[發明專利]一種超聲波振動繩索取心鉆具

有效

• 申請號: 201610051518.7
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105507804B
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 趙大軍;周宇;張書磊;翟國兵;王美艷;劉華南;孫梓航;尹崧宇;袁鵬;戚波;孫雪嬌
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B1/00
• 分類號: E21B1/00;E21B7/24;E21B25/02
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙)22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明涉及一種超聲波振動繩索取心鉆具,適用于深孔地質取心鉆探，具體涉及的是利用超聲波振動對堅硬巖石進行疲勞破壞，并快速鉆進。

背景技術

隨著經濟的快速發展，能源的消耗也日益增長，淺層的石油、煤、天然氣等能源大量被開采，從其剩余儲量來看，已探明的淺地層能源已經無法繼續長期支撐現代工業，因此運用地質巖心鉆探對較深地層所儲藏能源進行勘探就變得尤為重要，而繩索取心方法又是地質巖心鉆探的首選。繩索取心鉆進已成為我國地質鉆探的主要鉆探方法。但由于繩索取心鉆頭的壁比較厚，孔底破碎巖石面積大，硬巖鉆進效率低，鉆探成本高。

超聲波鉆進又稱高頻振動回轉鉆進，它利用共振，即與巖石固有頻率相同的振動頻率，對巖石進行高頻沖擊，使巖石裂隙加速擴展形成疲勞破碎的原理，將高頻振動、靜壓與回轉力三者結合在一起，達到高速碎巖的目的。國內將超聲波振動裝置用于繩索取心鉆具尚未見報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種超聲波振動繩索取心鉆具，它用于解決高硬度、高可鉆性地層鉆進效率低下、成本高的問題。當壓電陶瓷振動器和供電電池一同到達外管加厚處時，停止下落，供電電池為壓電陶瓷振動器提供電能，壓電陶瓷振動器激發出超聲波振動，傳遞至外管，外管傳遞至鉆頭，再由鉆頭傳遞至孔底巖石，對巖石進行破碎。

本發明的撈矛頭與彈卡回收管連接，彈卡回收管通過第一彈性銷與彈卡座形成可動連接，在彈卡回收管上行時彈卡鉗由于重力下落，彈卡鉗與彈卡座通過第二彈性銷連接，彈卡座下行時帶動彈卡鉗一同下行，在彈卡鉗受彈卡回收管的推力而閉合時，兩片彈卡鉗保持打開狀態，兩片彈卡鉗卡在第一彈簧確保內管總成不會由于鉆進過程中產生的推力而上行；壓電陶瓷振動器到達外管內徑加厚處，電池與壓電陶瓷振動器通過銷釘連接，電池與壓電陶瓷振動器之間為絕緣墊片，第三軸承與電池過盈配合，第三軸承與實心軸間隙配合，第四軸承與壓電陶瓷振動器過盈配合，第四軸承與實心軸間隙配合，外管的底部設置鉆頭；當壓電陶瓷振動器到位后，由壓電陶瓷振動器激發的超聲波振動立即通過外管傳遞給鉆頭、再傳至孔底巖石并對其進行破碎作用。

彈卡座通過螺紋與第一擴孔器連接，軸的上端與彈卡座連接，軸的下端通過螺紋與軸承座連接，第一軸承由軸承座固定密封，第二軸承由軸承座與第二彈簧固定，第二彈簧上端由第二軸承支撐，第二彈簧下端由圓螺母支撐，圓螺母與軸通過螺紋連接，油杯通過螺紋與彈簧套連接，彈簧套與實心軸為一整體，實心軸與支座螺紋連接；調節接頭與支座螺紋連接，調節接頭與支座之間以調節螺母鎖定；支座內設置鋼球，內管與調節接頭下端螺紋連接，內管下端具有擋圈和卡簧；在電池電量耗盡后將內管提至地表，更換電池后，再將內管投入孔內繼續鉆進。

所述的壓電陶瓷振動器的外殼體為槽形，以便鉆井液能通過外殼體與外管之間的間隙，進行冷卻鉆頭、排除巖屑及保護孔壁。不同電源電壓將產生不同頻率的超聲波振動。

所述的外管在下端部分進行內徑補強，壓電陶瓷振動器通過內徑補強將超聲波振動傳至孔底巖石。

所述的第三軸承和第四軸承與實心軸為間隙配合，第三軸承與電池為過盈配合，第四軸承與壓電陶瓷振動器為過盈配合。保證了巖心管的單動特性。

本發明的有益效果：

1、本發明可提高鉆進速度，減少鉆進時間，提高鉆進效益。

2、超聲波鉆進過程中，利用共振原理對巖石進行破碎，其破巖速度遠高于普通繩索取心鉆進，并且降低了鉆壓，可減少鉆桿彎曲及鉆孔彎曲。可提高鉆進深度，使超聲波鉆進應用于中深孔、深孔、超深孔，擴大了超聲波鉆進的應用范圍。

3、本發明的電池和壓電陶瓷振動器與繩索取心鉆具配合，降低孔底巖石的強度，提高鉆進速度，減小鉆頭的磨損，延長了鉆頭的使用壽命。

附圖說明

圖1為本發明的結構圖。

圖2為本發明的壓電陶瓷振動器結構圖。

其中：1-撈矛頭、2-第一彈簧銷、3-回收管、4-第一彈簧、5-彈卡、6-第二彈簧銷、7-彈卡座、8-擴孔器、10-軸、11-第一軸承、12-外管、13-軸承座、14-第二軸承、15-第二彈簧、16-油杯、17-圓螺母、18-彈簧座、19-鋼球、20-調節螺母、21-支座、22-調節接頭、23-內管、24-擋圈、25-卡簧、26-鉆頭、27-電池、28-第三軸承、29-銷釘、30-絕緣墊片、31-壓電陶瓷振動器、32-實心軸、33-第四軸承。

具體實施方式