一种用于电脉冲-机械复合钻头的破岩钻进实验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于电脉冲

【技术实现步骤摘要】
一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置及方法


[0001]本专利技术涉及钻进
，具体是一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置及方法。

技术介绍

[0002]我国是最大的能源生产和能源消费大国，但石油、天然气等自主供应能力不足，而经过多年的高速发展，我国浅地层资源大部分已被开发，而在深部地层还存在大量油气资源以及取之不尽的地热能，为保持经济的高速发展、保障国家能源安全，深部地层资源的开发迫在眉睫。
[0003]深部地层资源存在于高温高压的地质环境下，须打深井、超深井等非常规井才能进行开采，单纯采用传统的机械旋转钻进会存在以下问题：深井、超深井钻进的地质条件复杂，钻进效率低下且易导致钻井事故；破岩工具受高温和驱动动力的影响，其性能和使用范围会受到极大影响；随着钻井深度的增加，井壁质量无法得到保证，且井斜一般也会加大，给钻井施工带来很多困难，施工难度增大。采用传统的钻进方式效率低下、钻井成本高，所以需要开发新的破岩技术。
[0004]利用高压电脉冲对岩石进行破碎，对于深井、超深井钻探而言具有破岩效率高、钻进成本低等优点，是目前为止极具发展潜力、接近工业化的破岩方式。国内外学者对高压电脉冲破岩进行了广泛的研究，设计除了多种破岩钻头，取得了很好的破岩效果。然而，对于传统旋转钻进与电脉冲破岩技术相结合的复合破岩研究很少，电脉冲
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机械复合钻头的PDC钻头参数与电极钻头的电极材料、电极间距、电极几何形状以及高压脉冲电源参数对破岩效率、能量损耗有较大影响，复合破岩的研究将会极大推动高压电脉冲破岩技术的发展。

技术实现思路

[0005]基于以上工程背景，本专利技术在申请人在先申请的中国专利202011488801.9中提出的一种电脉冲
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机械复合破岩钻头以及中国专利202110825292.2中提出的一种用于电脉冲
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机械复合破岩钻头与钻具间的电缆连接装置的基础上，提出了一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置及方法，实现在高压地层环境下，高压脉冲电源参数、电脉冲
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机械复合破岩钻头的PDC钻头参数、电极钻头的电极形状、电极分布、电极间距、电极材料以及PDC钻头与电极钻头间的间距等对破岩效率的影响的实验研究。
[0006]为实现以上研究，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置，其特征在于，包括与电缆、钻井液管固连的密封接头，在密封接头下方连接有密封旋转器，所述密封旋转器固定在上台架上端面，并且与方钻杆固连；钻杆固连在所述方钻杆下方，所述钻杆下方接有电缆连接装置，电脉冲
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机械复合钻头固连在所述电缆连接装置的下方；电机直驱转盘带动所述方钻杆旋转，进而带动钻杆与电脉冲
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机械复合钻头旋转；电机直驱转盘固定在中台架上端面，上台架下端面与所述中台架上端面固连，底座上端面与所述中台架下端面固连；围压缸固
定在破岩缸内部，所述破岩缸与升降台固连；升降台安装在所述底座中心部位，且下端与液压缸固连；所述钻井液管与钻井液泵相连，所述钻井液泵与钻井液缸相连；所述电缆与高压脉冲电源相连。
[0008]进一步的，密封旋转器外圈与密封接头、上台架固连，密封旋转器内圈与方钻杆相连，在工作过程中实现动密封，保证钻井液的正常循环；升降台上有若干T形槽，用于固定破岩缸。
[0009]进一步的，密封旋转器内圈与所述方钻杆之间有力传感器，用于监测和反馈钻压至控制台，通过控制台的控制台触摸屏调节参数从而获得稳定的钻压。
[0010]进一步的，钻井液缸安装有加热器，通过控制台触摸屏设置参数，最高可将钻井液加热到400℃，从而模拟真实井底高温。
[0011]进一步的，高压脉冲电源可通过控制屏调节工作电压、频率、脉宽等参数；此外，高压脉冲电源还设置了PLC按钮，用于转换电路结构和实现装置的急停。
[0012]进一步的，中台架与底座的前面安装有前挡板门、后面安装有后挡板门，前挡板门与后挡板门表面均采用耐高温的隔热材料，用于阻挡实验过程中飞溅的高温液体和岩屑，保证操作者的安全。
[0013]进一步的，岩样固定在所述围压缸内部，围压泵通过油管将液压油输送至所述围压缸，以实现对高压环境的模拟；在破岩钻进实验过程中，围压缸与岩样在破岩缸中被钻井液完全浸没；破岩缸与围压缸相比，内径更大，高度更高，在接近破岩缸底部处开有回流孔；回流管连接回流孔，回流孔处安装有过滤网，将岩屑阻挡在所述破岩缸内，回流管末端连接流速调节阀，用于调节钻井液回流速度，流速调节阀与钻井液缸固连。
[0014]进一步的，钻井液泵通过钻井液管将钻井液从钻井液缸送至电脉冲
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机械复合钻头，进而钻井液进入破岩缸中，破岩缸中的钻井液通过与破岩缸相连的回流管回流进钻井液缸中，完成钻井液循环；钻井液缸盛放的钻井液可以是各种液体，如蒸馏水、自来水、盐水、各种油和泥浆等。
[0015]进一步的，控制台通过线缆与所述电机直驱转盘、围压泵、液压缸、钻井液泵、加热器相连；控制台具有控制台触摸屏与控制台急停按钮，控制台触摸屏能够直接控制电机直驱转盘的转速，以实现电脉冲
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机械复合钻头的不同转速、控制液压缸的升降距离与速度，以模拟钻井深度和钻井速度、控制围压泵的功率，以模拟不同的地层压力、控制钻井液泵的转速，以控制钻井液的循环速度、控制加热器功率，使钻井液达到实验设计的温度；控制台急停按钮能够实现对电机直驱转盘、围压泵、液压缸、钻井液泵、加热器的急停操作。
[0016]本专利技术的特点是：
[0017]1.能够真实模拟深井、超深井钻井作业中的地层压力；
[0018]2.能使用多种液体介质如蒸馏水、自来水、盐水、各种油、泥浆等作为钻井液，并且可将钻井液加热到400℃，进而能真实模拟井底温度，以及探讨温度对电脉冲以及液体性质对电脉冲破岩效率的影响；
[0019]3.能够实现钻井液的完整循环，贴近真实钻井过程；
[0020]4.能够实现对高压脉冲电源的工作电压、频率、脉宽等参数的调节；
[0021]5.能够实现对钻头的钻压、转速的调节。
附图说明
[0022]图1为电脉冲
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机械复合破岩钻头的钻井实验装置结构示意图；
[0023]图2为电脉冲
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机械复合钻头示意图；
[0024]图3为实验装置主体部分结构示意图；
[0025]图4为钻进过程示意图。
[0026]上述图中：1.电缆；2.方钻杆；3.电机直驱转盘；4.钻杆；5.电脉冲
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机械复合钻头；6.破岩缸；601.过滤网；602.钻井液；603.回流孔；7.控制台；701.控制台触摸屏；702.控制台急停按钮；8.高压脉冲电源；801.PLC按钮；802.控制屏；9.围压泵；10.升降台本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置，其特征在于，包括与电缆(1)、钻井液管(22)固连的密封接头(21)，在所述密封接头(21)下方连接有密封旋转器(20)，所述密封旋转器(20)固定在上台架(19)上端面，并且与方钻杆(2)固连；钻杆(4)固连在所述方钻杆(2)下方，所述钻杆(4)下方接有电缆连接装置(17)，电脉冲
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机械复合钻头(5)固连在所述电缆连接装置(17)的下方；电机直驱转盘(3)带动所述方钻杆(2)旋转，进而带动钻杆(4)与电脉冲
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机械复合钻头(5)旋转；所述电机直驱转盘(3)固定在中台架(18)上端面，所述上台架(19)下端面与所述中台架(18)上端面固连，底座(15)上端面与所述中台架(18)下端面固连；围压缸(16)固定在破岩缸(6)内部，所述破岩缸(6)与升降台(10)固连；所述升降台(10)安装在所述底座(15)中心部位，且下端与液压缸(11)固连；所述钻井液管(22)与钻井液泵(12)相连，所述钻井液泵(12)与钻井液缸(13)相连；所述电缆(1)与高压脉冲电源(8)相连。2.根据权利要求1所述的一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置，其特征在于，所述密封旋转器(20)外圈与所述密封接头(21)、上台架(19)固连，所述密封旋转器(20)内圈与方钻杆(2)相连，在工作过程中实现动密封，保证钻井液的正常循环；所述升降台(10)上有若干T形槽，用于固定破岩缸(6)。3.根据权利要求2所述的一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置，其特征在于，在所述密封旋转器(20)内圈与所述方钻杆(2)之间有力传感器(25)，用于监测和反馈钻压至控制台(7)，通过控制台(7)上的控制台触摸屏(701)调节参数从而获得稳定的钻压。4.根据权利要求1所述的一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置，其特征在于，所述钻井液缸(13)安装有加热器(1301)，通过控制台触摸屏(701)设置参数，最高可将钻井液加热到400℃，从而模拟真实井底高温。5.根据权利要求1所述的一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置，其特征在于，所述高压脉冲电源(8)可通过控制屏(802)调节工作电压、频率、脉宽等参数；此外，高压脉冲电源(8)还设置了PLC按钮(801)，用于转换电路结构和实现装置的急停。6.根据权利要求1所述的一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置，其特征在于，所述中台架(18)与底座(15)的前面安装有前挡板门(23)、后面安装有后挡板门(24)，前挡板门(23)与后挡板门(24)表面均采用耐高温的隔热材料，用于阻挡实验过程中飞溅的高温液体和岩屑，保证操作者的安全。7.根据权利要求1所述的一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置，其特征在于，岩样(1601)固定在所述围压缸(16)内部，围压泵(9)通过油管将液压油输送至所述围压缸(16)，以实现对高压环境的模拟；在破岩钻进实验过程中，围压缸(16)与岩样(1601)在破岩缸(6)中被钻井液完全浸没；所述破岩缸(6)与围压缸(16)相比，内径更大，高度更高，在接近破岩缸(6)底部处开有回流孔(603)，回流管(14)连接回流孔(603)，回流孔处安装有过滤网(601)，将岩屑阻挡在所述破岩缸(6)内，所述回流管(14)末端连接流速调节阀(1401)，用于调节钻井液回流速度；所述流速调节阀(1401)与钻井液缸(13)固连。8.根据权利要求8所述的一种用于电脉冲
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机械复合钻头的破岩钻进实验装置，其特征在于，所述钻井液泵(12)通过钻井...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟吉，胡海，祝效华，罗云旭，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：