[发明专利]自激共振钻井装置及其钻井方法

权利要求书

1.一种自激共振钻井装置，其特征在于：这种自激共振钻井装置由上部钻杆（1）、钻铤（2）、减震器（3）、自激共振器（5）、钻头（7）顺次连接构成，钻铤（2）通过其螺纹与上部钻杆（1）连接，减震器（3）通过螺纹与钻铤（2）连接，上短接（4）通过螺纹与减震器（3）连接，自激共振器（5）通过螺纹与上短接（4）连接，自激共振器（5）另一端连接下短接（6），钻头（7）通过螺纹与下短接（6）连接。

2.根据权利要求1所述的自激共振钻井装置，其特征在于：所述的自激共振器包括上螺纹柱（8）、第一换能器（9）、控制器（10）、第二换能器（11）、变幅杆（12）、自由质量（14）、下螺纹柱（15）。

3.根据权利要求2所述的自激共振钻井装置，其特征在于：所述的上螺纹柱（8）、下螺纹柱（15）均有外螺纹，上螺纹柱（8）有一个喇叭状的内腔，喇叭口向上；第一换能器（9）、控制器（10）、第二换能器（11）、自由质量（14）、下螺纹柱（15）均有一个筒形内腔；变幅杆（13）也有内腔，变幅杆内腔（14）呈喇叭状，喇叭口向下；上螺纹柱（8）、第一换能器（9）、控制器（10）、第二换能器（11）、变幅杆（12）、自由质量（14）、下螺纹柱（15）连接后，它们的内腔相通，形成油路。

4.根据权利要求2所述的自激共振钻井装置，其特征在于：所述的第一换能器（9）、第二换能器（11）均为通用压电陶瓷片或磁致伸缩材料，用于产生钻头的超声纵向振动。

5.根据权利要求2所述的自激共振钻井装置，其特征在于：所述的变幅杆（12）为指数形或悬链形变幅杆。

6.根据权利要求2所述的自激共振钻井装置，其特征在于：所述的自由质量（14）为标准尺寸的具有一定质量的钢套。

7.一种权利要求1或2所述的自激共振钻井装置的钻井方法，其特征在于：这种自激共振钻井装置钻井的方法如下，

1）检查自激共振器（5）工作是否正常，并将上述各部件依次连接，下入井底；

2）循环钻井液，并旋转钻柱，通过调整钩载并给钻头（7）施加钻压；

3）在初始钻井参数下，钻头破碎地层岩石产生纵向冲击和振动，通过短接传递到自激共振器（5）；

4）控制器（10）对地层岩石材料的幅频特征进行扫描，确定岩石材料的共振频率；

5）为加载钻头估算适当的振动频率范围，需要确定钻头的振幅范围；

 6）在当前地层岩石材料共振频率范围中，选择一个低于最大值的点作为最佳共振频率；

7）根据这个最佳共振频率驱动钻头振动；

8）进一步调节钻压、转速等机械参数，改变钻头产生的纵向冲击和振动情况，使自激共振器（5）放大冲击和振动的频率达到或接近地层岩石共振的共振频率，实现共振破岩；

9）当地层岩性改变时，其共振频率发生改变，上一层调节的共振频率在当前地层无法发生共振现象，需要重新调节钻压、转速等机械参数，使自激共振器放大冲击和振动的频率达到或接近地层岩石共振的共振频率，再一次实现共振破岩。