[发明专利]基于超声波与机械钻具联合装置及其钻井方法

说明书

本发明涉及的是基于超声波与机械钻具联合装置及其钻井方法，其中基于超声波与机械钻具联合装置包括钻柱、钻头、超声波换能器、特种变幅杆主杆、特种变幅杆分支杆、激励器岩石破碎工具头，钻柱中部设置超声波发生器电器仓，超声波发生器电器仓环绕在大钻井液通孔外，其内有高频交流脉冲转换集成装置；超声波换能器与中间连接装置相连，中间连接装置设置在特种变幅杆主杆上端，特种变幅杆主杆上端位于超声波换能器电器仓内，特种变幅杆主杆底端呈辐射状分布着八个特种变幅杆分支杆，特种变幅杆分支杆穿过隔离套管与激励器岩石破碎工具头相连，八个激励器岩石破碎工具头每两个分布在同一个钻头胎体上。本发明钻井进度快、效率高、钻头磨损小。

技术领域

本发明涉及的是应用在石油工程、采矿工程、岩土工程等领域中的钻井装置，具体涉及的是基于超声波与机械钻具联合装置及其钻井方法。

背景技术

超声波是一种频率高于20000Hz的声波，它是由纵波、横波、表面波和兰姆波组成的，超声波钻井是通过交流电源、高频交流脉冲转换集成装置、超声波换能器、特种变幅杆等装置产生并传导超声波利用空化作用、热效应、机械振动等来破碎地层岩石。传统的机械钻井钻进有速度慢、钻头磨损大等突出的缺陷。所以提供一种将超声波钻井和机械钻头联合在一起的钻井方式能减少钻头磨损，还可以提高传统钻井的钻进速度，因此针对以上问题，设计一种超声波辅助的钻井方式以及超声波和机械钻具相结合的钻头就显得很有必要。

发明内容

本发明的目的是提供基于超声波与机械钻具联合装置，这种基于超声波与机械钻具联合装置用于解决现有技术中机械钻头钻井进度慢、效率低、钻头磨损较大等问题；本发明的另一个目的是提供这种基于超声波与机械钻具联合装置的钻井方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种基于超声波与机械钻具联合装置包括钻柱、钻头、超声波换能器、特种变幅杆主杆、特种变幅杆分支杆、激励器岩石破碎工具头、电缆通道，钻柱底端与钻头相连，钻柱中部设置超声波发生器电器仓，超声波发生器电器仓环绕在大钻井液通孔外，大钻井液通孔与钻柱相通且同轴设置，超声波发生器电器仓内设置升压变压器、稳压器、高频交流脉冲转换集成装置，升压变压器、稳压器、高频交流脉冲转换集成装置依次用电缆线相连接；大钻井液通孔正下方是超声波换能器电器仓，超声波换能器设置于超声波换能器电器仓中，超声波换能器与中间连接装置用电缆线相连，中间连接装置设置在特种变幅杆主杆上端，超声波换能器电器仓与防超声波扩散液仓室1号通过固定板分隔，固定板的外缘与钻柱固定连接，超声波换能器电器仓底端外围的固定板上均匀分布小钻井液通孔；超声波换能器电器仓、防超声波扩散液仓室1号、防超声波扩散液仓室2号沿垂直方向依次相接，特种变幅杆主杆上端位于超声波换能器电器仓内，特种变幅杆主杆向下贯穿固定板、防超声波扩散液仓室1号至防超声波扩散液仓室2号内，特种变幅杆主杆底端呈辐射状分布着八个特种变幅杆分支杆，特种变幅杆分支杆伸出防超声波扩散液仓室2号的部分套有隔离套管，防超声波扩散液仓室2号与隔离套管相通，特种变幅杆分支杆穿过隔离套管与激励器岩石破碎工具头相连，激励器岩石破碎工具头位于钻头表层，八个激励器岩石破碎工具头每两个分布在同一个钻头胎体上，钻头上分布水眼和切削齿。

上述方案中电缆通道设置于钻柱内，电缆通道从超声波发生器电器仓内穿过，向下延伸至固定板后，沿固定板水平再延伸至超声波换能器电器仓；超声波发生器电器仓设置电缆孔，电缆通道与电缆孔固定连接，电缆通道位于超声波发生器电器仓内设置分支孔，有的电缆线通过电缆通道到达超声波发生器电器仓后，通过相应的分支孔穿出后分别与升压变压器、高频交流脉冲转换集成装置相连接；有的电缆线通过电缆通道到达超声波换能器电器仓，从电缆孔进入超声波换能器电器仓内，与超声波换能器连接。

上述方案中钻柱的上端面固定法兰。

上述基于超声波与机械钻具联合装置的钻井方法：