[发明专利]一种超声波振动绳索取心钻具

说明书

技术领域

本发明涉及一种超声波振动绳索取心钻具,适用于深孔地质取心钻探，具体涉及的是利用超声波振动对坚硬岩石进行疲劳破坏，并快速钻进。

背景技术

随着经济的快速发展，能源的消耗也日益增长，浅层的石油、煤、天然气等能源大量被开采，从其剩余储量来看，已探明的浅地层能源已经无法继续长期支撑现代工业，因此运用地质岩心钻探对较深地层所储藏能源进行勘探就变得尤为重要，而绳索取心方法又是地质岩心钻探的首选。绳索取心钻进已成为我国地质钻探的主要钻探方法。但由于绳索取心钻头的壁比较厚，孔底破碎岩石面积大，硬岩钻进效率低，钻探成本高。

超声波钻进又称高频振动回转钻进，它利用共振，即与岩石固有频率相同的振动频率，对岩石进行高频冲击，使岩石裂隙加速扩展形成疲劳破碎的原理，将高频振动、静压与回转力三者结合在一起，达到高速碎岩的目的。国内将超声波振动装置用于绳索取心钻具尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声波振动绳索取心钻具，它用于解决高硬度、高可钻性地层钻进效率低下、成本高的问题。当压电陶瓷振动器和供电电池一同到达外管加厚处时，停止下落，供电电池为压电陶瓷振动器提供电能，压电陶瓷振动器激发出超声波振动，传递至外管，外管传递至钻头，再由钻头传递至孔底岩石，对岩石进行破碎。

本发明的捞矛头与弹卡回收管连接，弹卡回收管通过第一弹性销与弹卡座形成可动连接，在弹卡回收管上行时弹卡钳由于重力下落，弹卡钳与弹卡座通过第二弹性销连接，弹卡座下行时带动弹卡钳一同下行，在弹卡钳受弹卡回收管的推力而闭合时，两片弹卡钳保持打开状态，两片弹卡钳卡在第一弹簧确保内管总成不会由于钻进过程中产生的推力而上行；压电陶瓷振动器到达外管内径加厚处，电池与压电陶瓷振动器通过销钉连接，电池与压电陶瓷振动器之间为绝缘垫片，第三轴承与电池过盈配合，第三轴承与实心轴间隙配合，第四轴承与压电陶瓷振动器过盈配合，第四轴承与实心轴间隙配合，外管的底部设置钻头；当压电陶瓷振动器到位后，由压电陶瓷振动器激发的超声波振动立即通过外管传递给钻头、再传至孔底岩石并对其进行破碎作用。

弹卡座通过螺纹与第一扩孔器连接，轴的上端与弹卡座连接，轴的下端通过螺纹与轴承座连接，第一轴承由轴承座固定密封，第二轴承由轴承座与第二弹簧固定，第二弹簧上端由第二轴承支撑，第二弹簧下端由圆螺母支撑，圆螺母与轴通过螺纹连接，油杯通过螺纹与弹簧套连接，弹簧套与实心轴为一整体，实心轴与支座螺纹连接；调节接头与支座螺纹连接，调节接头与支座之间以调节螺母锁定；支座内设置钢球，内管与调节接头下端螺纹连接，内管下端具有挡圈和卡簧；在电池电量耗尽后将内管提至地表，更换电池后，再将内管投入孔内继续钻进。

所述的压电陶瓷振动器的外壳体为槽形，以便钻井液能通过外壳体与外管之间的间隙，进行冷却钻头、排除岩屑及保护孔壁。不同电源电压将产生不同频率的超声波振动。

所述的外管在下端部分进行内径补强，压电陶瓷振动器通过内径补强将超声波振动传至孔底岩石。

所述的第三轴承和第四轴承与实心轴为间隙配合，第三轴承与电池为过盈配合，第四轴承与压电陶瓷振动器为过盈配合。保证了岩心管的单动特性。

本发明的有益效果：

1、本发明可提高钻进速度，减少钻进时间，提高钻进效益。

2、超声波钻进过程中，利用共振原理对岩石进行破碎，其破岩速度远高于普通绳索取心钻进，并且降低了钻压，可减少钻杆弯曲及钻孔弯曲。可提高钻进深度，使超声波钻进应用于中深孔、深孔、超深孔，扩大了超声波钻进的应用范围。

3、本发明的电池和压电陶瓷振动器与绳索取心钻具配合，降低孔底岩石的强度，提高钻进速度，减小钻头的磨损，延长了钻头的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的结构图。

图2为本发明的压电陶瓷振动器结构图。

其中：1-捞矛头、2-第一弹簧销、3-回收管、4-第一弹簧、5-弹卡、6-第二弹簧销、7-弹卡座、8-扩孔器、10-轴、11-第一轴承、12-外管、13-轴承座、14-第二轴承、15-第二弹簧、16-油杯、17-圆螺母、18-弹簧座、19-钢球、20-调节螺母、21-支座、22-调节接头、23-内管、24-挡圈、25-卡簧、26-钻头、27-电池、28-第三轴承、29-销钉、30-绝缘垫片、31-压电陶瓷振动器、32-实心轴、33-第四轴承。

具体实施方式