[發明專利]一種可控電磁驅動式沖擊-刮切復合鉆頭及方法

有效

• 申請號: 202010052493.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111236848B
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 謝松;蔡燦;楊迎新;任海濤;李邦潤;曹煜磊
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: E21B10/36
• 分類號: E21B10/36;E21B10/46;E21B10/38;E21B4/06;F03B13/02;H02K7/18
• 代理公司: 成都天匯致遠知識產權代理事務所(普通合伙) 51264
• 代理人: 韓曉銀

1.一種可控電磁驅動式沖擊-刮切復合鉆頭，包括鉆頭體，所述鉆頭體上設有多個固定切削結構，其特征在于，所述鉆頭體還設有多個沖擊切削結構，所述沖擊切削結構包括沖擊導向管、沖擊器，沖擊器設置于導向管內，導向管外端部設有限位機構，沖擊器側面設有與限位機構配套的卡塊；在沖擊切削機構后方設有沖擊驅動裝置；

所述沖擊器包括沖頭以及連接在沖頭頂部的沖擊切削齒，所述沖頭為圓柱體結構，其中部的卡塊為環形的防掉凸臺；導向管為管狀結構，包括主管段和設置于其頂部的一圈加寬段，加寬段的內徑小于主管段，外徑大于主管段，加寬段作為限位機構，與防掉凸臺相配合；在主管段內側上部設有前置保護彈簧，下部設有后置保護彈簧；

沖頭與沖擊導向管之間設置有密封裝置；

所述沖擊導向管的主管段外側設置有電磁線圈，在鉆頭體內還設有供電蓄能結構，供電蓄能結構連接到電磁線圈；

所述電磁線圈為雙螺旋形環繞結構，纏繞于主管段外側。

2.根據權利要求1所述一種可控電磁驅動式沖擊-刮切復合鉆頭，其特征在于，供電裝置設置于鉆頭體內，所述鉆頭體中部設有流道，供電裝置安裝于流道中；

所述供電蓄能結構包括發電裝置、蓄電裝置、導電裝置，所述導電裝置連接到沖擊器上；發電裝置設置于流道中，通過流道的流體沖擊進行發電；蓄電裝置設置于發電裝置下方，儲蓄發電裝置所發的電能。

3.根據權利要求2所述一種可控電磁驅動式沖擊-刮切復合鉆頭，其特征在于，所述發電裝置為葉輪和電機，蓄電裝置為電路板，在電路板上設有電容、控制芯片、蓄電池；導電裝置為抗干擾防水電線；

所述供電蓄能結構之間均為與外界密封防水結構。

4.根據權利要求3所述一種可控電磁驅動式沖擊-刮切復合鉆頭，其特征在于，所述固定切削結構為刀翼，刀翼設有3個，在每個刀翼上設有至少一排固定切削齒；所述沖擊切削結構數量為3個，設置于相鄰兩個刀翼之間，且沖擊切削結構安裝在鉆頭體冠部。

5.根據權利要求4所述一種可控電磁驅動式沖擊-刮切復合鉆頭，其特征在于，所述固定切削齒和沖擊切削齒的材料為聚晶金剛石復合片切削齒、熱穩定聚晶金剛石切削齒、天然金剛石切削齒、孕鑲金剛石切削塊、孕鑲金剛石切削齒、硬質合金切削齒、金剛石加強硬質合金切削齒、立方氮化硼切削齒、陶瓷切削齒中的任意一種。

6.根據權利要求5所述一種可控電磁驅動式沖擊-刮切復合鉆頭，其特征在于，所述沖擊切削齒的齒形是錐球齒、楔形齒、球形齒、邊楔齒、勺形齒中的任意一種。

7.根據權利要求6所述一種可控電磁驅動式沖擊-刮切復合鉆頭，其特征在于，沖擊切削齒與固定切削齒在徑向重疊覆蓋布置。

8.一種采用如權利要求7所述的可控電磁驅動式沖擊-刮切復合鉆頭的工作方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）將可控電磁驅動式沖擊-刮切復合鉆頭安裝到位，下入井下，開始鉆井作業，在鉆頭體的流道末端還設有水眼；

2）當從井上通過鉆桿內部送來的鉆井液從鉆頭體中流過葉輪時，葉輪轉動，帶動電機產生電能，電能傳輸給蓄電池并儲存在蓄電池內；

3）蓄電池在控制芯片的控制下對電容進行充電，電容開始積蓄電能，當電容內積蓄的電能達到一定程度后，控制芯片控制電容進行放電，電能通過電能傳輸通道傳遞給電磁線圈；

4）當線圈里面流過電流時，沖擊導向管內將產生磁力，將沖頭彈射出去，對目標巖石進行沖擊。