CN115788284A - 一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于井下电缆供电的电动钻具高压电脉冲‑机械复合破岩钻井方法。所述钻井方法的系统组成为：地面电源及控制设备、绞车、电缆、去离子泵及其泥浆净化装置、钢丝绳、泥浆高压管线、井架、水龙头、信号接收装置、强力水泵、水龙带、井下涡轮发电机、功率放大及电脉冲发生装置、动力控制及信号收集装置、驱动机构、中间连接结构以及复合钻头等。所述钻井破岩方法将传统的电动钻井和高压电脉冲钻井破岩方法(包括电脉冲破岩和液电破岩)结合起来，能够实现复杂地层环境下钻直井和钻定向井(包括水平井)的需求，并且使钻井受井深限制较小；将高压电脉冲发生器置于井下的钻具组合中，提高了能量转换的效率，结合电缆进行井下供电和数据传输为井下作业的智能化和自动化创造了条件；同时所述钻井方法还具有破岩效率高、井壁质量好、深井钻进成本低等优点。

Description

一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法

技术领域

本发明涉及一种用于油气藏钻采开发过程中的一种高效破岩方法，特别指一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法。

背景技术

伴随着油气开采的逐年递增，石油钻探技术在油气藏的开采过程中不断优化改进，油气钻井正逐步向复杂结构井、超深井、超大位移井发展。目前，常规传统钻井设备多处受限，深层钻井难度不断加大，高效破岩钻井技术急需突破。传统机械钻井动力源主要来自于地面，伴随着钻井深度的加深，钻井设备的动力从地表长距离地传输到井底的过程中，衰减逐步增加，同时井底地质导向信号传输效率低，质量差，无线传输限制了很多井下电动设备的应用，阻碍了井下工程的智能化和自动化发展。目前，钻井工业急需一种不受钻进深度影响或受影响很小且破岩效率高的钻井方法。

目前较为前沿的岩石破碎方法主要分为两类，一类是利用机械能对岩石进行破碎，包括弹射冲击波、超声波、高压水射流等方法；另一类是利用热能对岩石进行破碎，包括脉冲电子束、表面热射流、红外照射和激光等方法。其中，超声波破岩局限性较大，针对于脆性的岩石具有较好的破碎效果，激光钻井破岩受激光的功率限制，目前尚不能用于实际钻井；高压水射流，脉冲电子束，红外照射等方法仍处于试验阶段，对于其破岩的可行性仍有待验证。

高压脉冲放电破岩是近几十年来新崛起的钻井破岩技术，与以往的岩石破碎技术不同的是，该技术是利用脉冲放电产生的冲击波、射流、离子通道的力学效应对岩石进行破碎。这种方法已经被多个国家证实其可行性，具有破岩效率高，钻进成本低等优点，在深层油气开发中具有很大的潜力，是一种接近工业化的破岩方式。按照脉冲放电的所处位置不同，可以分为两类：电脉冲破岩和液电破岩。当电压在极短时间内上升(小于500ns)，此时岩石的击穿场强小于液体介质的击穿场强，电极与岩石相接触，在岩石内部产生离子通道，高压脉冲电源的能量释放到离子通道内部，对其做功，使离子通道受热膨胀，产生冲击波，通常能达到10⁹～10¹⁰Pa,当冲击波产生的应力大于岩石自身的抗拉强度后，岩石即被破碎，该种形式称为电脉冲破岩。当放电产生的离子通道在液体介质中时，会在液体介质中产生冲击波和气泡，气泡溃灭时也会产生一部分冲击波，二者同时作用与岩石，当冲击波超过岩石自身抗拉强度后，岩石就发生破碎，该种方式称为液电破岩。

电动钻井技术属于早期钻井技术之一，但由于当时的设备和技术条件限制，导致电动钻具在钻井时出现了很多难以攻克的问题(例如电缆接头阻抗低、电流系统易故障、钻深井时电能沿电缆损失高、维护成本高等)，逐渐被搁置。但近年来，先进技术的革新，钻井工业的智能化和自动化发展趋势，让不少国家又对电动钻具产生了浓厚兴趣，其中，中国石油集团工程技术研究院有限公司研制的高速大容量信息传输钻杆(简称信息钻杆)利用有缆钻杆结合高频磁耦合原理传输井下数据，双向通讯速率高达100kbps。电动钻具所具有的电缆信息输送系统不仅能突破现有钻井设备发展瓶颈，而且为发展自动化钻井、远程控制钻井、改进水平钻井能力与效率创造了条件。例如推动多方位连续测井、有线遥测、井底摄像、井底录井、磁导向技术发展等。与此同时，结合电动钻井的传统机械旋转钻进辅助钻井也能很好的保证井壁的质量，为钻更深层井提供一定保障。

发明内容

为推动以上钻井工作期望的实现，本发明提供了一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法，该方法将电动钻井破岩和高压电脉冲破岩钻井方式(包括电脉冲破岩和液电破岩)相结合，方便电缆下放和井底信息传输；将传统机械旋转破岩和高压电脉冲破岩相结合，大大提高了破岩效率和井壁质量；电动钻具组合和电极钻头相结合置于井下，配合电动钻具组合中的导向工具使该装置适合钻各种形式的井(直井、定向井等)，更加有利于各种场合的钻井作业；电动钻具和电脉冲发生装置一起封装置于井下，通过所述井底涡轮发电机(12)进行发电，实现了井底供电的功能，而且电缆下放方便、电能沿电缆损耗小，很好地满足了井下实时测量数据与地面控制系统间的双向高速传输；在钻井过程中的地层水和携带岩屑的钻井液都为电脉冲破岩的发生提供了良好条件；本发明涉及的钻井破岩方法还具有地面直接控制井底电动设备方便可靠、电缆传输数据准确快捷、传输信息量大等特点，有利于降低地面设备耐压等级和抗扭要求，可为钻井工业带来革命性发展。

为了实现上述钻井技术，本发明采用了一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩方法的技术方案。所述的一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法其主要钻井系统构成为：地面电源及控制设备、绞车、电缆、去离子泵及其泥浆净化装置、钢丝绳、泥浆高压管线、井架、水龙头、信号接收装置、强力水泵、水龙带、井下涡轮发电机、功率放大及电脉冲发生装置、动力控制及信号收集装置、驱动机构、中间连接结构以及复合钻头等；地面电源及控制设备的主要功能是为钻井系统地面控制设备、绞车、去离子泵和强力水泵等提供电源，并控制在超深井中井下电子设备的运行，同时控制自动送钻和井底电脉冲发生装置的脉冲频率，其脉冲频率可调范围大致为5～30Hz，进而间接控制单次高压短脉冲放电释放的能量；绞车的作用主要是在钻井过程中下放钻具管套等，同时送进钻具控制钻井时的钻压；电缆主要功能为输送电能和传递信号；去离子泵及其泥浆净化装置为钻井过程中提供去离子钻井液并参与循环钻井液携带出岩屑；钢丝绳主要配合绞车进行重物起吊和下放钻具等；泥浆高压管线主要排放参杂着岩屑和地层水的钻井液；井架主要用于安放吊环、吊卡等工具；水龙头在钻井过程中的主要作用是悬挂钻杆柱承受钻具重量并向转动着的钻柱内引输高压钻井液；信号接收装置负责接收由井底输送的电信号等；强力水泵能够增大钻井液的压强和流量，保障井下涡轮发电机的正常工作；水龙带主要负责输送钻井液；井下涡轮发电机通过高压钻井液将钻井液的动能转化为涡轮的机械能，进而转化为电能供井底钻具组合使用；功率放大及电脉冲发生装置的作用是产生破碎岩石的瞬时高电压，工作时电压可达80-200kV，单次高压短脉冲释放能量最高可达400J；动力控制及信号收集装置通过电缆导电连接驱动机构以便控制驱动机构运动同时保障电脉冲发生装置的稳定运行和井底电子元件所测量信息的顺利收集；驱动机构工作时与复合钻头相连接，驱动机构中的电动机通过中间连接结构直接带动复合钻头的外圈旋转，为复合钻头提供钻进机械能；中间连接结构在钻井过程中连接复合钻头的外圈机械钻齿和驱动机构，避免旋转的外圈机械钻齿和内圈电极钻头间的互相影响；复合钻头由外圈机械钻齿和内圈电极钻头组成，用于破碎岩石，使井眼不断沿着预定轨道向地层深处延伸；复合钻头包括内圈和外圈，外圈机械钻齿用于机械钻进和保护井壁，内圈为由高压电极和接地电极组成的电极钻头；复合钻头的外圈机械钻齿利用旋转产生的剪切作用破碎岩石，内圈的电极钻头配合功率放大及电脉冲发生装置、动力控制及信号收集装置、驱动机构及中间连接结构产生的瞬时电脉冲破碎岩石；该方法吸收了传统机械旋转破岩钻井的优点，利用通电电动机通过转盘连接钻头外圈钻齿做机械旋转运动进行破岩，同时利用基于电动钻具的井底信息输送系统搭配独立的井底发电机与电脉冲破岩技术相结合，极大地减少了能量从地表输送到井底的沿途损失，同时能为井下更多智能原件工作创造条件，是推动井下作业智能化和自动化的必经之路。

对于发明中所提及的基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法，其在钻井工作中具备两种工作形式，即电脉冲破岩和液电破岩；当发生电脉冲破岩时，离子通道在岩石内部形成，能量释放到离子通道中使其受热膨胀，产生应力波对岩石进行破坏；当离子通道在液体介质中形成时就发生液电破岩，此时离子通道受热膨胀产生的应力波对岩石产生的是一个预破碎效果，紧接着钻头外圈钻齿的机械旋转运动产生剪切作用进一步破岩，不断暴露出新的岩石。

整个钻井系统搭载由电动钻井的供电系统改良得到的信息输送系统，由独立的井下涡轮发电机进行供电；对于动力钻具组合在传统的充油式潜水电机上存在的有害励磁效应，新型动力钻具搭配永磁电机越来越受人青睐，其不会产生过大的启动电流的特性，很大程度上保障了电缆输送供电的安全性、可靠性和足够的使用寿命；该钻井方法在搭载由电动钻井的供电系统改良得到的信息输送系统，由独立的井下涡轮发电机进行供电，能够为井下各类电子元器件提供稳定的电源，能够实现多种功能；尤其是在搭载了导向工具后，整个钻井系统能够对各种类型的井进行有效的钻探，包括水平井、定向井等，且钻探井眼轨迹精度大大提高；与此同时该种供电系统基于电缆送电，在每个钻杆接头处加装上磁耦合线圈配合电缆可以实现地面与井下数据的双向高速传输，打破了传统泥浆脉冲信号遥测系统的局限性，给与了钻井智能化和自动化更加广阔的发展空间，例如井下有线遥测、井下录像和磁导向技术等都大有可为。

相比于现有的钻井技术，本发明所涉及的钻井方法具有以下优点：

1)电动钻井技术与高压电脉冲技术相结合，破岩效率更高，井壁质量更好，破岩效率能提高大致3-4倍。

2)将电极钻头组合与井下动力钻具一起封装下放，电缆下放方便，能量损失小。

3)搭载由电动钻井的供电系统改良得到的信息输送系统，由独立的井下涡轮发电机进行供电，大幅提高井下作业的精确性，能够通过多种井下电气设备使钻井导向更加灵活，适用于钻各种类型的井，让井眼轨迹更加接近理想井眼轨道。

4)电缆导电连接井底动力钻具，保障能量的稳定输送，使钻井作业受钻进深度影响较小。

5)地面与井下的数据通过电缆双向传输，输送速度快，质量好，不同于泥浆脉冲信号遥测系统受地层环境干扰影响较大，在井下作业的智能化和自动化发展方向具有巨大潜力。

附图说明

图1为基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法钻直井示意图；

图2为不同介质击穿场强与电压上升沿的时间关系图；

图3为电极钻头工作原理图；

图4为基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法的钻杆接头数据传输示意图；

图5为磁耦合线圈副结构示意图；

图6为钻井信息循环示意图；

图7为钻头复合破岩示意图；

图1中标记：1、地面电源及控制设备；2、绞车；3、电缆；4、去离子泵及其泥浆净化装置；5、钢丝绳；6、泥浆高压管线；7、井架；8、水龙头；9、信号接收装置；10、强力水泵；11、水龙带；12、井下涡轮发电机；13、功率放大及电脉冲发生装置；14、动力控制及信号收集装置；15、驱动机构；16、中间连接结构；17、复合钻头；

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案和优点，下面将结合本发明钻井方法的附图对该实施例进行清楚、详细地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一种实施例形式，而不是全部。有关本发明领域的其他实施例在没有创造性劳动成果的前提下，都属于本发明的保护范围。

下面结合附图对本发明，一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法，进行实施例的详细的描述。

本发明所提出的一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法如图1所示，图1为所述钻井破岩方法钻直井的示意图。所述钻井系统包括：地面电源及控制设备(1)、绞车(2)、电缆(3)、去离子泵及其泥浆净化装置(4)、钢丝绳(5)、泥浆高压管线(6)、井架(7)、水龙头(8)、信号接收装置(9)、强力水泵(10)、水龙带(11)、井下涡轮发电机(12)、功率放大及电脉冲发生装置(13)、动力控制及信号收集装置(14)、驱动机构(15)、中间连接结构(16)和复合钻头(17)；所述地面电源及控制设备(1)为钻井系统地面上的去离子泵及强力水泵等提供电源并控制自动送钻和井下电极的高压脉冲频次，同时保证井底电动设备正常运行，脉冲频率可调范围大致为5-30Hz；所述绞车(2)在钻井过程中下放钻具管套、控制送进钻具和钻井时的钻压；所述电缆(3)主要负责地面各个部分导电连接；所述去离子泵及其泥浆净化装置(4)为钻井过程中提供去离子钻井液、循环钻井液携带出岩屑；所述钢丝绳(5)配合所述绞车(2)起吊重物、下放钻具等；所述泥浆高压管线(6)参与钻井液循环、排放参杂岩屑的钻井液；所述井架(7)用于安放吊环、吊卡等工具；所述水龙头(8)在钻井过程中悬挂钻杆柱承受钻具重量并向转动着的钻柱内引输高压钻井液；所信号接收装置(9)实时接收由井底探测仪器通过电缆传输到地面的信号；所述强力水泵(10)将钻井液高速注入钻杆增大钻井液的流量和压强，保障所述井下涡轮发电机(12)的正常工作；所述水龙带(11)确保去离子钻井液注入钻柱；所述井下涡轮发电机(12)为井下的钻具组合等提供电源，保证井下各部分正常工作；所述功率放大及电脉冲发生装置(13)的作用是产生破碎岩石的瞬时高电压，工作时电压可达80-200kV；所述动力控制及信号收集装置(14)通过电缆导电连接所述驱动机构(15)以便在控制所述驱动机构(15)运动的同时保障所述功率放大及电脉冲发生装置(13)的稳定运行和井底电子原件所测量信息的顺利收集；所述驱动机构(15)工作时与所述复合钻头(17)相连接，所述驱动机构(15)中的电动机通过所述中间连接结构(16)直接带动所述复合钻头(17)的外圈旋转，为复合钻头提供钻进机械能；所述中间连接结构16在钻井过程中连接所述复合钻头(17)的外圈机械钻齿和所述驱动机构(15)，避免旋转的外圈机械钻齿和内圈电极钻头间的互相影响；所述复合钻头(17)由外圈机械钻齿和内圈电极钻头组成，用于破碎岩石，使井眼不断沿着预定轨道向地层深处延伸；所述复合钻头(17)包括内圈和外圈，外圈机械钻齿用于机械钻进和保护井壁，内圈为由高压电极和接地电极组成的电极钻头；所述复合钻头(17)的外圈机械钻齿利用旋转产生的剪切作用破碎岩石，内圈的电极钻头配合所述功率放大及电脉冲发生装置(13)、所述动力控制及信号收集装置(14)、所述驱动机构(15)及所述中间连接结构(16)产生的瞬时电脉冲破碎岩石。

在基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩方法中，钻井系统所搭载的电脉冲破岩技术主要由所述地面电源及控制设备(1)控制所述去离子泵及其泥浆净化装置和所述强力水泵(10)将钻井液注入到钻柱内，通过所述井下涡轮发电机(12)将钻井液的动能转化为涡轮的机械能，进而转化为电能通过电缆输送到所述功率放大及电脉冲发生装置(13)；钻井液再经过所述复合钻头(17)的出水孔流出与井壁、所述去离子泵及其泥浆净化装置(4)、所述泥浆高压管线(6)、所述水龙头(8)、所述强力水泵(10)、所述水龙带(11)和钻柱形成完整的钻井液循环系统；所述功率放大及电脉冲发生装置(13)产生瞬时的高压经过所述中间连接结构(16)与所述复合钻头(17)的高压电极和低压电极导电连接，高压电极和低压电极与岩石表面相接触，通电之后会产生离子通道，此时电能释放到离子通道对其做功使其受热膨胀，产生应力波从而破碎岩石；图3所示为高压电脉冲破碎岩石的两种方式，在图3的a图中两电极通过液体介质联接，电压使液体介质发生电击穿，岩石的破碎主要通过液体介质的电击穿后产生的冲击波；这种破岩方式被称为液电破岩，岩石的破碎主要受其抗压强度的影响当应力波的强度超过岩石自身的抗拉强度，岩石就被破坏；图3所示的b图中，两电极通过岩石和液体介质联接，在一定条件下，电压使岩石发生电击穿，释放到离子通道中的能量对其做功使其受热膨胀(温度可达10⁴K)，产生的应力波可达10¹⁰Pa，远超岩石自身抗拉强度，足以破碎岩石。这种破岩方式被称为电脉冲破岩，岩石的破碎主要受其抗拉强度的影响；图2所示为在水的电导率在600μS/cm以下时，水、岩石和空气的击穿场强与高压电脉冲上升沿的时间关系；从图中可以看出，在电压上升沿的时间小于500ns的脉冲电压的作用下，岩石击穿场强小于水，岩石会被脉冲电压电击穿，这时两电极间产生的击穿通道发生在岩石内部，击穿后产生的作用力直接作用于岩石内部，将岩石破碎；在电脉冲放电破碎岩石后，机械钻齿紧随其后进行机械旋转辅助运动，进一步破碎岩石，不断展露出新的岩石并向更深地层钻进。

本发明所述的钻井方法采取的是基于电动钻具的供电系统改进得到的信息传输系统，该系统的简要示意图如图6所示；其主要的结构可采用同轴柔性双芯铠装电缆进行信息输送，在每根钻杆接头处搭配磁耦合线圈接头，使数据传输更加快捷、可靠；有缆钻杆水眼内的同轴电缆和钻杆两端的磁耦合线圈在接头处相连；高频磁耦合有缆钻杆首尾相连组成地面与井下的信息通道；同轴电缆降低了高频信号损耗，有缆钻杆相连形成的磁耦合线圈副实现了高频信号在钻杆间的无线感应传输；如图4所示为基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法的钻杆接头供电与数据传输示意图，电流信号由所述地面电源及控制设备1经电缆输送到井底，在输送过程中局部如图4所示，电信号经电缆通过连接到磁耦合线圈，信号通过接头处的无线输送继续传递到井底电子元件等，由井底电子原件收集测量反馈信号再沿电缆向地面输送；通过重复这样的有缆钻杆单元就形成了地面与井下的信号通道，一些信号在从井底输送到地面时由于输送距离较长会存在一定的衰减，在信号衰减到一定程度时接入中继器完成信号接力放大(即在钻杆单元中选择适当的距离等距分布中继器)；具体磁耦合线圈副结构如图5所示，其结构亦类似于可分离的高频变压器。高频磁耦合有缆钻杆利用磁耦合原理实现了有缆钻具之间的无线通讯，并且不影响正常的钻井接单根工艺。

就所述的基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法而言，其在井下供电和数据传输方面的潜力是毋庸置疑的。有线遥测技术替代传统的泥浆脉冲信号遥测系统，使钻井过程中产生的数据更加精确，传递更加快捷；同时其井下涡轮发电机供电为更多井下电子元器件正常工作提供了良好的条件，加快了井下作业智能化、自动化的步伐；值得一提的是，这样一种将传统机械破岩技术与电脉冲技术相结合的破岩方法，在岩石破碎的的效率上有着明显的提高，尤其是其电脉冲破岩部分的贡献，发生电脉冲破岩时，破碎岩石的主动力为高压电脉冲在岩石内部产生的瞬时高温与应力波；发生液电破岩时，液电破岩产生的液体应力波对岩石起到预破碎的作用；结合传统的机械破岩，具体如图7所示，在电脉冲破岩发生后(图7中a)，钻头外圈的钻齿通过机械旋转运动产生剪切作用进一步对岩石进行辅助破碎，能保证岩屑尽快运出井底(图7中b)；在钻齿的机械旋转运动过程中，其上的保径及规整齿能够确保井径的大小和井壁的质量，为整个钻井系统的正常工作提供了有力的保障。

Claims (6)

1.一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法，其特征在于，所述高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法的钻井系统包括：地面电源及控制设备(1)、绞车(2)、电缆(3)、去离子泵及其泥浆净化装置(4)、钢丝绳(5)、泥浆高压管线(6)、井架(7)、水龙头(8)、信号接收装置(9)、强力水泵(10)、水龙带(11)、井下涡轮发电机(12)、功率放大及电脉冲发生装置(13)、动力控制及信号收集装置(14)、驱动机构(15)、中间连接结构(16)和复合钻头(17)；所述地面电源及控制设备(1)为钻井系统地面上的去离子泵及强力水泵等提供电源并控制自动送钻和井下电极的高压脉冲频次，同时保证井底电动设备正常运行，脉冲频率可调范围大致为5-30Hz；所述绞车(2)在钻井过程中下放钻具管套、控制送进钻具和钻井时的钻压等；所述电缆(3)主要负责地面各个部分导电连接；所述去离子泵及其泥浆净化装置(4)为钻井过程中提供去离子钻井液、循环钻井液携带出岩屑；所述钢丝绳(5)配合所述绞车2起吊重物、下放钻具等；所述泥浆高压管线(6)参与钻井液循环、排放参杂岩屑的钻井液；所述井架(7)用于安放吊环、吊卡等工具；所述水龙头(8)在钻井过程中悬挂钻杆柱承受钻具重量并向转动着的钻柱内引输高压钻井液；所信号接收装置(9)实时接收由井底探测电子元件通过电缆传输到地面的信号；所述强力水泵(10)将钻井液高速注入钻杆增大钻井液的流量和压强，保障所述井下涡轮发电机(12)的正常工作；所述水龙带(11)确保去离子钻井液注入钻柱；所述井下涡轮发电机(12)为井下的钻具组合等提供电源，保证井下各部分正常工作；所述功率放大及电脉冲发生装置(13)的作用是产生破碎岩石的瞬时高电压，工作时电压可达80-200kV；所述动力控制及信号收集装置(14)通过电缆导电连接所述驱动机构(15)以便在控制所述驱动机构(15)运动的同时保障所述功率放大及电脉冲发生装置(13)的稳定运行和井底电子原件所测量信息的顺利收集；所述驱动机构(15)工作时与所述复合钻头(17)相连接，所述驱动机构(15)中的电动机通过所述中间连接结构(16)直接带动所述复合钻头(17)的外圈旋转，为复合钻头提供钻进机械能；所述中间连接结构(16)在钻井过程中连接所述复合钻头(17)的外圈机械钻齿和所述驱动机构(15)，避免旋转的外圈机械钻齿和内圈电极钻头间的互相影响；所述复合钻头(17)由外圈机械钻齿和内圈电极钻头组成，用于破碎岩石，使井眼不断沿着预定轨道向地层深处延伸；所述复合钻头(17)包括内圈和外圈，外圈机械钻齿用于机械钻进和保护井壁，内圈为由高压电极和接地电极组成的电极钻头；所述复合钻头(17)的外圈机械钻齿利用旋转产生的剪切作用破碎岩石，内圈的电极钻头配合所述功率放大及电脉冲发生装置(13)、所述动力控制及信号收集装置(14)、所述驱动机构(15)及所述中间连接结构(16)产生的瞬时电脉冲破碎岩石；所述钻井破岩方法继承了传统的机械破岩的工艺，也结合了新型破岩技术：使用井下电动钻具实现钻头旋转破岩的动作，结合电脉冲离子通道膨胀爆炸从而极大提高了破岩效率，同时利用钻井液循环达成了岩屑的上排和平衡地层压力的目的。

2.根据权利要求1所述的一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法，其特征在于，钻井系统主要包含电脉冲破岩和液电破岩两种工作模式；采用液电破岩时，液体被击穿产生的应力波对岩石起到一个预破碎的作用；而采用电脉冲破岩时，起主要作用的是高压电在岩石内部形成离子通道爆炸产生的瞬时高温和应力波；所述驱动机构(15)中的电动机驱动所述复合钻头(17)的外圈作机械旋转运动产生剪切作用破碎岩石，配合内圈的电极钻头进行电脉冲破岩，不断暴露出新的岩石，提高了岩石破碎的效率和质量，保证了破碎的岩屑能够快速转运出井底；复合钻头外圈的钻齿(保径及规整齿)进行机械旋转钻进保证了井径的大小和井壁的质量。

3.根据权利要求1所述的一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法，其特征在于，该钻井系统的液体循环主要由所述去离子泵及其泥浆净化装置(4)、所述泥浆高压管线(6)、所述水龙头(8)、所述强力水泵(10)、所述水龙带(11)、钻柱以及井壁组成；钻井液由所述去离子泵及其泥浆净化装置(4)经过所述水龙带(11)进入所述水龙头(8)，所述地面电源及控制设备(1)为所述强力水泵(10)供能使所述强力水泵(10)将钻井液注入到钻柱内，通过所述复合钻头(17)流出后进入所钻出的井壁，最后经所述泥浆高压管线(6)回到所述去离子泵及其泥浆净化装置(4)，完成整个钻井装置的液体循环。

4.根据权利要求1所述的一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法，其特征在于，在钻井过程中能够实现信息的高速传输；该钻井系统的信息传输系统主要由所述地面电源及控制设备(1)、所述信号接收装置(9)及所述动力控制及信号收集装置(14)组成；井底电能由所述井下涡轮发电机(12)提供，在井下的电子元件测量各种数据后将数据以电信号的形式反馈到所述动力控制及信号收集装置(14)，再经过钻杆中的内部电缆向地面输送；数据经所述信号接收装置(9)接收完成后由所述地面电源及控制设备(1)中的CPU中枢进行数据分析整合，从而完成数据的采集、传输和分析任务。

5.根据权利要求1所述的一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法，能够适用于多种场合，钻不同类型的井，在钻直井时，主要利用所述复合钻头(17)的机械旋转运动校正钻进方向，防止井眼歪斜；在钻定向井时，所述动力控制及信号收集装置(14)配合所述驱动机构(15)中的导向工具控制井眼轨迹方向；在地面通过所述强力水泵(10)为所述井下涡轮发电机(12)提供高压钻井液进行井下发电，供井底钻具组合使用，使得该破岩钻井方法受钻进深度影响较小；所述井下涡轮发电机(12)为井底提供能量使井底具备多种电子元件工作的条件，能够实现钻进过程中包括对井斜方位等参数的实时测量记录。

6.根据权利要求1所述的一种基于电动钻具的高压电脉冲-机械复合破岩钻井方法，其特征在于，所述破岩钻井方法包括地面部分和井下部分，所述地面电源及控制设备(1)置于地面上，控制所述绞车(2)通过所述钢丝绳(5)进行重物起吊、下放钻具等；所述井下涡轮发电机(12)、所述功率放大及电脉冲发生装置(13)置于井下，所述动力控制及信号收集装置(14)、所述驱动机构(15)、所述中间连接结构(16)和复合钻头(17)一起封装与下部的钻具组合中。

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