[发明专利]一种水力驱动多维式等离子联合钻头及其钻井方法

权利要求书

1.一种水力驱动多维式等离子联合钻头，其特征在于：这种水力驱动多维式等离子联合钻头包括钻杆(1)、钻头(2)、切削齿(3)、等离子体转盘齿轮(4)、多个等离子体装置(5)、机械切削齿轮(6)、泥浆涡轮(8)、发电机(9)，钻杆(1)内部设置泥浆涡轮(8)，泥浆涡轮(8)底部连接发电机(9)，储能舱室(12)设置于发电机(9)的右下侧，发电机(9)接入电缆(10)，电缆(10)伸入到储能舱室(12)中，储能舱室(12)内部安装充电电池(11)、储能电容(13)、续流二极管(14)，储能舱室(12)底部向下延伸两对电缆；涡轮叶片(15)安装在钻杆(1)内并位于发电机(9)的下方，涡轮叶片(15)外缘的筒体底部与转盘开关(17)固定连接，转盘开关(17)沿周向设置多个放电开关(21)，每个放电开关(21)伸入到环形滑轨(16)内，来自储能舱室(12)底部的一对电缆也伸入到环形滑轨(16)内，该对电缆的端部均设置开关电刷(22)，转盘开关(17)转动时，开关电刷(22)与一个个放电开关(21)接触连接，转盘开关(17)下端焊接上齿轮(18)，上齿轮(18)下部与两个连接齿轮(24)啮合，上齿轮(18)底部的齿数与两个连接齿轮(24)的齿数相等，两个连接齿轮(24)各自同轴固定一个等离子体转盘齿轮(4)与一个机械切削齿轮(6)，等离子体转盘齿轮(4)与机械切削齿轮(6)分别从钻头(2)底部祼露出来；

等离子体装置(5)包括一对高压电极(32)和接地电极(33)，等离子体装置(5)有多个，每对高压电极(32)和接地电极(33)与等离子体转盘齿轮(4)的齿间隔设置于等离子体转盘齿轮上，等离子体转盘齿轮(4)上设置一圈连接轨道(29)，每对高压电极(32)和接地电极(33)分别伸入到连接轨道(29)中，来自储能舱室(12)底部的另一对电缆向下延伸至等离子体转盘齿轮(4)，该对电缆末端穿过钻头(2)的直角孔道处于连接轨道(29)内，且该对电缆末端均设置放电电刷，等离子体转盘齿轮转动时，放电电刷依次与一对对高压电极和接地电极接触连接。

2.根据权利要求1所述的水力驱动多维式等离子联合钻头，其特征在于：所述的放电开关(21)的数量与等离子体装置(5)的数量相等。

3.根据权利要求2所述的水力驱动多维式等离子联合钻头，其特征在于：所述的泥浆涡轮(8)、发电机(9)、涡轮叶片(15)、转盘开关(17)、上齿轮(18)与水眼(7)形成钻井液通道。

4.根据权利要求3所述的水力驱动多维式等离子联合钻头，其特征在于：所述的放电开关(21)为四个，等离子体装置(5)为四个。

5.根据权利要求4所述的水力驱动多维式等离子联合钻头，其特征在于：所述的等离子体转盘齿轮(4)内侧设置轴承轨道(19)，等离子轴承(26)安装于轴承轨道(19)处，等离子轴承(26)内侧滚珠(25)嵌于轴承轨道(19)上，等离子轴承(26)外侧从隔离固定板(23)穿出，等离子轴承(26)祼露在隔离固定板(23)外的部分设置方形凸起(27)，方形凸起(27)卡在钻头(2)的条形槽中，钻头(2)与等离子轴承(26)祼露在隔离固定板(23)外的部分通过齿槽配合连接。

6.根据权利要求5所述的水力驱动多维式等离子联合钻头，其特征在于：所述的机械切削齿轮(6)内侧设置轴承轨道(19)，机械切削齿轮(6)轴承安装于轴承轨道(19)处，机械切削齿轮(6)轴承内侧滚珠(25)嵌于轴承轨道(19)上，机械切削齿轮(6)轴承外侧从隔离固定板(23)穿出，机械切削齿轮轴承祼露在隔离固定板(23)外的部分设置方形凸起(27)，方形凸起(27)卡在钻头的条形槽中，钻头(2)与机械切削齿轮(6)轴承祼露在隔离固定板外的部分通过齿槽配合连接。

7.一种权利要求6所述的水力驱动多维式等离子联合钻头的钻井方法，其特征在于：泥浆涡轮(8)的转动为发电机(9)提供动能，发电机(9)将动能转换为电能，通过电缆(10)将电能传输到储能舱室(12)内进行储存，储能舱室(12)为等离子体装置(5)提供电能；涡轮叶片(15)的转动带动转盘开关(17)和上齿轮(18)围绕同一个公转圆心转动，连接齿轮(24)通过上齿轮(18)的带动与转盘开关(17)形成相同周期的周向运动，等离子体转盘齿轮(4)与机械切削齿轮(6)通过连接齿轮(24)的带动，进行联合钻井；转盘开关(17)与上齿轮(18)、连接齿轮(24)、等离子体转盘齿轮(4)、机械切削齿轮(6)的旋转周期相同，当转盘开关(17)旋转四分之一周期时，放电开关(21)通过开关电刷(22)连接电缆，此时，等离子体转盘齿轮(4)旋转四分之一周期，储能舱室(12)为等离子体装置(5)供电，高压电极(32)与接地电极(33)上端通过放电电刷(28)连接电缆进行充电，接地电极(33)下端接触地层进行放电，形成冲击波和等离子通道迅速破碎岩石。