[发明专利]一种等离子冲击器联合钻头及其钻井方法

说明书

本发明涉及的是一种等离子冲击器联合钻头及其钻井方法，其中等离子冲击器联合钻头包括外接头、钻头体、钻头、冲击锤、水槽、主动力装置、次动力装置、等离子体装置，钻头体内部设置次动力装置，次动力装置前端通过两个次锥齿轮连接发电机；等离子体装置两侧外壁上设置下行条形齿，下行条形齿与直齿轮啮合，直齿轮安装在直杆上，直杆穿过冲击锤侧壁上的条形通道镶嵌在钻头体上，冲击锤内壁上设置的上行条形齿与直齿轮啮合，冲击锤中间侧壁上设置纵向动力齿，纵向动力齿与主动力装置上的轴向主动力齿啮合，主动力装置中间两侧设置弧形叶片；等离子体装置底部安装一对高压电极和接地电极。本发明等离子体装置与冲击锤联合破碎岩石，提高钻井效率。

技术领域

本发明属于石油工程领域，具体地，涉及石油钻井领域中的一种等离子冲击器联合钻头及其钻井方法。

背景技术

随着我国油气勘探开发转向深层油气资源，复杂的地质条件导致破岩难度增大。关于高强度地层的钻进难题越来越突出，高效破岩技术显得愈加重要。诸多科学研究人员发现等离子脉冲破岩技术可以高效地破碎地层岩石，并且具有无污染、高爆发等优点，但由于井下供能装置较小，无法满足等离子体装置较大的能量需求，导致其冲击范围缩小，只能破坏岩石的整体性。井下冲击装置作为井下破岩的辅助工具，随着地层硬度的逐渐加深，其辅助效果也在不断降低，其优点是冲击范围较广。针对上述情况，如果能够将两种钻井方式进行结合，钻井效率会极大地提升。为此，设计一种等离子脉冲冲击器联合钻头及其钻井方法就显得尤为重要。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种等离子冲击器联合钻头，这种等离子冲击器联合钻头用于解决由于供能不足，等离子体装置冲击范围较小，破岩效率较低的问题；本发明的另一个目的是提供一种等离子冲击器联合钻头的钻井方法。

这种等离子冲击器联合钻头包括外接头、钻头体、钻头、水眼、冲击锤、水槽、弹簧、钻头体凸起、放电电缆、直杆、直齿轮、充电仓、条形通道、主动力装置、纵向动力齿、高压电极、下行条形齿、上行条形齿、次动力装置、等离子体装置、发电机、主锥齿轮、连接杆、次锥齿轮、弧形叶片、轴向主动力齿、外壳、接地电极、充电电缆、条形绝缘层、环形绝缘层，钻头体内部设置次动力装置，次动力装置前端通过两个次锥齿轮连接发电机，发电机接入放电电缆，放电电缆伸入到充电仓中，充电仓顶部向上延伸一对放电电缆，这对放电电缆穿过钻头体凸起延伸到条形绝缘层外，四个条形绝缘层分别镶嵌在钻头体凸起侧壁上和等离子体装置的两侧内壁上，等离子体装置两侧外壁上设置下行条形齿，下行条形齿与直齿轮啮合，直齿轮安装在直杆上，直杆穿过冲击锤侧壁上的条形通道镶嵌在钻头体上，冲击锤顶部通过四个弹簧与钻头体相连，冲击锤内壁上设置的上行条形齿与直齿轮啮合，冲击锤中间侧壁上设置纵向动力齿，纵向动力齿与主动力装置上的轴向主动力齿啮合，主动力装置中间两侧设置弧形叶片，连接杆通过多个主锥齿轮将两个主动力装置串联相接；

等离子体装置底部安装一对高压电极和接地电极，高压电极和接地电极外壁上均设置环形绝缘层，环形绝缘层外设置外壳，高压电极和接地电极底部连接充电电缆，充电电缆穿过等离子体装置延伸到条形绝缘层外，充电电缆端部和放电电缆端部处于同一垂直线上。

上述方案中两个次锥齿轮相啮合；两个主动力装置的每一端分别安装两个相啮合的主锥齿轮，连接杆与两个主锥齿轮的另一端相接。

上述方案中外接头、水槽、水眼形成钻井液通道。

上述等离子冲击器联合钻头的钻井方法。

钻井液从上而下流过水槽时，会带动次动力装置和主动力装置旋转，次动力装置的转动为发电机提供动能，发电机将动能转换为电能，通过放电电缆将电能传输到充电仓内进行储存，充电仓为等离子体装置提供电能；主动力装置的转动带动冲击锤向上运动，冲击锤通过直齿轮带动等离子体装置向下运动，当冲击锤达到最高点时，充电电缆端部与放电电缆端部相接，此时，充电仓为等离子体装置供电，高压电极与接地电极接触地层进行放电，形成等离子通道破碎岩石，此后，冲击锤在重力和弹簧弹力的作用下向下冲击地层；等离子体装置与冲击锤形成上下往复的运动，联合破碎地层，进行钻井。