[发明专利]一种电脉冲破岩钻头的破岩实验装置

说明书

本发明涉及一种电脉冲破岩钻头的破岩实验装置，设有围压泵站、脉冲电源、PLC控制装置、围压缸水平移动装置、进出水泵、围压缸组件、高压电脉冲破岩钻头等，高压脉冲电源供高压脉冲电通过电缆传输至高压电极及低压电极，满足一定条件的高压脉冲电先击穿岩石，产生放电通道，等离子通道受热膨胀，当应力超过岩石的应力强度时，岩石破碎，实现高压脉冲放电钻进；高压电脉冲破岩实验装置能模拟地球内部深部钻进的高压环境，对高温高压深井及超深井中进行电脉冲钻井实验更接近实际钻井环境，能实现对深井、超深井中高压电脉冲破岩钻头电极的几何形状、分布、间距及电极材料等的实验研究，高压脉冲放电破岩钻进有广阔的发展前景。

技术领域

本发明涉及钻进领域，更具体地说，涉及一种电脉冲破岩钻头的破岩实验装置。

背景技术

电脉冲破岩钻头的主要功能是通过高压短脉冲供电给高压电脉冲破岩钻头，在岩石体内产生放电通道，使岩石体击穿，实现快速、高效、绿色破碎岩石，该钻头及破岩方式能适应5km以上深井的破岩钻进，相比于普通的机械旋转钻进，具有花费低、井壁质量高等特点；电脉冲破岩实验装置，主要功能是通过电脉冲破碎实验，实现对电极的几何形状、分布、间距及电极材料等的研究，电脉冲破岩钻头及电脉冲破岩实验装置有重要的应用及科研价值。

国际能源机构预测2030年近50％的原油、天然气等产量要靠深井、超深井及深海、极地等新领域和油砂等非常规井进行生产；地球内部99％的部分超过了1000℃，地球5-10公里内拥有可开采利用(现有技术)且取之不尽地热能，是一种储量巨大的再生能源，地球7km下的10x10x10km立方体中所包含的地热能相当于一年全球各领域消耗的总能量。因此原油、天然气及地热能的获取，需打深井、超深井等非常规井。地壳的平均厚度约33km，地球有“地温梯度”，地壳温升一般为20～30℃/km。地球内部10km处温度约为300℃。地壳内部压力随深度而增大，深度每增1km，压力增加27.5MPa，地下10km处压力约为304MPa，即5km上井属于高温高压井。

采用机械旋转钻进钻高温高压井存在以下问题：目前碎岩工具受深孔温度增高和驱动动力的限制，其使用范围和性能受到了影响；高温高压深井和超深井钻进的地质条件复杂，可能导致钻井事故和钻进效率降低等不利后果；深孔不同温度和压力条件下，岩石的物理力学性质发生变化，从而使切削具在高的地应力、较高的温度下切削性能发生变化；随着钻井深度加大，井斜一般也会加大，井斜加大后，会给钻井施工带来很多困难，施工难度大；高温高压井采用传统的回转钻进方式具有钻进效率低、钻井费用高及井身质量没法保证等缺点，需依靠新破岩技术。高压电脉冲可实现快速、高效、绿色破碎岩石，具有花费低、井壁质量高等特点。国内外学者对高压电脉冲破岩进行了广泛研究，主要研究了高压电脉冲破岩传输电缆、高压电脉冲电源、电火花开关等，取得了较好的破岩效果，对高压电脉冲破岩钻头、钻头电极材料、电极的几何形状、分布及间距等的研究较少，高压电脉冲破岩钻头、钻头电极材料、电极的几何形状、分布及间距对破岩效率、能量损耗等有较大的影响，目前高压电脉冲破岩钻头的研制成为限制高压电脉冲破岩技术发展的主要攻关技术。

发明内容

本发明提出了一种高压电脉冲破岩钻头的破岩实验装置，实现对电极的几何形状、分布、间距及电极材料等的研究，在此研究的基础上开发出高效的高压电脉冲破岩钻头，实现对非常规井的高效率、低花费的钻进。

根据本发明的其中一方面，本发明为解决其技术问题，提供了一种电脉冲破岩钻头，包括绝缘管，绝缘管上套设有外管，绝缘管空心，所述空心内布置有电缆，电缆分别电性连接位于所述电脉冲破岩钻头下端的高压电极以及低压电极，并从所述绝缘管的上端穿出，所述电脉冲破岩钻头的下端还具有绝缘块，低压电极设置于绝缘块上，绝缘块位于所述外管上，将所述外管与低压电极隔离开来。

优选地，在本发明的电脉冲破岩钻头中，所述电脉冲破岩钻头的上端上具有吊耳。

优选地，在本发明的电脉冲破岩钻头中，所述高压电极固定于绝缘管的下端，所述电脉冲破岩钻头具有多组所述绝缘块与所述低压电极。