CN202596572U - 钻井杆及脉冲等离子体钻机系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种钻井杆及脉冲等离子体钻机系统。其中，钻井杆包括至少一个钻井杆单元，每个钻井杆单元包括至少两个开合式支撑环和连接杆，相邻两个支撑环通过连接杆固定连接；各钻井杆单元依次连接，且相邻两个钻井杆单元的相邻的两个支撑环固定连接。本实用新型钻机系统包括含有上述钻井杆的钻井机构、高压脉冲电源、高压低波阻抗同轴水电缆、水循环装置和用于向岩石放电的钻头电极，能够使钻头电极始终与岩石接触并保持竖直向下钻井，同时避免了传统等离子体钻机在深度钻井时出现的水管和缆线塌陷等问题，且通过增减钻井杆单元个数来调节钻井杆长度，可实现不同深度的钻井。

Description

钻井杆及脉冲等离子体钻机系统

技术领域

本实用新型属于油气勘探开发技术领域，具体涉及到一种用于岩石破碎从而实现钻井的脉冲等离子体钻机系统。

背景技术

随着全球油气需求的快速增长和陆上油气资源危机问题的日渐突出，海洋油气资源的勘探和开发变得至关重要。研制先进的钻井设备开发我国海洋领域巨大宝贵资源，是我国油气战略的迫切要求。

传统的钻井方法有机械钻孔法和常规爆破法。机械钻孔法利用钻具对岩石的冲击和剪切作用产生应力破坏，该方法有结构简单，操作方便，破碎岩石速度快等优点，但是在对硬岩破碎时钻具易磨损，能耗高。爆破法是利用物质发生化学反应释放出的化学能造成岩石的破碎，具有爆破速度快，操作简单等优点，但是存在破碎扰动大，有害化学物质产生，孔型不规整等缺点。

一些新兴的岩石钻井方法不断地开发出来。超声波法是利用高频率低振幅往复振动的钻具引起岩石的破碎，该方法只对脆性的岩石才有效。电子束破法是利用高能电子束的热作用达到岩石破碎的目的，但高能电子束加速器价格昂贵，使用不是很方便。空化水射流法是利用气泡溃灭产生的冲击力和高压水头的冲击力破碎岩石，具有安全、清洁和高效等特点，但对喷嘴的要求和设备的工艺要求较高。

利用脉冲等离子体实现快速岩石快速钻井是近年来开发的一种技术。在百纳秒上升沿的高压短脉冲作用下，岩石的电击穿场强小于水和变压器油的电击穿场强。以水或变压器油为绝缘介质，在岩石的表面放置一对或多对高接地电极，在加载高压脉冲后，可以实现岩石的有效击穿。目前俄罗斯、欧共体、日本和美国等国家和地区都对该技术进行了研究和开发。2007年3月成立的Badger Plasma Technology 是一家专门开发和经营脉冲等离子体钻井技术的公司。现有已开发出的脉冲等离子体钻井技术中，钻机结构可钻性差，不能够实现深度的钻井。以MacGregor等的美国专利文献US2005/0140688A1为例，钻机的进水管和出水管固定在钻头电极上，利用钻头电极连接件将钻头电极和高压脉冲传输线连接在一起并利用钻头电极连接件的重力使钻头电极与岩石保持接触。该类装置无钻头电极的进钻校正装置，仅靠钻头电极连接件的重力并不能保证钻头电极能够竖直下钻，在有外界扰动的情况下，钻头电极可能会偏离竖直方向，一旦出现这种情况，钻头电极将出现“卡死”的情况而不能正常工作。由于进水管和出水管没有支撑结构，当钻井到达一定深度时，水管因重力作用而坍塌，钻机不能够持续地工作。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种利用高压脉冲放电破碎岩石实现快速钻井的钻井杆和脉冲等离子体钻机系统。

为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案如下：

本实用新型钻井杆包括至少一个钻井杆单元，每个钻井杆单元包括至少两个开合式支撑环和连接杆，所述支撑环设有电缆通孔、排水管通孔和连接杆通孔，通过贯穿相邻两个支撑环的对应连接杆通孔的所述连接杆而将相邻的两个支撑环固定连接在一起；各钻井杆单元依次连接，且相邻两个钻井杆单元的相邻的两个支撑环固定连接。

本实用新型脉冲等离子体钻机系统包括钻井机构、高压脉冲电源、高压低波阻抗同轴水电缆、水循环装置和用于向岩石放电的钻头电极；所述钻头电极包括高压电极和接地电极；所述高压低波阻抗同轴水电缆由内向外依次包含有同轴设置的进水管、中心导体、绝缘介质、外层导体和护套；所述高压脉冲电源的高压输出端子与高压低波阻抗同轴水电缆的中心导体的输入端电连接，高压脉冲电源的低压输出端子与高压低波阻抗同轴水电缆的外层导体的输入端电连接；所述水循环装置包括能够获得去离子水的水净化装置、储液槽、进水泵、出水泵和排水管，储液槽的进水口与水净化装置的出水口连通，储液槽的出水口与进水泵的进水口连通，进水泵的出水口与高压低波阻抗同轴水电缆的进水管的进水口连通，出水泵的进水口与排水管的出水口连通，出水泵的出水口与水净化装置的进水口连通；所述钻井机构包括机架、所述钻井杆、重力压盘、至少两个导向杆、上限位开关、下限位开关、第一定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮和绞车，第一定滑轮、第二定滑轮、第三定滑轮、导向杆、上限位开关和下限位开关固定于机架上；重力压盘设有使高压低波阻抗同轴水电缆和排水管通过的通孔，重力压盘置于所述钻井杆的顶部，绞车的缆绳的一端经由第三定滑轮后与重力压盘固定连接，导向杆穿过重力压盘；上限位开关和下限位开关用于限制重力压盘上、下运动的行程，重力压盘在自身重力作用下能够沿着导向杆向下滑移至下限位开关而停止，而利用绞车的缆绳可将重力压盘沿导向杆提升至上限位开关而停止，从而使得重力压盘在上限位开关和下限位开关之间作上下往复移动；所述高压低波阻抗同轴水电缆经由第一定滑轮后由上至下依次穿过重力压盘、钻井杆的各支撑环上所设置的电缆通孔，高压低波阻抗同轴水电缆的中心导体的输出端与高压电极电连接，高压低波阻抗同轴水电缆的外层导体的输出端与接地电极电连接；所述排水管经由第二定滑轮后由上至下依次穿过重力压盘、钻井杆的各支撑环上设置的排水管通孔，排水管的进水端与接地电极固定连接，高压电极与接地电极之间的空腔与排水管的进水口连通，钻井杆的底部与接地电极的上端部固定连接；所述进水管与高压电极与接地电极之间的空腔连通，且进水管中的去离子水能够流入到高压电极与接地电极之间的空腔内。

进一步地，本实用新型所述去离子水的电导率小于等于100μS/cm。

进一步地，本实用新型所述高压脉冲电源输出的峰值电压为30～100kV，脉冲的上升前沿小于100ns，脉冲的宽度小于5μs，脉冲频率10～300Hz，单次脉冲能量为10~300J。

与现有技术相比，本实用新型有益的效果是：

（1）通过使用刚性的钻井杆，将高压低波阻抗同轴水电缆和进水管固定其中，避免了传统等离子体钻机在深度钻井时会出现的水管和缆线塌陷等问题。

（2）通过改变串联的钻井杆单元的个数来调节钻井杆的长度，可以实现不同深度的钻井。由于钻进杆单元中的支撑环是可开合的结构，从而整个钻井杆单元亦为可开合的结构，由此，当需要增加钻井杆单元的个数时，只要打开钻井杆单元，将缆线和水管固定好后，合拢钻井杆单元，将新增加的钻井杆单元与原钻井杆单元固定在一起即可，这种方法结构简单，连接可靠，并且具有足够的机械强度。

（3）重力压盘沿导向杆下降，重力压盘将重力负荷通过钻井杆传递给钻头电极，使钻头电极保持竖直方向并且与岩石发生紧密的接触，大大提高了钻机的能量利用效率。

（4）通过采用组合脉冲形成网络作为等离子钻机系统的高压脉冲电源，可向负载输出高低压组合脉冲，实现电源阻抗同等离子体钻头的特性阻抗相匹配，能够显著提高钻机的能量利用效率，提高钻井速度。

（5）通过采用高压低波阻抗同轴水电缆作为等离子钻机系统的高压低波阻抗同轴水电缆，可以显著降低传输线的波阻抗，提高脉冲传输效率，电缆和进水管做成一个整体的结构，提高了缆线的柔度并使钻机的结构更为紧凑。

（6）本实用新型钻机系统采用了循环水装置，提高了去离子水的利用率。

附图说明

图1为脉冲等离子体钻机破碎岩石的原理图。

图2为本实用新型等离子体钻机系统的构成示意图。

图3为本实用新型等离子体钻机系统的高压电极的一种实施方式的结构示意图。

图4为图3的俯视图。

图5为图4 的A-A方向的剖视图。

图6为本实用新型等离子体钻机系统的接地电极的一种实施方式的立体结构示意图。

图7为图6所示的接地电极的俯视图。

图8为图7 的A-A方向的剖视图。

图9为本实用新型等离子体钻机系统的高压脉冲电源的一种实施方式的电路原理图。

图10为本实用新型等离子体钻机系统的高压低波阻抗同轴水电缆中心导体输出端子的立体结构示意图。

图11为图10的俯视图。

图12为图11的 A-A方向的剖视图。

图13为本实用新型等离子体钻机系统的高压低波阻抗同轴水电缆的外层导体输出端子的立体结构示意图。

图14为高压低波阻抗同轴水电缆的外层导体输出端子的俯视图。

图15为图14的 A-A方向的剖视图。

图16为高压低波阻抗同轴水电缆与钻头电极连接的结构示意图。

图17为图16的俯视图。

图18为图17 的A-A方向的剖视图沿逆时针方向旋转125o得到的视图。

图19为本实用新型等离子体钻机系统的钻井杆单元的一种实施方式的结构示意图。

图20为图19所示钻井杆单元打开状态下的示意图。

图21为两个图19所示钻井杆单元的连接结构示意图。

图22为图19所示钻井杆单元的支撑环闭合时的状态示意图。

图23为图19所示钻井杆单元的支撑环打开时的状态示意图。

图24为钻井杆、钻头电极和高压低波阻抗同轴水电缆的连接结构示意图。

图25为本实用新型等离子体钻机系统的重力压盘的结构图。

具体实施方式

以下结合图1说明脉冲等离子体破碎岩石的原理。如图1所示，将岩石1放置在去离子水2中，将高压电极3和接地电极4放置在岩石1的表面，并且高压电极3和接地电极4浸没在去离子水环境中。当在高压电极3和接地电极4之间施加高压脉冲后，高压电极3和接地电极4之间发生放电，引起岩石1的电击穿，并在岩石1中形成等离子体通道5，电路中后续能量注入到等离子体通道5中，并引起等离子体通道5膨胀。通道膨胀会对岩石1产生应力破坏，当超过岩石1的应力强度后，岩石1发生破碎。

参考图2，钻机系统主要由钻井机构9、高压脉冲电源10、高压低波阻抗同轴水电缆13、水循环装置7和钻头电极6组成。

钻头电极6是脉冲等离子钻机系统的放电机构，主要包括高压电极3和接地电极4。参考图3、图4和图5，高压电极3为柱状电极，内有空腔，高压低波阻抗同轴水电缆13的输出端固定于空腔41中，空腔42用于安装高压低波阻抗同轴水电缆13的进水管14的输出端。高压电极3的下端面上有十字形沟槽，进水管14中干净的去离子水经该沟槽流入到高压电极3和接地电极4之间的空腔62中，使高压电极3和接地电极4浸没在去离子水环境中。接地电极的结构参考图6、图7和图8，空腔44为排水管的安装位置，孔隙46为螺栓孔，用于连接接地电极4和钻井杆23，空腔45为安装高压低波阻抗同轴水电缆13的位置。

高压电极3和接地电极4的下端面与岩石1接触，并浸没在去离子水2中。

高压脉冲电源10为短脉冲的发生装置，优选的技术方案是采用高压组合脉冲电源。高压组合脉冲电源的具体结构可进一步参见中国专利（ZL 200920295616.0）。图9为本实用新型高压脉冲电源的一个实施例的电路原理图。初级脉冲电源P的高压输出端分别与二极管D₁的阳极和二极管D₂的阴极相连接，级脉冲电源P的低压输出端接地并且与二极管的D₂的阳极相连接，二极管D₁的阴极与初级脉冲电容C₁的高压端电连接，初级脉冲电容C₁的低压端与二极管D₂的阳极连接。初级脉冲电容C₁的高压端分别与开关S₁的阳极和二极管D₃的阴极电连接，二极管D₃的阳极与电感L的一端电连接，电感L的另一端与开关S₁的阴极电连接。开关S₁的阴极与变压器Tr的原边绕组的高压端电连接，变压器Tr的原边绕组的低压端与初级脉冲电容C₁的低压端电连接。变压器Tr的副边绕组的高压输出端与二极管D4的阳极电连接，变压器Tr的副边绕组的低压输出端与高压充电电容C₂的低压端电连接。二极管D₄的阴极与高压充电电容C₂的高压端和脉冲形成网络F的高压端电连接，脉冲形成网络F的低压端与高压充电电容C₂的低压端电连接。脉冲形成网络F的高压端与开关S₂的阳极电连接，开关S₂的阴极与高压脉冲电源的高压输出端子V_H电连接，组合高压脉冲电源的低压输出端子V_L与组合脉冲形成网络F的低压输出端电连接。

图9所示电路的工作原理是：初级充电电源P经二极管D₁ 和D₂整流后给初级脉冲电容C₁充电，当初级脉冲电容C₁充电完成后，开关S₁触发导通，初级脉冲电容C₁放电，在变压器Tr的副边会耦合出一个高压，经二极管D₄的整流后同时给高压充电电容C₂和脉冲形成网络F同时充电。二极管D₃和电感L是开关S₁的保护装置，这是因为开关S₁一般采用固体开关，二极管D₃和电感L并联在固体开关S₁的两端可以使固体开关S₁在反向电压的情况下不受冲击。当高压充电电容C₂充电过程完成后，开关S₂触发导通，产生高压脉冲输出。开关S₂的阴极与高压脉冲电源的高压输出端子V_H电连接，脉冲形成网络F的低压端与高压脉冲电源的低压输出端子V_H电连接。在岩石未击穿时，等离子钻头的特性阻抗很大，电源提供高电压小电流使岩石击穿；在岩石击穿后，等离子体钻头的特性阻抗很小，电源提供低压大电流对岩石的等离子通道加热进而实现岩石的破碎。该电源装置可以实现电源阻抗同等离子体钻头的特性阻抗相匹配，能够显著提高钻机的能量利用效率，提高钻井速度。作为本实用新型的优选实施方式，高压脉冲电源输出的峰值电压为30～100kV，脉冲的上升前沿小于100ns，脉冲的宽度小于5μs，脉冲频率10～300Hz，单次脉冲能量为10~300J。

    高压低波阻抗同轴水电缆13是脉冲的传输装置，其具体结构可进一步参见中国专利（ZL 201120039880.5）。如图16所示，高压低波阻抗同轴水电缆13由内到外包含同轴设置的进水管14、中心导体15、绝缘介质16、外层导体17和外护套18。其中，绝缘介质16为绝缘皮、耐高压绝缘纸、橡胶绝缘带和聚氨酯内护套组合绝缘介质。

高压低波阻抗同轴水电缆13的中心导体15的输入端与高压脉冲电源10的高压输出端子11电连接；高压低波阻抗同轴水电缆13的外层导体17的输入端与高压脉冲电源10的低压输出端子12电连接。参见图16、17和图18，高压低波阻抗同轴水电缆13的中心导体13的输出端通过高压电极连接件47与钻头电极6的高压电极3电连接；高压低波阻抗同轴水电缆13的外层导体17的输出端通过接地电极连接件48与钻头电极6的接地电极4电连接。高压电极连接件47的结构如图10、图11和图12所示。高压电极连接件47为一空心的圆柱，圆柱的内侧与高压低波阻抗同轴水电缆13的中心导体13的输出端固定且电连接，圆柱的外侧与钻头电极6的高压电极3固定且电连接。图13、图14和图15为接地电极连接件48的结构示意图。接地电极连接件48的结构也是空心的圆柱，内侧与高压低波阻抗同轴水电缆13的外层导体17的输出端固定且电连接，圆柱的外侧与钻头电极6的接地电极4固定且电连接。接地电极连接件48的外侧有两个凹槽，与接地电极4内侧的两凹槽相配合，形成圆形的通孔44，用于安装排水管36（参见图16、图17和18）。

本实用新型等离子体钻机系统正常工作时，钻头电极6需处在去离子水环境下，并且破碎的岩石碎屑要及时带出钻头电极，钻机系统需要使用去离子水循环装置7。水循环装置7包括能够获得去离子水的水净化装置38、储液槽33、进水泵35、出水泵37和排水管36，储液槽33的进水口与水净化装置38的出水口连通，储液槽33的出水口与进水泵35的进水口连通，进水泵35的出水口与高压低波阻抗同轴水电缆的进水管14的进水口连通，出水泵37的进水口与排水管36的出水口连通，出水泵37的出水口与水净化装置38的进水口连通。

钻井机构9包括机架24、钻井杆20、重力压盘19、导向杆23、上限位开关22、下限位开关25、第一定滑轮26、第二定滑轮27、第三定滑轮28和绞车8，第一定滑轮26、第二定滑轮27、第三定滑轮28、导向杆23、上限位开关22和下限位开关25固定于机架24上。

重力压盘19置于钻井杆20的顶部，为钻井杆20提供重力负荷，其结构图如图25所示。重力压盘19主要由矩形压盘58和重力铅块61组成，重力铅块61叠放在矩形压盘58之上，二者通过螺栓59连接在一起。重力压盘19上有三个圆孔，中间的圆孔60为低波阻抗同轴水电缆和排水管36通过的通孔，两侧的圆孔57为导向杆孔，导向杆23穿过重力压盘19。重力压盘19与绞车8的缆绳29固定连接，且重力压盘19能够沿导向杆23在上限位开关22和下限位开关25之间作上下往复滑动。

钻井杆20包括至少一个钻井杆单元，可通过增减钻井杆单元的数量来调整钻井杆的长度。每个钻井单元包括至少两个支撑环50和连接杆49。图19示出了钻机系统的钻井杆单元的一种结构，该钻井杆单元由4个支撑环和6根连接杆组成，各个支撑环由两个支撑板62和63拼装组成，如图23所示，两个支撑块的一端部叠合在一起，并且叠合的部分有一通孔54，该通孔用于通过一连接杆67（参见图20），两支撑块可以绕着连接杆67自由开合，图23示出了两支撑块62和63打开状态下的结构图。图22示出了钻井杆的支撑环闭合时的状态示意图，支撑环50内设有电缆通孔55、排水管通孔53、螺纹孔52和连接杆通孔51（包括孔54）。由于组成钻井杆单元的支撑板可以以连接杆67为轴自由开合，因此钻井杆单元也可以以连接杆67为轴自由地开合，图20示出了钻井杆单元打开状态下的结构图，连接杆67和连接杆49的结构基本相同，不同之处在于连接杆67不仅具有和连接杆49一样的结构上的支撑作用，还具有起转轴的作用，钻井杆单元可以沿着该转轴方便的打开和闭合。相邻的两个支撑环的对应连接杆通孔51中穿有连接杆49且通过该连接杆49连接在一起。各钻井杆单元依次连接，且相邻两个钻井杆单元的支撑环通过其相邻的两个支撑环以螺栓固定连接（在连接的时候，保持孔的对应情况），。图21示出了两个钻井杆单元的连接结构示意图，相邻两个钻井杆单元的支撑环64和65通过螺栓66固定连接在一起。钻井杆20的支撑环50上的排水孔53用于安装排水管，根据钻井时岩石破碎的难易程度来选择排水管的安装数量。当钻井速度比较慢时，产生岩石碎屑的速率比较慢，用一根排水管就可以满足要求；当岩石容易破碎，钻井速度比较快时，需要用多根排水管来加快岩石碎屑的排出速率。

钻井杆20的底端与钻头电极6的接地电极4顶端固定连接（参见图24）。钻井杆的支撑环上设有螺纹孔52（参见图22），钻头电极6的接地电极4上设有螺栓孔46（参见图7），螺栓56通过对应的螺纹孔52和螺栓孔46将钻井杆20和钻头电极6的接地电极4固定连接。排水管36经由第二定滑轮27后由上至下依次穿过重力压盘19、钻井杆的各支撑环50上设置的排水管通孔53，且排水管36的输出端与接地电极4固定连接，且高压电极3与接地电极4之间的空腔62与排水管36连通，钻井杆20的底部与接地电极4的上端部固定连接。作为本实用新型的优选实施方式，高压电极3的下端面上有小沟槽（参见图3），进水管14中的净水能够通过小沟槽流入到高压电极3与接地电极4之间的空腔62内。

绞车8上的缆绳29的一端经由第三定滑轮28后与重力压盘19固定连接。

本实用新型等离子体钻机系统的工作过程是：先启动进水泵35，将储液槽33中干净的去离子水泵入到进水管14中，进水管14将洁净的去离子水输送至钻头电极6，使钻头电极6的高压电极3和接地电极4之间的空腔充满去离子水。随后启动出水泵37，使钻机中去离子水循环起来。启动高压脉冲电源10，输出高压脉冲，经高压低波阻抗同轴水电缆13输送至钻头电极6。钻头电极6的高压电极3和接地电极4与岩石1接触，当高压脉冲到来时，高压电极3和接地电极4之间放电，引起岩石1的击穿并产生岩石碎屑。在出水泵37的作用下，岩石碎屑随去离子水进入排水管36并进入到净化装置38中。经净化装置8处理后，岩石碎屑经排渣口39排除到碎石运输车40，干净的去离子水流入到储液槽33，进入下一次循环。在重复脉冲作用下，可实现岩石的连续破碎，钻头电极3与岩石1接触的水平面也不断地下降，钻头电极3牵引着高压低波阻抗同轴水电缆13也不断地下降，形成岩石的钻孔。当重力压盘19在自身重力作用下运行到下限位开关25时，高压脉冲电源10停止工作。缆车8电源启动，通过缆绳29将重力压盘20提升；当重力压盘20抵达上限位开关22时，缆车8的步进电机停止旋转，钳住缆绳29。为了实现更深的钻井，此时需在原钻井杆20的基础上安装一个新钻井杆单元。打开笼形的新钻井杆单元，固定好高压低波阻抗同轴水电缆13和排水管36后，合拢新的钻井杆单元，将新、旧钻井杆单元两相邻的支撑环通过螺栓连接在一起。然后停止缆车8的电源，缆绳29处于自由状态，重力压盘19下落至钻井杆20上。启动高压脉冲电源10，进入下一次钻井过程。通过重复频率脉冲的作用，可以实现深度的岩石钻井。

净化装置38对受污染的去离子水先进行过滤操作，岩石碎屑排除至碎石运输车40，然后再进行离子交换工序，水体盐度降低到满足钻井需要后（优选去离子水的电导率小于等于100μs/cm），流入到储水槽33中，供等离子体钻机系统下一次循环使用。在钻井过程中，去离子水会在等离子体钻头电极6处存在着泄露和净化装置38处随岩石碎屑损失掉一部分，通过储液槽33上的补水管34及时补充一定量量洁净的去离子水。

为了克服地面的不平整对钻井的影响，可在钻井结构的机架上安装有调平机构。如图2所示，调平机构为承重螺栓，安装在钻井机架的下端面上，通过调节调节四只支撑脚的相对高度，可以让钻机保持水平状态，避免了地面状态对钻机姿态的影响，，便于钻头电极6能够竖直钻井。

Claims (2)

1.一种钻井杆，其特征是：包括至少一个钻井杆单元，每个钻井杆单元包括至少两个开合式支撑环（50）和连接杆(49)，所述支撑环(50)设有电缆通孔(55)、排水管通孔(53)和连接杆通孔(51)，通过贯穿相邻两个支撑环的对应连接杆通孔(51)的所述连接杆(49)而将相邻的两个支撑环固定连接在一起；各钻井杆单元依次连接，且相邻两个钻井杆单元的相邻的两个支撑环固定连接。

2. 一种含有权利要求1的钻井杆的脉冲等离子体钻机系统，其特征是：包括钻井机构(9)、高压脉冲电源(10)、高压低波阻抗同轴水电缆(13)、水循环装置(7)和用于向岩石放电的钻头电极(6)；

所述钻头电极(6)包括高压电极(3)和接地电极(4)；

所述高压低波阻抗同轴水电缆(13)由内向外依次包含有同轴设置的进水管(14)、中心导体(15)、绝缘介质(16)、外层导体(17)和护套(18)；

所述高压脉冲电源(10)的高压输出端子(11)与高压低波阻抗同轴水电缆(13)的中心导体(15)的输入端电连接，高压脉冲电源(10)的低压输出端子(12)与高压低波阻抗同轴水电缆(13)的外层导体(17)的输入端电连接；

所述水循环装置包括能够获得去离子水的水净化装置(38)、储液槽(33)、进水泵(35)、出水泵(37)和排水管（36），储液槽（33）的进水口与水净化装置（38）的出水口连通，储液槽（33）的出水口与进水泵（35）的进水口连通，进水泵（35）的出水口与高压低波阻抗同轴水电缆(13)的进水管(14)的进水口连通，出水泵(37)的进水口与排水管(36)的出水口连通，出水泵(37)的出水口与水净化装置(38)的进水口连通；

所述钻井机构(9)包括机架(24)、所述钻井杆(20)、重力压盘(19)、至少两个导向杆(23)、上限位开关（22）、下限位开关（25）、第一定滑轮（26）、第二定滑轮（27）、第三定滑轮（28）和绞车（8），第一定滑轮（26）、第二定滑轮（27）、第三定滑轮（28）、导向杆（23）、上限位开关（22）和下限位开关（25）固定于机架（24）上；重力压盘（19）设有使高压低波阻抗同轴水电缆（13）和排水管（36）通过的通孔，重力压盘（19）置于所述钻井杆（20）的顶部，绞车（8）的缆绳（29）的一端经由第三定滑轮（28）后与重力压盘（19）固定连接，导向杆（23）穿过重力压盘（19）且重力压盘（19）能够沿着导向杆（23）在上限位开关（22）和下限位开关（25）之间作上下往复移动；

所述高压低波阻抗同轴水电缆(13)经由第一定滑轮(26)后由上至下依次穿过重力压盘(19)、钻井杆(20)的各支撑环(50)上所设置的电缆通孔(55)，高压低波阻抗同轴水电缆（13）的中心导体(15)的输出端与高压电极（3）电连接，高压低波阻抗同轴水电缆(13)的外层导体(17)的输出端与接地电极(4)电连接；

所述排水管(36)经由第二定滑轮(27)后由上至下依次穿过重力压盘(19)、钻井杆的各支撑环(50)上设置的排水管通孔(53)，排水管(36)的进水端与接地电极(4)固定连接，高压电极(3)与接地电极(4)之间的空腔（62）与排水管（36）的进水口连通，钻井杆（20）的底部与接地电极（4）的上端部固定连接；所述进水管（14）中的去离子水能够流入到高压电极（3）与接地电极（4）之间的空腔（62）内。

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