[發(fā)明專利]一種電熱能?機械能綜合破巖鉆頭

有效

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• 申請日: 2015-04-28
• 公開（公告）號: CN104790875B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)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(fā)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(yè)、土木交通、軍事等行業(yè)長期關心的問題。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，巖石破碎的方法和技術出現(xiàn)了一些新的發(fā)展趨勢。根據(jù)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(guī)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(shù)巖石強度隨著溫度升高，強度顯著下降。這種熱能機械能聯(lián)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(guī)機械破巖或熱能破巖的鉆速。

目前，常規(guī)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(chǎn)生熱能，這種產(chǎn)生熱能的方式耗能大，能量轉化率不高，安全系數(shù)較低；如果將機械能和電熱能有機地結合起來，通過空氣經(jīng)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(fā)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(wěn)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(fā)明內容

針對現(xiàn)有的技術問題，本發(fā)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(shù)高，工作效率高，鉆井深度深。

為了解決上述的技術問題，本發(fā)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(huán)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(huán)形槽設在換熱管和外殼外壁之間，環(huán)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(fā)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(fā)明的進一步改進，所述的導熱元件為多層石墨塊。

作為本發(fā)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(fā)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(fā)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(fā)明的進一步改進，所述換熱管的材料為銅或者鋁。

本發(fā)明的有益效果是：

1.環(huán)形槽設在換熱管和外殼外壁之間，環(huán)形槽內設有電加熱裝置和導熱元件，電加熱裝置發(fā)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(chǎn)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(fā)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(shù)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(fā)明的結構示意圖。

圖2是本發(fā)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(fā)明做進一步闡述。