[實(shí)用新型]一種井下微波輔助破巖的鉆具

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201420296588.5
• 申請(qǐng)日: 2014-06-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN203961781U
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 牟善波;韓秀玲;韓曉玲;申潁浩;李曹雄;楊柳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油集團(tuán)長(zhǎng)城鉆探工程有限公司
• 主分類號(hào): E21B7/00
• 分類號(hào): E21B7/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及鉆井工具領(lǐng)域，特別涉及一種井下微波輔助破巖的鉆具。

背景技術(shù)

目前，油氣勘探開(kāi)發(fā)鉆井施工仍采用傳統(tǒng)的機(jī)械鉆井技術(shù)，雖然應(yīng)用氣體鉆井等先進(jìn)的鉆井技術(shù)能顯著提高機(jī)械鉆速，但在某些深、超深部地層特別是高溫巖體地?zé)崮茉撮_(kāi)發(fā)鉆井施工中由于花崗巖、玄武巖等巖石極為堅(jiān)硬，造成機(jī)械鉆速極慢，鉆頭磨損嚴(yán)重，起下更換鉆頭頻繁，嚴(yán)重影響了鉆井時(shí)效，鉆井施工成本呈指數(shù)增長(zhǎng)。為解決堅(jiān)硬巖石破巖難題，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者正在探索研究利用激光鉆井、電火花鉆井等新型鉆井方法進(jìn)行破巖，但仍存在許多技術(shù)問(wèn)題得不到解決。

近些年來(lái)，在礦業(yè)開(kāi)采中，尋求新的破巖方法實(shí)現(xiàn)礦巖連續(xù)開(kāi)采一直是礦業(yè)界努力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。對(duì)于堅(jiān)硬巖類的非煤礦山，基于機(jī)械切削的采煤設(shè)備則因刀具磨損而缺乏經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)力，或由于切入深度線和維修量增加而不能實(shí)現(xiàn)足夠的生產(chǎn)能力；即便采用沖擊水壓破巖，也同樣存在破巖極限。但是，同時(shí)采用兩種或多種輸入能量組合的工藝有可能突破單用一種能量輸入時(shí)工藝上的破巖極限。微波由于具有加熱不需介質(zhì)傳熱、升溫速度快、穿透性強(qiáng)、過(guò)程易于控制等特點(diǎn)，成為一種重要的輔助破巖手段，該技術(shù)目前在探索階段，取得了一定的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于提供一種井下微波輔助破巖的鉆具，可解決深、超深部地層中的花崗巖、玄武巖等極為堅(jiān)硬巖石的破巖難題，克服了傳統(tǒng)機(jī)械鉆井技術(shù)的不足，能夠避免鉆頭嚴(yán)重磨損，增加鉆頭使用壽命，減少起下鉆次數(shù)，顯著提高機(jī)械鉆速，降低鉆井施工成本，適合于深、超深部堅(jiān)硬地層氣體鉆井施工。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提出了一種井下微波輔助破巖的鉆具，包括鉆柱、供電電纜、電動(dòng)鉆具、短鉆鋌、微波發(fā)生模塊和三牙輪鉆頭，在三牙輪鉆頭三個(gè)巴掌之間的間隙內(nèi)設(shè)置1個(gè)微波天線，微波發(fā)生模塊設(shè)置在短鉆鋌與鉆井液通道之間的環(huán)形空間內(nèi)，短鉆鋌的鉆井液通道內(nèi)設(shè)置有波導(dǎo)，微波發(fā)生模塊與微波天線通過(guò)波導(dǎo)連接，電動(dòng)鉆具由位于鉆柱的鉆井液通道內(nèi)的供電電纜為其供電，電動(dòng)鉆具與微波發(fā)生模塊通過(guò)接口模塊連接。所述的微波發(fā)生模塊的主要部件為2.45GHz磁控管。所述的供電電纜為二芯柔性橡膠電纜。所述的波導(dǎo)為金屬導(dǎo)管，根據(jù)傳輸模式的不同，可以是矩形或圓形截面。所述的電動(dòng)鉆具是俄羅斯研制的用潛油電動(dòng)機(jī)在井底驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)的鉆井設(shè)備。

微波破巖的作業(yè)原理即為微波通過(guò)加熱巖體進(jìn)而改變其物理特性。具體如下所述，巖石由許多一端帶正電、另一端帶負(fù)電的偶極子組成，并做雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)，且排列無(wú)序。在電場(chǎng)中加壓后，內(nèi)部的偶極子將重新排列，變成有一定的方向規(guī)則排列，在交流電作用下，反復(fù)極化，使物體內(nèi)部產(chǎn)生類似摩擦，溫度升高，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，巖體在水分蒸發(fā)、內(nèi)部分解、膨脹作用下破壞。微波加熱不同于傳統(tǒng)的加熱方式，是一種體加熱，不但不需要傳熱介質(zhì)，而且也不需要熱傳遞、對(duì)流和輻射的過(guò)程。可以作為很好的一個(gè)輔助破巖工具，通過(guò)加熱，改變巖體的物理特性，降低巖石硬度。

本實(shí)用新型的有益效果是：微波天線直接安裝在三牙輪鉆頭上，發(fā)射的微波能量加熱巖石，改變巖體的物理特性，降低巖石硬度，輔助鉆頭破巖，可以提高花崗巖、玄武巖等堅(jiān)硬巖石鉆進(jìn)的機(jī)械鉆速。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的組合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1鉆柱，2供電電纜，3電動(dòng)鉆具，4微波發(fā)生模塊，5短鉆鋌，6三牙輪鉆頭，7巴掌，8微波天線，9波導(dǎo)，10波導(dǎo)接口，11接口模塊，12鉆井液通道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

本實(shí)用新型包括鉆柱1、供電電纜2、電動(dòng)鉆具3、微波發(fā)生模塊4、短鉆鋌5和三牙輪鉆頭6，在三牙輪鉆頭6三個(gè)巴掌7之間的間隙內(nèi)設(shè)置1個(gè)微波天線8，微波發(fā)生模塊4設(shè)置在短鉆鋌5與鉆井液通道12之間的環(huán)形空間內(nèi)，短鉆鋌5的鉆井液通道內(nèi)12置有波導(dǎo)9，微波發(fā)生模塊4與微波天線8通過(guò)波導(dǎo)9連接，電動(dòng)鉆具3由位于鉆柱1的鉆井液通道12內(nèi)的供電電纜2為其供電，電動(dòng)鉆具3與微波發(fā)生模塊4通過(guò)接口模塊11連接。所述的微波發(fā)生模塊4的主要部件為2.45GHz磁控管。所述的供電電纜2為二芯柔性橡膠電纜。所述的波導(dǎo)9為金屬導(dǎo)管，根據(jù)傳輸模式的不同，可以是矩形或圓形截面。所述的電動(dòng)鉆具3是俄羅斯研制的用潛油電動(dòng)機(jī)在井底驅(qū)動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)的鉆井設(shè)備。

微波發(fā)生模塊4作為微波源，產(chǎn)生的微波能通過(guò)波導(dǎo)9傳遞到微波天線8。鉆柱1和短鉆桿5內(nèi)皆帶有鉆井液通道12，鉆井液通過(guò)鉆井液通道12流向三牙輪鉆頭6，形成具有一定的鉆井液射流，與微波天線8發(fā)射的微波能共同作用，輔助鉆頭破巖。