【技术实现步骤摘要】
一种高压电脉冲钻头及破岩实验装置
本专利技术涉及岩石工程领域,尤其涉及一种高压电脉冲钻头及破岩实验装置。
技术介绍
21世纪是开发利用地下空间的世纪,地下空间革命已成为前沿性的国际战略主张,向地下要空间、要资源已成为世界各国的国家战略,建设超级地下工程,离不开超级装备,需要依靠装备制造业的高质量发展。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。石油、天然气、地热井等勘探开发钻井深度不断增加,传统机械钻具在深孔、超深孔及硬岩钻进时,具有钻探效率低、钻井费用高、钻头磨损大等缺点。当钻进深度超过5000m,传统旋转钻进成本将呈指数增长,而电脉冲破岩钻进(Electro-Pulse-Boring,EPB)的钻进成本不受钻进深度的限制。等离子破岩可分为液电破岩和电脉冲破。电极与岩石不接触,放电通道直接发生在液体介质中,利用放电产生的冲击波或者水射流对岩石进行破碎,这种效应称液电破岩;放电等离子体主要发生在岩石内部,岩石破碎的动力来自于等离子体通道膨胀时产生的应力,这种破碎方法称为电破碎,即电脉冲破岩。电脉冲破岩的工作原理为:施加高压短脉冲(上升沿<500ns),岩石被电击穿;岩石内部形成细小的放电先导,电极上电压下降较小;当先导发展到对电极,形成等离子通道;高压电极上电压快速下降,回路电流快速增加;等离子通道受热膨胀,对周围的岩石做功,应力超过岩石的强度时,岩石被击碎。
技术实现思路
为了解决上述问题,本专利技术提供了一种破岩效 ...
【技术保护点】
1.一种高压电脉冲钻头,位于岩石正上方;其特征在于:包括若干负电极、用于固定负电极的固定负电极套筒、正电极、绝缘套、弹簧和绝缘手柄和电缆线;所述正电极分为正电极上半部分和正电极下半部分,正电极上半部分和正电极下半部分之间螺纹连接;/n正电极上半部分外设有倒T形的绝缘套,所述绝缘套外面设置有弹簧,所述绝缘套用来隔离正电极上半部分与所述弹簧;/n所述绝缘套顶端内嵌于绝缘手柄内,且该绝缘套顶端安装有正电极上半部分连接电缆线螺母,所述正电极连接电缆线螺母用来连接所述正电极上半部分与电缆线;/n所述弹簧顶端连接于绝缘手柄的中空壁底端,该弹簧底端连接固定负电极套筒,所述固定负电极套筒套设于绝缘套外侧并可沿着绝缘套的轴向进行相对运动;正电极下半部分位于绝缘套下方,螺纹连接于正电极上半部分;通过M4螺钉,将若干负电极固定于所述固定负电极套筒,使若干负电极布设在所述正电极下半部分周围,其中某一负电极上设置有负电极连接电缆线螺栓,所述负电极连接电缆线螺栓用来连接所述某一负电极与电缆线,以便持续放电,击碎岩石。/n
【技术特征摘要】
1.一种高压电脉冲钻头,位于岩石正上方;其特征在于:包括若干负电极、用于固定负电极的固定负电极套筒、正电极、绝缘套、弹簧和绝缘手柄和电缆线;所述正电极分为正电极上半部分和正电极下半部分,正电极上半部分和正电极下半部分之间螺纹连接;
正电极上半部分外设有倒T形的绝缘套,所述绝缘套外面设置有弹簧,所述绝缘套用来隔离正电极上半部分与所述弹簧;
所述绝缘套顶端内嵌于绝缘手柄内,且该绝缘套顶端安装有正电极上半部分连接电缆线螺母,所述正电极连接电缆线螺母用来连接所述正电极上半部分与电缆线;
所述弹簧顶端连接于绝缘手柄的中空壁底端,该弹簧底端连接固定负电极套筒,所述固定负电极套筒套设于绝缘套外侧并可沿着绝缘套的轴向进行相对运动;正电极下半部分位于绝缘套下方,螺纹连接于正电极上半部分;通过M4螺钉,将若干负电极固定于所述固定负电极套筒,使若干负电极布设在所述正电极下半部分周围,其中某一负电极上设置有负电极连接电缆线螺栓,所述负电极连接电缆线螺栓用来连接所述某一负电极与电缆线,以便持续放电,击碎岩石。
2.如权利要求1所述的一种高压电脉冲钻头,其特征在于:所述绝缘手柄为中空的T形装置,其材料选用聚四氟乙烯。
3.如权利要求1所述的一种高压电脉冲钻头,其特征在于:若干负电极等间距设置在正电极下半部分周围,其中一个负电极上焊有的螺栓选用M6螺栓。
4.如权利要求1所述的一种高压电脉冲钻头,其特征在于:所述绝缘套选用聚四氟乙烯材料。
5.如权利要求1所述的一种高压电脉冲钻头,其特征在于:所述正电极下半部分与负电极的中心间距为25mm;该正电极下半部分的顶端设有M8螺纹孔,用来与所述正电极上半部分进行螺纹连接,该正电极下半部分的中间位置部分设有一个5mm通孔,用来通液体绝缘介质,以达到循环排渣的目的。
6.一种破岩实验装置,其特征在于:包括:伺服电动缸、控制组件、如权利要求1~5任一所述的高压电脉冲钻头、高压脉冲电源、材料容器组件、铝型材支...
【专利技术属性】
技术研发人员:段隆臣,李傲,李昌平,吴来杰,谭松成,郑君,周燕,
申请(专利权)人:中国地质大学武汉,
类型:发明
国别省市:湖北;42
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