的不足,本发明提供一种等离子破岩钻头电极低损耗方法。

本发明是通过以下技术方案实现的:对等离子破岩钻头的阴极和阳极进行强制水冷;其阴极设计为中空内锥结构,增大冷却水与阴极内壁的接触面积;其阳极设计为双头螺旋外壁结构,冷却水由两个螺旋槽一进一出,增大冷却水与阳极外壁的接触面积,且减小阳极尺寸;在冷却水的进、出口分别安装温度传感器,实时采集冷却水温度,并根据冷却水温度变化情况调控冷却水流量;将等离子破岩钻头的工作电流曲线设计为“缓升陡降”形状,减少电流冲击造成的电极损耗;实时监测等离子放电电压,并与专家数据库电压数据对比,一旦出现电极冷却水泄露造成放电异常,及时关闭等离子电源,避免一个电极损耗而造成另外一个电极接连损坏的情况。

本发明的有益效果在于:有效降低等离子破岩钻头的电极损耗,电极结构设计集约,减少电极更换的时间,提高破岩效率。

附图说明

图1是等离子破岩钻头电极低损耗的实现原理图,图2是低损耗电极的阴极结构图,图3是低损耗电极的阳极结构图;图4是直流恒流电路、脉动直流电路、电流波形调控系统的电流波形。

图中:101、电极强制水冷系统,102、电流波形调控系统,103、电压实时监控电路,104、中空内锥阴极,105、双头螺旋阳极,106、冷却水温度监控系统,107、直流恒流电路,108脉动直流电路,109、报警电路,110、动作电路;201、冷却进水管,301、阳极外壳。

具体实施方式

如图1所示,等离子破岩钻头电极低损耗方法,由电极强制水冷系统101,电流波形调控系统102,电压实时监控电路103三者协同工作实现;其中电极强制水冷系统101包括中空内锥阴极104、双头螺旋阳极105、冷却水温度监控系统106;电流波形调控系统102包括直流恒流电路107、脉动直流电路108;电压实时监控电路103包括报警电路109、动作电路110。

中空内锥阴极104结构如图2所示,其内部为中空结构,内孔前端有一向内突出的锥形;冷却进水管201插入到中空内锥阴极104内部,中空内锥阴极104的内锥进入到冷却进水管201的管内部,冷却水由冷却进水管201流入中空内锥阴极104内部,并在内锥的导流作用下,沿阴极的内表面流动,之后冷却水沿中空内锥阴极104内壁与冷却进水管201之间的环形空间流出;冷却水在流动过程中,带走中空内锥阴极104工作中产生的热量;中空内锥阴极104中的内锥,既起到冷却水的导流作用,又增大了阴极的冷却面积,增大了阴极的冷却效果。

双头螺旋阳极105结构如图3所示,阳极的外表面加工成双头螺旋结构,在阳极的外表面配合着阳极外壳301;阳极外壳301与双头螺旋阳极105紧密配合;冷却水由双头螺旋阳极105外表面的一个螺旋槽进入,并在螺旋槽的导流作用下,一直流动到阳极的底部;螺旋槽的终端与阳极外壳301之间留有空隙,冷却水由该缝隙流入到另一螺旋槽,并沿该槽流出;冷却水沿阳极外壁的双头螺旋槽一进一出,冷却整个阳极。

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