CN109854175B - 区域谐振式钻井装置及其钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及区域谐振式钻井装置及其钻井方法，其中区域谐振式钻井装置包括转盘、钻杆，谐振发生室、主体钻头、四个谐振钻头，钻杆下端连接谐振发生室，谐振发生室下端连接主体钻头，主体钻头的中心为出水管，四个谐振钻头分布在出水管周围并祼露在主体钻头底端；两个支撑杆安装在谐振发生室的底板上，支撑杆上端分别安装激振台1号和激振台2号，电源装置和谐振频率控制中心均分别连接激振台1号和激振台2号，每个谐振钻头均通过传动杆连接至谐振发生室底端，出水管将主体钻头与钻杆相连。本发明四个谐振钻头与主体钻头以一定时间交替工作，配合钻进，可对硬地层高效破岩，提高钻井的速度。

Description

区域谐振式钻井装置及其钻井方法

技术领域：

本发明涉及钻井工程领域，具体涉及区域谐振式钻井装置及其钻井方法。

背景技术：

钻井是石油开采的一个重要环节。诸多科学研究人员不断探索新型、有效的钻井方法，其中包括激光法、谐振式、电弧法、爆炸法、电子束法、电火花法等等。谐振式钻井方式是未来钻井技术发展的重要方向之一。共振钻井技术可以解决硬地层钻速低，钻井成本高，钻头磨损严重的问题，大大提高了钻井效率。但这项技术还处于室内试验研究阶段，很多方面需要创新和优化。针对于这种新型的钻井方式，设计一种区域谐振式钻井方式与钻头就显的很有必要。

发明内容：

本发明的一个目的是提供区域谐振式钻井装置，这种区域谐振式钻井装置用于解决现有钻井装置钻速低，钻头磨损严重的问题，本发明的另一个目的是提供这种区域谐振式钻井装置的钻井方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种区域谐振式钻井装置包括转盘、钻杆，谐振发生室、主体钻头、四个谐振钻头、出水管，电源装置，谐振频率控制中心，转盘安装在钻杆顶端，电缆孔设置在钻杆内壁，钻杆下端通过连接装置1号连接谐振发生室，谐振发生室下端通过连接装置2号连接主体钻头，主体钻头的中心为出水管，四个谐振钻头分布在出水管周围并祼露在主体钻头底端；两个支撑杆安装在谐振发生室的底板上，支撑杆上端分别安装激励谐振台1号和激励谐振台2号，电源装置和谐振频率控制中心分别安装在谐振发生室的两侧，电源装置和谐振频率控制中心均分别连接激励谐振台1号和激励谐振台2号，每个谐振钻头均连接一个传动杆，每个传动杆均连接至谐振发生室底端，出水管将主体钻头与钻杆相连；电缆置于电缆孔内部，电缆下端通过连接装置1号与电源装置相连。

上述方案中四个传动杆二个为一组，二个传动杆设置在激励谐振台1号下端，另两个传动杆设置在激励谐振台2号下端。

上述区域谐振式钻井装置的钻井方法：通过四个谐振钻头同时工作，在主体钻头的底端组成一个中心谐振区域，向谐振频率控制中心输入地层各层段岩石种类和谐振频率，钻井时，通过谐振频率控制中心将岩石固有频率的信号传递给激励谐振台1号和激励谐振台2号，激励谐振台1号和激励谐振台2号输出相同的频率给四个谐振，四个谐振钻头谐振冲击地层，岩石出现裂缝，紧接着主体钻头旋转钻进一定深度，然后主体钻头停止钻进，再由四个谐振钻头重新造缝，循环往复，四个谐振钻头与主体钻头交替工作，不断钻进。

有益效果：

1.本发明四个谐振钻头与主体钻头以一定时间交替工作，配合钻进，可对硬地层高效破岩，提高钻井的速度；谐振式钻井方式可以降低钻头的磨损，减少起下钻的时间，从而节省钻井成本，工作可靠，使用方便。

2.本发明中谐振发生室和电缆孔起到了防水的作用，提供了谐振钻头和主体钻头同时工作的环境。

3.本发明谐振频率控制中心输入地层各层段岩石种类和岩石固有频率，当谐振频率接近岩石固有频率时，更易破碎岩石，同时可以保证各个层段都可以发生谐振破碎。

附图说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中谐振发生室内腔示意图。

图3为本发明中谐振发生室内两个激励谐振台布置图。

图4是本发明中主体钻头的示意图。

图中：1.转盘；2.电缆；3.电缆孔；4.钻杆；5.连接装置1号；6.谐振发生室；7.连接装置2号；8.主体钻头；9.支撑杆；10.传动杆；11.谐振钻头；12.出水管；13.谐振频率控制中心；14.电源装置；15.激励谐振台1号；16.激励谐振台2号。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

结合图1、图2、图3、图4所示，这种区域谐振式钻井装置包括转盘1、钻杆4，谐振发生室6、主体钻头8、四个谐振钻头11、出水管12，电源装置14，谐振频率控制中心13，转盘1安装在钻杆4顶端，钻杆4下端通过连接装置1号5连接谐振发生室6，谐振发生室6下端通过连接装置2号7连接主体钻头8，主体钻头8的中心为出水管12，四个谐振钻头11分布在出水管12周围并祼露在主体钻头8底端，四个谐振钻头11同时工作，组成了一个谐振区域，首先四个钻头谐振冲击地层，岩石出现裂缝，再通过主体钻头8钻进一定深度，循环往复，不断钻进，使岩石更易破碎，充分提高了钻进速度。

两个支撑杆9安装在谐振发生室6的底板上，支撑杆9上端分别安装激励谐振台1号15和激励谐振台2号16，支撑杆9是为了固定谐振发生室6结构的。电源装置14和谐振频率控制中心13分别安装在谐振发生室6的两侧，电源装置14和谐振频率控制中心13均分别连接激励谐振台1号15和激励谐振台2号16，每个谐振钻头11均连接一个传动杆10，其中两个传动杆10安装在激励谐振台1号15下端，另两个传动杆10安装在激励谐振台2号16下端；本发明提前向谐振频率控制中心13输入地层各层段岩石种类和谐振频率，当谐振频率接近岩石固有频率时，更易破碎岩石；在钻进过程中遇到各种地层，谐振频率控制中心13改变激励谐振台1号15和激励谐振台2号16频率，可以保证各个层段都可以发生谐振。

出水管12在谐振发生室6中间位置，出水管12穿过连接装置1号5、连接装置2号7和谐振发生室6将主体钻头8与钻杆4相连，四个谐振钻头11分别安装在谐振发生室6内部底端，通过连接装置2号7、到达主体钻头8底端位置。

四个谐振钻头11共同作用，会使钻头下方的岩石有一个区域性的谐振，除了钻头与岩石接触面会发生破碎，周围的一小块区域范围也在影响范围内，出现谐振，发生破碎。所以它有一个较为广的覆盖范围。这个范围下的岩石都出现了裂缝，裂缝整体呈现一个立体区域式裂缝。当裂缝的数量以及密度较多时，对机械破岩的效果更好。

电缆孔3设置在钻杆4内壁，电缆2置于电缆孔3内部，电缆2下端通过连接装置1号5与电源装置14相连，转盘1带动整个发明装置进行旋转，电缆2通过电缆孔3穿过钻杆4和连接装置1号5为电源装置14供电。

上述区域谐振式钻井装置的钻井方法：通过四个谐振钻头11同时工作，在主体钻头8的底端组成一个中心谐振区域，向谐振频率控制中心13输入地层各层段岩石种类和谐振频率，钻井时，通过谐振频率控制中心13将岩石固有频率的信号传递给激励谐振台1号15和激励谐振台2号16，激励谐振台1号15和激励谐振台2号16输出相同的频率给四个谐振钻头11，四个谐振钻头11谐振冲击地层，岩石出现裂缝，紧接着主体钻头8旋转钻进一定深度，然后主体钻头8停止钻进，再由四个谐振钻头11重新造缝，循环往复，四个谐振钻头11与主体钻头8交替工作，不断钻进。

Claims (2)

1.一种区域谐振式钻井装置，其特征是：这种区域谐振式钻井装置包括转盘（1）、钻杆（4），谐振发生室（6）、主体钻头（8）、四个谐振钻头（11）、出水管（12），电源装置（14），谐振频率控制中心（13），转盘（1）安装在钻杆（4）顶端，电缆孔（3）设置在钻杆（4）内壁，钻杆（4）下端通过连接装置1号（5）连接谐振发生室（6），谐振发生室（6）下端通过连接装置2号（7）连接主体钻头（8），主体钻头（8）的中心为出水管（12），四个谐振钻头（11）分布在出水管（12）周围并祼露在主体钻头（8）底端；两个支撑杆（9）安装在谐振发生室（6）的底板上，支撑杆（9）上端分别安装激励谐振台1号（15）和激励谐振台2号（16），电源装置（14）和谐振频率控制中心（13）分别安装在谐振发生室（6）的两侧，电源装置（14）和谐振频率控制中心（13）均分别连接激励谐振台1号（15）和激励谐振台2号（16），每个谐振钻头（11）均连接一个传动杆（10），每个传动杆（10）均连接至谐振发生室（6）底端，出水管（12）将主体钻头（8）与钻杆（4）相连；电缆（2）置于电缆孔（3）内部，电缆（2）下端通过连接装置1号（5）与电源装置（14）相连。

2.一种利用权利要求1所述的区域谐振式钻井装置的钻井方法，其特征是：通过四个谐振钻头（11）同时工作，在主体钻头（8）的底端组成一个中心谐振区域，向谐振频率控制中心（13）输入地层各层段岩石种类和谐振频率，钻井时，通过谐振频率控制中心（13）将岩石固有频率的信号传递给激励谐振台1号（15）和激励谐振台2号（16），激励谐振台1号（15）和激励谐振台2号（16）输出相同的频率给四个谐振钻头（11），四个谐振钻头（11）谐振冲击地层，岩石出现裂缝，紧接着主体钻头（8）旋转钻进一定深度，然后主体钻头（8）停止钻进，再由四个谐振钻头（11）重新造缝，循环往复，四个谐振钻头（11）与主体钻头（8）交替工作，不断钻进。

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