【技术实现步骤摘要】
本公开涉及石油钻井领域，具体地说，涉及一种通过粒子射流耦合进行谐振破岩的装置及方法。
技术介绍
1、油气资源作为国家战略资源，对于国家经济安全与可持续发展至关重要。随着我国经济的高速发展和浅层油气资源的日渐枯竭，复杂地层深部油气藏的开发逐渐成为石油勘探的重点。目前，我国已发现的深、超深油气田具有规模大、资源丰富的特点，但同时也面临埋深、高温、高压、高硬等钻井难题。深井钻井过程中面临的研究挑战包括：深(埋藏深)、陡(地层倾角大)、窄(压力窗口窄)、高(高温高压高酸性)、厚(砾石层厚)、难(复杂多压力系统、事故多发、可钻性差)，从而导致机械钻速慢、破岩效率低、钻井周期长、钻井成本高等问题。因此，深井坚硬地层的钻井速度和破岩效率成为制约深井钻井快速发展的关键技术难题。
2、对于深井坚硬岩层的高效钻进破岩方式，现有文献已有研究，如高频谐振辅助破岩方法如公开号cn103982131a和cn112576196a主要以高频、高振、低幅的振动使岩石产生谐振现象，岩石内部损伤快速累积且疲劳破坏强度降低，从而实现快速钻进。但是这种谐振破岩过程中，易发生谐振对井眼壁面的损伤破坏，同时由于岩石的谐振频率与体积呈反比，不易使完整岩石区块化以产生谐振现象，也是制约谐振钻井快速发展的重要因素。另外，如公开号cn114294001a文献所示，谐振破岩过程中的发热问题也是一个需要解决的客观技术问题。
3、粒子射流冲击能够将完整岩石分割为独立区块，一方面降低破岩强度，引发谐振现象，另一方面能保护井壁不被岩石谐振波及，保护井壁的完整性和安全性
技术实现思路
1、本公开提出了一种粒子射流耦合谐振破岩装置及破岩方法，能够解决
技术介绍
中指出的技术问题，能够实现以较小钻压和扭矩下的快速钻进，在显著提高破岩效率的同时，且能避免井眼井壁的谐振损伤，能够很好的模拟现场工况，因而能够实现粒子射流耦合谐振破岩参数的优化分析。
2、本公开所述的粒子射流耦合谐振破岩装置，方案1：
3、所述粒子射流耦合谐振破岩装置，包括循环蓄水箱1、泥浆泵进口管道2、泥浆泵3、主管道4以及副管道6，其独特之处在于：
4、所述装置还包括粒子储罐7、储罐承重台8、螺旋推进控制电机9、螺旋推进减速器10、旋转顶驱11、升降台12、换能器频率调节器13、螺旋推进装置16、谐振破岩工作台17、调节器工作台18、实验釜19、换能器模块27、粒子射流钻头28以及电动液压油缸20；
5、循环蓄水箱1中储存的钻井液由泥浆泵进口管道2进入泥浆泵3，循环蓄水箱1和泥浆泵进口管道2内置过滤筛网，泥浆泵进口管道2与循环蓄水箱1和泥浆泵3采用法兰连接；
6、所述主管道与泥浆泵3采用法兰连接；经过泥浆泵3加压后的钻井液分别进入主管道4和副管道6；
7、主管道4分别与旋转顶驱11和螺旋推进装置16通过法兰相联通；
8、螺旋推进装置16包括螺旋推进控制电机9、螺旋推进减速器10、螺杆及密封组件33；螺旋推进装置16与粒子储罐7进行法兰连接；粒子储罐7中的冲击粒子在螺杆及密封组件33的转动作用下，被注入到主管道4中；
9、粒子储罐7用于储存冲击粒子，所述粒子储罐与副管道6和螺旋推进装置16分别通过高压软管和法兰连接；粒子储罐7通过螺栓固定于储罐承重台8上面；粒子储罐7中的冲击粒子经过螺旋推进装置16被注入到主管道4中，并与钻井液混合形成固液两相流体进入旋转顶驱11的管道中；粒子储罐7下端连接螺旋推进装置16，通过调节螺旋推进控制电机9控制螺旋推进减速器10和螺杆及密封组件33的速度，能够控制粒子注入的速度，进而调节钻井液中的粒子比率；
10、旋转顶驱11固定于谐振破岩工作台17，并与主管道连接，在实现主管道4固定不动的同时，既能保证钻井液的高压密封，又能保证旋转顶驱11按照一定速度旋转；旋转顶驱11下方分别连接换能器模块27和粒子射流钻头28；固液两相流体经过换能器模块27的内管道和粒子射流钻头28的加速，形成亚音速粒子射流用于冲击岩石31；
11、换能器模块27由换能器频率调节器13进行振动频率和幅值调节，并带动粒子射流钻头28进行振动；换能器模块27能够将高频电能转换为机械振动并将振动放大，从而带动粒子射流钻头28在岩石31接触面上产生振动；
12、换能器频率调节器13固定于具有防静电功能的调节器工作台18上，通过调整换能器频率调节器13的输出频率，能够改变换能器模块27的振动幅值和频率，从而带动粒子射流钻头28在岩石31上振动；
13、谐振破岩工作台17能够为旋转顶驱11提供承重力，同时通过滚轮导轨与升降台12连接，实现升降台12的升降运动以满足钻井进尺要求；升降台12底端安装电动液压油缸20，电动液压油缸20与升降台12的接触面处采用凹槽固定，通过电动液压油缸20控制升降台12沿谐振破岩工作台17进行升降运动，从而带动实验釜19升降运动；
14、实验釜19用于放置岩石31，具有固定岩样、施加围压以及固液分离的功能，钻井液由实验釜19的出口被排出。
15、方案2：在方案1的基础上，组件内增加控制柜14，得到方案2，如下：
16、所述装置还包括控制柜14、压力表5和安全阀15；压力表5安装在主管道4上，通过调节泥浆泵3的转速，可以控制进入到主管道4中的钻井液流量；安全阀15安装在主管道4上，当压力超过阈值时，安全阀15开启进行钻井液溢流从而保证系统的安全性；
17、控制柜14通过信号线和无线信号对破岩过程进行控制，具体控制路径如下：
18、通过信号线l1以有线信号形式控制泥浆泵3的流量，从而控制主管道4和压力表5的压力；
19、通过信号线l2以有线信号形式控制两个对称的小齿轮电机11和小齿轮减速器26的工作运转速度，进而控制小齿轮25和中心齿轮28转动速度，从而实现对粒子射流钻头28旋转速度的控制；
20、通过信号线l3以有线信号形式控制螺旋推进控制电机9和螺旋推进减速器10的工作运转速度，进而控制粒子螺旋推进装置19中的螺杆及密封组件33的转动速度，从而实现将粒子按照一定注入速度从粒子储罐7混合到主管道4；
21、通过信号线l4以有线信号形式控制换能器频率调节器13的输出频率，进而控制换能器模块27的振动频率和幅值；通过无线信号形式对电动液压油缸20的压力值进行控制，以保证钻井破岩过程中的钻压本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种粒子射流耦合谐振破岩装置，包括循环蓄水箱(1)、泥浆泵进口管道(2)、泥浆泵(3)、主管道(4)以及副管道(6)，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种粒子射流耦合谐振破岩装置，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种粒子射流耦合谐振破岩装置，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种粒子射流耦合谐振破岩装置，其特征在于：
5.根据权利要求4所述的一种粒子射流耦合谐振破岩装置，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的一种粒子射流耦合谐振破岩装置，其特征在于：
7.根据权利要求6所述的一种粒子射流耦合谐振破岩装置，其特征在于，
8.根据权利要求7所述的一种粒子射流耦合谐振破岩装置，其特征在于：
9.一种利用权利要求2至8所述粒子射流耦合谐振破岩装置实施破岩的方法，其特征在于按照如下步骤操作：
【技术特征摘要】
1.一种粒子射流耦合谐振破岩装置，包括循环蓄水箱(1)、泥浆泵进口管道(2)、泥浆泵(3)、主管道(4)以及副管道(6)，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的一种粒子射流耦合谐振破岩装置，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种粒子射流耦合谐振破岩装置，其特征在于：
4.根据权利要求3所述的一种粒子射流耦合谐振破岩装置，其特征在于：
5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：方天成，任福深，刘汉旭，王宝金，侯建华，胡金兆，
申请(专利权)人：东北石油大学，
类型：发明
国别省市：
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