一种基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具制造技术

本发明专利技术提供了一种基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具。所述一种基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具的结构包括高压电缆、上接头、高压电极头、壳体、冲击缸、冲击活塞、接地电缆、接地电极头、上密封圈、下密封圈。该冲击器通过高压电脉冲在液体介质中发生的液电效应产生脉冲机械波，再通过冲击活塞将脉冲机械波传递至钻头，实现对岩石的冲击。所述一种基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具结构简单，操作方便，原理可靠，能够通过改变电压、放电频率等电学参数以改变冲击幅度和冲击频率，便于现场的使用和维护，工作寿命长，安全高效。安全高效。安全高效。

【技术实现步骤摘要】
一种基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具


[0001]本专利技术涉及油气田开发
，具体是一种基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具。

技术介绍

[0002]作为世界能源结构的主体，石油、天然气的消耗量随着世界经济不断发展而日益增加。由于多年来不断的开采，浅层容易被开发的常规油气资源越来越少，剩余油气资源的钻探难度越来越大，深部油气资源逐渐成为勘探开发的重点。因此，高效开发深层超深层油气资源成为我国实现能源接替战略的重大需求，也是当前和未来油气勘探开发的重点和热点。油气资源的勘探开发从浅层向深层、超深层发展的过程中，钻遇硬度高、研磨性强、可钻性级值大的岩石概率变大，只依靠常规破岩钻头的刮挤剪切与研磨作用难以高效破碎岩石，需要在钻井过程中利用冲击提速钻具辅助破岩，以提高破岩效率。然而，现有的冲击提速钻具结构都较为复杂，冲击能量弱，冲击参数不可调节，现场安装和维护都较为繁琐，降低了钻井工作的效率。
[0003]液电效应是指对液体中存在一定间隙的高压电极与接地电极施加高压脉冲电，液体间隙瞬间被击穿形成等离子体电弧通道，强电能释放入离子通道，形成放电通路，高压脉冲电源中电容器储存的剩余电能通过等离子体通道与液体进行一系列的化学、生物、力学作用。电弧放电时，电极间隙的液体介质在高电能作用下瞬间被分解、电离形成高温、高压的等离子体通道，内部形成巨大的压力梯度和温度梯度，引起通道膨胀、扩张，挤压周围液体，生成迅速径向传播的脉冲机械波。液电效应产生的脉冲机械波可以通过改变液体电学性质、脉冲电压的峰值和频率等参数进行调节。<br/>[0004]在冲击提速钻具中利用液电效应，不仅能够简化整体结构，便于现场安装和维护，而且针对不同地层能够通过直接调节相关电学参数从而获得钻井过程需要的冲击器的力学参数，使其具有广泛的地层适应性，进而提高钻井效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于简化现有冲击提速钻具的机械结构，便于作业现场的安装和维护，以及拓宽冲击提速钻具的地层适用性，进而提高钻井效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的提供了一种基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具。所述的一种基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具包括高压电缆、上接头、冲击缸、高压电极头、壳体、冲击活塞、接地电缆、接地电极头、上密封圈、下密封圈。在该冲击器中，所述上接头上部外侧有锥螺纹；所述上接头上部内侧开有圆柱形凹槽，并在上接头内部设有4～6个钻井液流道，钻井液流道与上接头上部圆柱形凹槽相连通；所述上接头在其中心轴线附近有两个通孔，用于放置高压电缆与接地电缆；所述上接头下部内外侧为两个锥度方向相反的锥螺纹，内侧的锥螺纹用于与下方的冲击缸之间的连接，外侧的锥螺纹用于与壳体之间的连接；所述冲击缸内部为一腔体，腔体下部开有一个圆形台阶，与冲击活塞上部
的圆形阶梯相配合；所述冲击缸在中心轴线附近开有两个通孔，用于放置高压电缆与接地电缆；所述冲击活塞头部置于所述冲击缸内部腔体中；所述冲击活塞的最下端开有用于连接钻头的锥螺纹；所述冲击活塞头部下方开有一圆形台阶，其与所述冲击缸内部腔体下部的圆形台阶相配合；所述冲击活塞中部开有2～4个垂直于其中心轴线的钻井液流孔，用于流通钻井液；所述冲击活塞在所述钻井液流孔下方开有一圆形台阶，在圆形台阶与所述钻井液流孔之间的外圆柱面上开有2～5个环形槽，用于安装中上密封圈；所述冲击活塞在下部花键结构与圆形台阶之间开有2～5个环形槽，用于安装下密封圈；所述冲击活塞在其中心轴线上开有贯穿整体并与钻井液流孔相连通的钻井液通道；所述冲击活塞下部外侧通过矩形花键与壳体内侧圆柱面上的花键相配合；所述壳体上部通过内锥螺纹与上接头连接，下端开有圆形通孔，并且圆形通孔的内圆柱面上有花键结构，钻头穿过该圆形通孔与冲击活塞通过锥螺纹相连；所述壳体内部有两个圆形台阶，所述壳体在与冲击活塞上位于上密封圈之上的圆形台阶上开有6～8个往复孔；在所述高压电极头与接地电极头分别与穿过上接头、冲击缸中间通孔的高压电缆、接地电缆固连；所述高压电极头与接地电极头位于冲击活塞上部腔体中。
[0007]进一步地，所述上接头中心轴线附近开设的通孔与所述冲击缸中心轴线附近开设的通孔相互对应、同轴同径。
[0008]进一步地，所述高压电极头与接地电极头之间保持有一定的间隙，而非直接接触。
[0009]进一步地，所述冲击活塞的外圆柱面与所述冲击缸腔体的内圆柱面、所述壳体的内圆柱面均为间隙配合。
[0010]进一步地，所述上接头的圆柱形凹槽、所述上接头内部的钻井液流道、所述壳体和所述冲击缸之间的间隙、所述冲击活塞的钻井液流孔、所述冲击活塞的钻井液通道以及钻头内部的流道构成钻井液的内部流通路径。
[0011]进一步地，所述钻头可以是PDC钻头、牙轮钻头、冲击锤等。
[0012]与现有钻井冲击器相比，本专利技术的特点和优势是：
[0013]1.包含的机械部件少，结构简单可靠，便于现场安装和维护；
[0014]2.采用液电效应作为冲击提速钻具的脉冲发生原理，针对不同地层，能通过改变电源的各种电学参数直接改变冲击提速钻具的力学参数，因而本专利技术的地层适应范围广，钻井过程的作业效率更高。
附图说明
[0015]图1为本专利技术的结构示意图；
[0016]图2为本专利技术的工作过程示意图；
[0017]图3为上接头结构示意图；
[0018]图4为冲击缸结构示意图；
[0019]图5为壳体结构示意图；
[0020]图6为冲击活塞结构示意图；
[0021]图中：1.高压电缆；2.上接头；3.冲击缸；101.高压电极头；4.壳体；5.冲击活塞；6.接地电缆；601.接地电极头；7.上密封圈；8.下密封圈；9.钻头；2
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A.圆柱形凹槽；2
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B.钻井液流道；4
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A.往复孔；5
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A.钻井液流孔；5
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B.钻井液通道。
具体实施方式
[0022]下面结合实施例对本专利技术进一步说明，需要说明的是，在本文中，诸如“上”、“下”等词语，仅仅用于方便对附图进行描述，并非限制实际使用中的方向，且不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0023]下面结合附图描述本专利技术一些实施例的基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具：
[0024]本专利技术主要针对所述基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具，如图1所示，该冲击器包括：高压电缆(1)、上接头(2)、冲击缸(3)、高压电极头(101)、壳体(4)、冲击活塞(5)、接地电缆(6)、接地电极头(601)、上密封圈(7)、下密封圈(8)。所述上接头(2)上部外侧有锥螺纹；所述上接头(2)上部内侧开有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于高压电脉冲液电效应的冲击提速钻具，其特征在于，其结构包括高压电缆(1)、上接头(2)、冲击缸(3)、高压电极头(101)、壳体(4)、冲击活塞(5)、接地电缆(6)、接地电极头(601)、上密封圈(7)、下密封圈(8)；所述上接头(2)上部外侧有锥螺纹；所述上接头(2)上部内侧开有圆柱形凹槽(2
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A)，并在上接头(2)内部设有4～6个钻井液流道(2
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B)，钻井液流道(2
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B)与上接头(2)上部圆柱形凹槽(2
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A)相连通；所述上接头(2)在其中心轴线附近有两个通孔，用于放置高压电缆(1)与接地电缆(6)；所述上接头(2)下部内外侧为两个锥度方向相反的锥螺纹，内侧的锥螺纹用于与下方的冲击缸(3)之间的连接，外侧的锥螺纹用于与壳体(4)之间的连接；所述冲击缸(3)内部为一腔体，腔体下部开有一个圆形台阶，与冲击活塞(5)上部的圆形阶梯相配合；所述冲击缸(3)在中心轴线附近开有两个通孔，用于放置高压电缆(1)与接地电缆(6)；所述冲击活塞(5)头部置于所述冲击缸(3)内部腔体中；所述冲击活塞(5)的最下端开有用于连接钻头(9)的锥螺纹；所述冲击活塞(5)头部下方开有一圆形台阶，其与所述冲击缸(3)内部腔体下部的圆形台阶相配合；所述冲击活塞(5)中部开有2～4个垂直于其中心轴线的钻井液流孔(5
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A)，用于流通钻井液；所述冲击活塞(5)在所述钻井液流孔(5
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A)下方开有一圆形台阶，在圆形台阶与所述钻井液流孔(5
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A)之间的外圆柱面上开有2～5个环形槽，用于安装中上密封圈(7)；所述冲击活塞(5)在下部花键结构与圆形台阶之间开有2～5个环形槽，用于安装下密封圈(8)；所述冲击活塞(5)在其中心轴线上开有贯穿整体并与钻井液流孔(5
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A)相连通的钻井液通道(5
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟吉，胡海，祝效华，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：