[发明专利]一种集成多形式联合破岩的新型钻头及其钻井方法

说明书

本发明涉及的是一种集成多形式联合破岩的新型钻头及其钻井方法，其中集成多形式联合破岩的新型钻头包括钻头胎体、钻头翼片，钻头胎体的上端为上接头，上接头内腔下端与发电腔相接，发电腔为倒置的平底烧瓶状的大肚型腔，防水罩通过其四周的固定杆居中悬空固定于发电腔内，涡轮发电机定子轴从防水罩顶穿出，压电陶瓷片设置于涡轮发电机定子下，变幅杆设置于压电陶瓷片下面；发电腔的下端口处设置渐缩喉管，渐缩喉管与粒子通道相通，粒子通道的外端口为粒子吸口，粒子吸口位于钻头胎体外壁上；钻头胎体具有与渐缩喉管相通的下流道，超声波传导杆的下端连接超声波振动头。本发明实现多种破岩形式在狭小井眼内的联合作用，提高破岩效率。

技术领域

本发明涉及的是钻井高效破岩领域，具体涉及一种集成多形式联合破岩的新型钻头及其钻井方法。

背景技术

随着我国国民经济的高速发展，我国油气资源需求量极大，随着浅层油气储层资源渐近枯竭，国家对油气资源的需求逐年增多，深井、超深井及复杂难钻地层的勘探与开发成为研究重点，井深增加，岩石硬度增大，研磨性增强，可钻性降低。深部地层高效钻井破岩技术的难点主要包括：一是复杂地层、难钻地层所占比例逐年增大，传统钻井方式的钻速越来越低；二是现有钻头机械破岩加射流辅助的破岩技术在深部地层中存在技术瓶颈；三是由于钻井作业在井眼中狭小空间作业，下井破岩设备不宜过多。

现有技术主要是通过钻杆传递扭矩给钻头，钻头研磨地层岩石，达到岩石破碎的效果，其它破岩方法都是辅以一种可以加快岩石破碎的方法，如水射流，高频冲击等，但是由于下井仪器不宜过多，井下供电困难等原因，实际破岩中一般只能辅以一种辅助破岩方式，无法进行多形式的辅助破岩。

因此，亟需一种能够集成多种破岩形式的钻头来辅助岩石的破碎。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种集成多形式联合破岩的新型钻头，这种集成多形式联合破岩的新型钻头用于实现多种破岩形式在狭小井眼内的联合作用，增加破岩效率；本发明的另一个目的是提供这种集成多形式联合破岩的新型钻头的钻井方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种集成多形式联合破岩的新型钻头包括钻头胎体、钻头翼片、涡轮发电机、压电陶瓷片、变幅杆、超声波振动头、粒子冲击结构，钻头胎体的上端为上接头，上接头内腔下端与发电腔相接，发电腔为倒置的平底烧瓶状的大肚型腔，防水罩通过其四周的固定杆居中悬空固定于发电腔内，涡轮发电机定子固定于防水罩上端，涡轮发电机定子轴从防水罩顶穿出，涡轮发电机叶片设置于涡轮发电机定子轴外，涡轮发电机叶片位于上接头与发电腔的连接处，压电陶瓷片设置于涡轮发电机定子下，变幅杆设置于压电陶瓷片下面；发电腔的下端口处设置渐缩喉管，渐缩喉管与粒子通道相通，粒子通道的外端口为粒子吸口，粒子吸口位于钻头胎体外壁上；钻头胎体具有与渐缩喉管相通的下流道，下流道下部与钻头水嘴相通，变幅杆下端连接超声波传导杆，超声波传导杆的下端连接超声波振动头。

上述方案中防水罩为空心筒体，筒顶具有上通孔，筒底具有下通孔，固定杆均匀分布在防水罩周围，固定杆外边缘加工成斜边，通过斜边与钻头胎体内壁的凹槽配合，有利于支架安装；固定杆使防水罩与钻头胎体之间形成环形大面积镂空，既有利于防水罩的悬挂又可以保证流道内液体的流动。

上述方案中上通孔处设置上密封圈，下通孔处设置下密封圈。

上述方案中防水罩由合金铸造制成，防水罩外壁涂有防水涂料，具有防锈蚀防水的特性。

上述方案中超声波振动工作头采用高性能耐磨合金材质制作，超声波振动工作头外涂特氟龙材料。

上述方案中钻头胎体为PDC钻头胎体。

上述集成多形式联合破岩的新型钻头的钻井方法通过机械研磨、超声波振动作用、超声空化效应、粒子冲击作用同时破碎岩石，具体如下：