[发明专利]基于超声波与机械钻具联合装置及其钻井方法

权利要求书

1.一种基于超声波与机械钻具联合装置，其特征在于：这种基于超声波与机械钻具联合装置包括钻柱（6）、钻头（5）、超声波换能器（12）、特种变幅杆主杆（14）、特种变幅杆分支杆（20）、激励器岩石破碎工具头（21）、电缆通道（2），钻柱（6）底端与钻头（5）相连，钻柱（6）中部设置超声波发生器电器仓（4），超声波发生器电器仓（4）环绕在大钻井液通孔（10）外，大钻井液通孔（10）与钻柱（6）相通且同轴设置，超声波发生器电器仓（4）内设置升压变压器（7）、稳压器（8）、高频交流脉冲转换集成装置（9），升压变压器（7）、稳压器（8）、高频交流脉冲转换集成装置（9）依次用电缆线相连接；大钻井液通孔（10）正下方是超声波换能器电器仓（11），超声波换能器（12）设置于超声波换能器电器仓（11）中，超声波换能器（12）与中间连接装置（13）用电缆线相连，中间连接装置（13）设置在特种变幅杆主杆（14）上端，超声波换能器电器仓（11）与防超声波扩散液仓室1号（17）通过固定板（16）分隔，固定板（16）的外缘与钻柱（6）固定连接，超声波换能器电器仓（11）底端外围的固定板（16）上均匀分布小钻井液通孔（15）；超声波换能器电器仓（11）、防超声波扩散液仓室1号（17）、防超声波扩散液仓室2号（18）沿垂直方向依次相接，特种变幅杆主杆（14）上端位于超声波换能器电器仓（11）内，特种变幅杆主杆（14）向下贯穿固定板（16）、防超声波扩散液仓室1号（17）至防超声波扩散液仓室2号（18）内，特种变幅杆主杆（14）底端呈辐射状分布着八个特种变幅杆分支杆（20），特种变幅杆分支杆（20）伸出防超声波扩散液仓室2号（18）的部分套有隔离套管（19），防超声波扩散液仓室2号（18）与隔离套管（19）相通，特种变幅杆分支杆（20）穿过隔离套管（19）与激励器岩石破碎工具头（21）相连，激励器岩石破碎工具头（21）位于钻头表层，八个激励器岩石破碎工具头（21）每两个分布在同一个钻头胎体上，钻头（5）上分布水眼（22）和切削齿（23）。

2.根据权利要求1所述的基于超声波与机械钻具联合装置，其特征在于：所述的电缆通道（2）设置于钻柱（6）内，电缆通道（2）从超声波发生器电器仓（4）内穿过，向下延伸至固定板（16）后，沿固定板（16）水平再延伸至超声波换能器电器仓（11）；超声波发生器电器仓（4）设置电缆孔，电缆通道（2）与电缆孔固定连接，电缆通道（2）位于超声波发生器电器仓（4）内设置分支孔，有的电缆线通过电缆通道（2）到达超声波发生器电器仓（4）后，通过相应的分支孔穿出后分别与升压变压器（7）、高频交流脉冲转换集成装置（9）相连接；有的电缆线通过电缆通道（2）到达超声波换能器电器仓（11），从电缆孔进入超声波换能器电器仓（11）内，与超声波换能器（12）连接。

3.根据权利要求2所述的基于超声波与机械钻具联合装置，其特征在于：所述的钻柱（6）的上端面固定法兰（3）。

4.一种权利要求3所述的基于超声波与机械钻具联合装置的钻井方法，其特征在于：交流电通过电缆线（1）在升压变压器（7）进行升压，在稳压器（8）进行稳压，提供了电压在额定范围内且稳定的交流电，高频交流脉冲转换集成装置（9）、超声波换能器（12）产生超声波，超声波经由中间连接装置（13）、特种变幅杆主杆（14）、特种变幅杆分支杆（20）传导至四个钻头胎体上的八个激励器岩石破碎工具头（21）上，激励器岩石破碎工具头（21）再利用超声波进行破碎岩石，采用特种变幅杆主杆（14）、特种变幅杆分支杆（20）两段式传导方式，实现了对钻头外表各个方向上的岩石进行激励破碎；同时钻头（5）由法兰（3）、钻柱（6）带动旋转，钻头（5）在旋转过程中破碎岩石，实现了超声波破岩和机械破岩相结合，联合进行钻井工作。