[發明專利]一種電熱能?機械能綜合破巖鉆頭

有效

• 申請號: 201510214636.0
• 申請日: 2015-04-28
• 公開（公告）號: CN104790875B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發明（設計）人: 劉運榮;張正祿;李紅;任小玲;胡瓊
• 申請（專利權）人: 中石化石油工程機械有限公司研究院
• 主分類號: E21B7/15
• 分類號: E21B7/15;E21B10/42
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 胡建平

技術領域

本發明涉及一種電熱能-機械能綜合破巖鉆頭，適用于石油天然氣、探礦、建筑基礎施工等工程中。

背景技術

巖石破碎是指將巖石從巖體上分離下來的一個過程。巖石破碎方法與技術研究是礦業、土木交通、軍事等行業長期關心的問題。隨著現代科學技術的發展，巖石破碎的方法和技術出現了一些新的發展趨勢。根據文獻調研，破巖方法可分為機械能破巖和熱能破巖兩種，其中機械能破巖主要有機械式鉆井、常規爆破法、射彈沖擊法、水電效應法、火花放電法、爆破鉆孔法、超聲波法、水射流法；熱能破巖主要有微波法、高頻法、電熱核法、激光法、電熱熔法、等離子體法、高能加速器法、脈沖電子束法、聚焦電子束法、紅外線法、空穴射流鉆、熱沖擊火箭鉆進裝置等。

實驗表明，大多數巖石強度隨著溫度升高，強度顯著下降。這種熱能機械能聯合破巖效率高于單純的機械破巖或熱能破巖的效率，其鉆進速度遠大于常規機械破巖或熱能破巖的鉆速。

目前，常規機械能破巖和熱能破巖結合的方法還很少，在機械能和熱能結合破巖的方法中，其熱能都是通過燃料燃燒產生熱能，這種產生熱能的方式耗能大，能量轉化率不高，安全系數較低；如果將機械能和電熱能有機地結合起來，通過空氣經過高溫電熱器后形成的高溫熱氣流將鉆頭下方巖石的強度顯著降低，甚至發生巖爆，再通過旋轉的切削齒破壞強度較低的巖石，迅速形成井眼，解決深井、硬地層鉆速慢以及熱能不穩定、不夠安全的問題，為鉆硬地層、復雜地層提供了一個有效方法。

發明內容

針對現有的技術問題，本發明的目的在于提供一種電熱-機械能綜合破巖鉆頭，該鉆頭通過電熱能加熱氣流吹向巖石并結合機械能破巖，能耗小，成本低，安全系數高，工作效率高，鉆井深度深。

為了解決上述的技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種電熱-機械能綜合破巖鉆頭，包括螺紋接頭、電纜、外殼、換熱管、電加熱裝置和導熱元件；所述螺紋接頭下端與外殼連接，螺紋接頭內部設有中心孔，外殼內部設有環形槽、換熱管和噴嘴，中心孔、換熱管和噴嘴依次連通，噴嘴的出口設置在外殼的底面，環形槽設在換熱管和外殼外壁之間，環形槽內設有電加熱裝置和導熱元件，導熱元件與電加熱裝置接觸，電纜與電加熱裝置連接，外殼的下端設有切削齒。

作為本發明的進一步改進，所述外殼的底面中間內凹，四周外凸。

作為本發明的進一步改進，所述的導熱元件為多層石墨塊。

作為本發明的進一步改進，所述的石墨塊在豎直方向上呈凹凸型，每個石墨塊與上下兩層相鄰的石墨塊通過凹槽和凸起部分配合。

作為本發明的進一步改進，所述電加熱裝置頂部設有絕緣體，電纜穿過絕緣體與電加熱裝置連接。

作為本發明的進一步改進，所述螺紋接頭頂部設有電接頭，電纜的兩端分別與電接頭和電加熱裝置連接。

作為本發明的進一步改進，所述換熱管的材料為銅或者鋁。

本發明的有益效果是：

1.環形槽設在換熱管和外殼外壁之間，環形槽內設有電加熱裝置和導熱元件，電加熱裝置發熱，熱量通過導熱元件均勻的傳向換熱管，空氣通過中心孔進入換熱管產生高溫熱氣流并噴向鉆頭下方巖石，從而降低巖石強度，本發明所采用降低巖石強度的方式與燃燒熱降低巖石強度的方式相比，不用設置燃料通道，不用輸送燃料，工作過程安全系數高且容易控制。

2.采用石墨塊進行導熱，導熱效果好，凹凸型配合方式耐擠壓，防止了石墨塊之間的松脫。

3.將電熱能破巖方法和機械破巖方法相結合，顯著提高破巖效率，大幅度提高機械鉆速，縮短建井周期，從而降低鉆探成本。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。

圖2是本發明與智能鉆桿配合示意圖。

圖中：1-螺紋接頭；2-電接頭；3-電纜；4-外殼；5-噴嘴；6-絕緣體；7-電加熱裝置；8-石墨塊；9-換熱管；10-智能鉆桿；11-切削齒。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步闡述。