CN218866729U - 钻头电极及钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种钻头电极及钻头。钻头电极包括：绝缘体、至少三个接地极和至少两个第一高压电极；各接地极和各第一高压电极均呈平板状且均相平行；其中两个接地极分别设置于绝缘体外壁面相对的两侧，其余各接地极与各第一高压电极均间隔地设置于绝缘体内，各接地极与各第一高压电极交替设置；各接地极的第一端和各第一高压电极的第一端均延伸至绝缘体的第一端的外部；各接地极均用于与接地端相连接；各第一高压电极均用于与高压端相连接。本实用新型能够保证良好的绝缘，并能形成电极间均匀电场，减少了尖端放电，保证稳定破岩，还可以对各接地极和各第一高压电极的厚度以及之间的间隙进行调整，使得钻头直径最大化，提高了钻井效率。

Description

钻头电极及钻头

技术领域

本实用新型涉及岩石破碎技术领域，具体而言，涉及一种钻头电极及钻头。

背景技术

破碎岩石是人类改造自然、利用自然资源中最古老、最基本的活动之一。近年来涌现了一批新式的岩石破碎方法，主要分为两类，一类是利用机械能对岩石进行破碎，包括超声波、弹射冲击波、高压水射流等方法；另一类是利用热能对岩石进行破碎，包括表面热射流、脉冲电子束、激光和红外照射等方法。其中，高压脉冲放电破岩是利用脉冲放电产生的冲击波、射流或等离子体通道的力学效应对岩石产生破坏，具有破岩效率高、能量可控、无污染、成本低等优点。

钻头电极就是利用高压电脉冲放电技术进行破岩，钻头电极置于液体介质中，并且在岩石表面放电，对岩石产生破坏，达到钻井的目的。然而，现有的钻头为圆锥形结构，受圆锥形结构相关参数的影响，容易形成尖端放电。

实用新型内容

鉴于此，本实用新型提出了一种钻头电极，旨在解决现有技术中钻头电极为圆锥形结构易导致尖端放电的问题。本实用新型还提出了一种具有该钻头电极的钻头。

一个方面，本实用新型提出了一种钻头电极，该钻头电极包括：绝缘体、至少三个接地极和至少两个第一高压电极；其中，各接地极和各第一高压电极均呈平板状且均相平行；其中两个接地极分别设置于绝缘体外壁面相对的两侧，其余各接地极与各第一高压电极均间隔地设置于绝缘体内，并且，各接地极与各第一高压电极交替设置；各接地极的第一端和各第一高压电极的第一端均延伸至绝缘体的第一端的外部；各接地极均用于与接地端相连接；各第一高压电极均用于与高压端相连接。

进一步地，上述钻头电极中，其中一个接地极置于绝缘体的轴向中心线的位置处；每个第一高压电极均置于相邻两个接地极之间且与相邻两个接地极之间均具有第一预设距离。

进一步地，上述钻头电极中，每个接地极的第一端和每个第一高压电极的第一端相齐平且均与绝缘体的第一端具有第二预设距离；每个接地极的第二端和每个第一高压电极的第二端相齐平。

进一步地，上述钻头电极中，各接地极之间通过接地极连接线相连接，接地极连接线与接地端相连接；各第一高压电极之间通过高压电极连接线相连接，高压电极连接线与高压引线相连接，高压引线穿设于绝缘体且置于绝缘体的第二端的外部。

进一步地，上述钻头电极还包括：第二高压电极；其中，第二高压电极的第一端与各第一高压电极的第二端相连接，第二高压电极的第二端与高压电极连接线相连接，第二高压电极的内部填充绝缘材料。

进一步地，上述钻头电极中，每个接地极的第一端和每个第一高压电极的第一端均设置有连接件，以增加接地极与第一高压电极之间的绝缘距离。

进一步地，上述钻头电极中，每个连接件的截面均为梯形，每个连接件的尺寸较小的一端与接地极的第一端或者第一高压电极的第一端相连接，每个连接件的尺寸较大的一端用于与岩石相接触。

进一步地，上述钻头电极中，绝缘体的外壁面相对的两侧均开设有凹槽，每个凹槽朝向绝缘体第一端的一面为敞口设置，两个接地极一一对应地置于两个凹槽内；绝缘体的第一端开设有至少三个向第二端延伸的插接槽，各接地极和各第一高压电极插设于各插接槽内。

进一步地，上述钻头电极中，接地极为三个，第一高压电极为两个，其中两个接地极分别设置于绝缘体外壁面相对的两侧，其中一个接地极置于绝缘体的轴向中心线的位置处且与两个第一高压电极交替且间隔地设置于绝缘体内。

本实用新型中，各接地极和各第一高压电极均呈平板状且相平行，其中两个接地极分别设置于绝缘体外壁面相对的两侧，另一个接地极与两个第一高压电极间隔且交替地设置于绝缘体内，保证了良好的绝缘，并能形成电极间均匀电场，减少了尖端放电，保证稳定破岩，还可以对各接地极和各第一高压电极的厚度以及之间的间隙进行调整，以符合实际的钻井钻孔的要求，使得钻头直径最大化，提高了钻井效率，解决了现有技术中钻头电极为圆锥形结构易导致尖端放电的问题。

另一方面，本实用新型还提出了一种钻头，该钻头包括：钻杆和上述任一种钻头电极；其中，钻杆与钻头电极中的绝缘体的第二端相连接。

由于钻头电极具有上述效果，所以具有该钻头电极的钻头也具有相应的技术效果。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本实用新型实施例提供的钻头电极的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的钻头电极的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

钻头电极实施例：

参见图1和图2，图中示出了本实施例中钻头电极的优选结构。如图所示，钻头电极包括：绝缘体1、至少三个接地极2和至少两个第一高压电极3。其中，绝缘体1可以为实心圆柱体，绝缘体1的第一端为图1所示的下端，绝缘体1的第二端为图1所示的上端。每个接地极2均呈平板状，各个接地极2之间均为并列设置。每个第一高压电极3也均呈平板状，各第一高压电极3之间均为并列设置。并且，各接地极2和各第一高压电极3均相平行。

其中两个接地极2分别设置于绝缘体1外壁面相对的两侧，具体地，两个接地极2设置于绝缘体1的外壁面，并且，两个接地极2为相对设置。其余各接地极2与各第一高压电极3均匀地、间隔地设置于绝缘体1内，并且，各接地极2与各第一高压电极3为交替设置。具体地，置于绝缘体1内的接地极2置于绝缘体1的轴向(图1所示的由上至下的方向)中心线的位置处，每个第一高压电极3均置于相邻两个接地极2之间，并且，每个第一高压电极3与相邻两个接地极2之间均具有第一预设距离。具体实施时，第一预设距离可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

优选的，接地极2为三个，第一高压电极3为两个，其中两个接地极2分别设置于绝缘体1外壁面相对的两侧，其中一个接地极2置于绝缘体1的轴向中心线的位置处且与两个第一高压电极3交替且间隔地设置于绝缘体1内。具体地，置于绝缘体1的轴向中心线的位置处的接地极2与两个第一高压电极3间隔地设置于绝缘体1的内部，并且，该接地极2与两个第一高压电极3为交替设置，同时，三个接地极2与两个第一高压电极3均为交替设置。

更为具体地，三个接地极2中，其中一个接地极2置于绝缘体1的轴向中心线的位置处，另两个接地极2分别设置于绝缘体1外壁面的相对两侧。两个第一高压电极3均置于绝缘体1的内部，置于绝缘体1的轴向中心线的接地极2与置于绝缘体1其中一侧的接地极2之间设置一个第一高压电极3，置于绝缘体1的轴向中心线的接地极2与置于绝缘体1另一侧的接地极2之间再设置一个第一高压电极3。

各接地极2的第一端(图1所示的下端)和各第一高压电极3的第一端(图1所示的下端)均延伸至绝缘体1的第一端的外部。具体地，各接地极2的第一端和各第一高压电极3的第一端与绝缘体1的第一端之间形成多个容置空间，每个容置空间均用于容置液体介质。

优选的，每个接地极2的第一端和每个第一高压电极3的第一端相齐平，并且，每个接地极2的第一端和每个第一高压电极3的第一端与绝缘体1的第一端之间均具有第二预设距离。也就是说，每个接地极2的第一端与绝缘体1的第一端之间具有第二预设距离，每个第一高压电极3的第一端与绝缘体1的第一端之间也具有第二预设距离。具体实施时，第二预设距离可以根据实际情况来确定，本实施例对此不做任何限制。

每个接地极2的第二端(图1所示的上端)和每个第一高压电极3的第二端(图1所示的上端)相齐平，并且，均置于绝缘体1的内部。

各接地极2均用于与接地端相连接。具体地，各接地极2之间通过接地极连接线4相连接，接地极连接线4与接地端相连接。更为具体地，接地极连接线4为弧形，接地极连接线4绕设于绝缘体1的外壁面，并且，接地极连接线4的两端与置于绝缘体1外侧的两个接地极2的第二端一一对应连接，同时，接地极连接线4与置于绝缘体1内的接地极2的第二端也连接。

各第一高压电极3均用于与高压端相连接。具体地，各第一高压电极3之间通过高压电极连接线5相连接，高压电极连接线5与高压引线6的第一端(图1所示的下端)相连接，高压引线6穿设于绝缘体1，并且，高压引线6的第二端(图1所示的上端)置于绝缘体1的第二端的外部，高压引线6的第二端与高压端相连接。更为具体地，高压电极连接线5与各第一高压电极3的第二端相连接。

具体实施时，每个接地极2的厚度和每个第一高压电极3的厚度均可以为10mm～20mm。

具体实施时，绝缘体1可以包括：圆筒形的绝缘筒和圆柱状的绝缘芯，绝缘芯设置于绝缘筒内，绝缘筒与绝缘芯为一体成型。

具体实施时，第一高压电极3可以为不锈钢金属板。

可以看出，本实施例中，各接地极2和各第一高压电极3均呈平板状且相平行，其中两个接地极2分别设置于绝缘体1外壁面相对的两侧，其余各接地极2与各第一高压电极3间隔且交替地设置于绝缘体1内，保证了良好的绝缘，并能形成电极间均匀电场，减少了尖端放电，保证稳定破岩，还可以对各接地极2和各第一高压电极3的厚度以及之间的间隙进行调整，以符合实际的钻井钻孔的要求，使得钻头直径最大化，提高了钻井效率，解决了现有技术中钻头电极为圆锥形结构易导致尖端放电的问题。

参见图1和图2，上述实施例中，钻头电极还包括：第二高压电极7。其中，第二高压电极7可以呈圆筒状，第二高压电极7的第一端(图1所示的下端)与各第一高压电极3的第二端相连接，第二高压电极7的第二端(图1所示的上端)与高压电极连接线5相连接，第二高压电极7的内部填充绝缘材料。这样，高压电极连接线5所处的位置与接地极连接线4所处的位置为错位台阶式布置，保证了高压电极与接地极2之间的绝缘，在绝缘体1的内部的水平方向和垂直方向高压电极和接地极2之间均保持间距并利用绝缘进行有效隔离。

具体实施时，第二高压电极7为不锈钢金属导体。

参见图1和图2，上述各实施例中，每个接地极2的第一端和每个第一高压电极3的第一端均设置有连接件8，各连接件8均用于增加接地极2与第一高压电极3之间的间距，进而增加接地极2与第一高压电极3之间的绝缘距离，保证破岩时岩石表面接触部分有效的破岩间距，便于破岩。

优选的，每个连接件8的截面均为梯形，每个连接件8的尺寸较小的一端与接地极2的第一端或者第一高压电极3的第一端相连接，每个连接件8的尺寸较大的一端用于与岩石相接触。每个连接件8的结构简单，便于实施。

具体实施时，每个接地极2设置连接件8后的厚度可以为5mm～10mm,每个第一高压电极3设置连接件8后的厚度可以为10mm～20mm，则每个接地极2和每个第一高压电极3均可以根据实际情况调整其自身的厚度。

参见图1和图2，上述各实施例中，绝缘体1的外壁面相对的两侧均开设有凹槽，每个凹槽朝向绝缘体1第一端的一面为敞口设置，两个接地极2一一对应地置于两个凹槽内。具体地，每个凹槽均开设于绝缘体1的外壁面且向内凹陷，每个凹槽从绝缘体1的第一端向第二端处延伸，但是每个凹槽对应于绝缘体1的第一端处设置为豁口，则接地极2从绝缘体1的第一端的凹槽处插设于凹槽内。

绝缘体1的第一端开设有至少三个向第二端延伸的插接槽，各接地极2和各第一高压电极3插设于各插接槽内。

可以看出，本实施例中，绝缘体1上开设凹槽和插接槽，便于插设接地极2和第一高压电极3，有效地保证了各接地极2与各第一高压电极3之间稳定的绝缘，结构简单，便于实施。

具体实施时，钻头电极可与机械钻头组成复合钻头，作为辅助钻井工具，提高钻进速度和降低成本，减少机械钻头的磨损。

综上所述，本实施例中，各接地极2和各第一高压电极3均呈平板状且相平行，其中两个接地极2分别设置于绝缘体1外壁面相对的两侧，另一个接地极2与两个第一高压电极3间隔且交替地设置于绝缘体1内，保证了良好的绝缘，并能形成电极间均匀电场，减少了尖端放电，保证稳定破岩，还可以对各接地极2和各第一高压电极3的厚度以及之间的间隙进行调整，以符合实际的钻井钻孔的要求，使得钻头直径最大化，提高了钻井效率。

钻头实施例：

本实施例还提出了一种钻头，该钻头包括：钻杆和上述任一种钻头电极。其中，钻杆与钻头电极中的绝缘体1的第二端相连接。钻头电极的具体实施过程参见上述说明即可，本实施例在此不再赘述。

由于钻头电极具有上述效果，所以具有该钻头电极的钻头也具有相应的技术效果。

需要说明的是，本实用新型中的钻头电极及钻头的原理相同，相关之处可以相互参照。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，还需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种钻头电极，其特征在于，包括：绝缘体(1)、至少三个接地极(2)和至少两个第一高压电极(3)；其中，

各所述接地极(2)和各所述第一高压电极(3)均呈平板状且均相平行；

其中两个所述接地极(2)分别设置于所述绝缘体(1)外壁面相对的两侧，其余各所述接地极(2)与各所述第一高压电极(3)均间隔地设置于所述绝缘体(1)内，并且，各所述接地极(2)与各所述第一高压电极(3)交替设置；

各所述接地极(2)的第一端和各所述第一高压电极(3)的第一端均延伸至所述绝缘体(1)的第一端的外部；

各所述接地极(2)均用于与接地端相连接；

各所述第一高压电极(3)均用于与高压端相连接。

2.根据权利要求1所述的钻头电极，其特征在于，

其中一个所述接地极(2)置于所述绝缘体(1)的轴向中心线的位置处；

每个所述第一高压电极(3)均置于相邻两个所述接地极(2)之间且与相邻两个所述接地极(2)之间均具有第一预设距离。

3.根据权利要求1所述的钻头电极，其特征在于，

每个所述接地极(2)的第一端和每个所述第一高压电极(3)的第一端相齐平且均与所述绝缘体(1)的第一端具有第二预设距离；

每个所述接地极(2)的第二端和每个所述第一高压电极(3)的第二端相齐平。

4.根据权利要求1所述的钻头电极，其特征在于，

各所述接地极(2)之间通过接地极连接线(4)相连接，所述接地极连接线(4)与所述接地端相连接；

各所述第一高压电极(3)之间通过高压电极连接线(5)相连接，所述高压电极连接线(5)与高压引线(6)相连接，所述高压引线(6)穿设于所述绝缘体(1)且置于所述绝缘体(1)的第二端的外部。

5.根据权利要求4所述的钻头电极，其特征在于，还包括：第二高压电极(7)；其中，

所述第二高压电极(7)的第一端与各所述第一高压电极(3)的第二端相连接，所述第二高压电极(7)的第二端与所述高压电极连接线(5)相连接，所述第二高压电极(7)的内部填充绝缘材料。

6.根据权利要求1所述的钻头电极，其特征在于，每个所述接地极(2)的第一端和每个所述第一高压电极(3)的第一端均设置有连接件(8)，以增加所述接地极(2)与所述第一高压电极(3)之间的绝缘距离。

7.根据权利要求6所述的钻头电极，其特征在于，每个所述连接件(8)的截面均为梯形，每个所述连接件(8)的尺寸较小的一端与所述接地极(2)的第一端或者所述第一高压电极(3)的第一端相连接，每个所述连接件(8)的尺寸较大的一端用于与岩石相接触。

8.根据权利要求1所述的钻头电极，其特征在于，

所述绝缘体(1)的外壁面相对的两侧均开设有凹槽，每个所述凹槽朝向所述绝缘体(1)第一端的一面为敞口设置，两个所述接地极(2)一一对应地置于两个所述凹槽内；

所述绝缘体(1)的第一端开设有至少三个向第二端延伸的插接槽，各所述接地极(2)和各所述第一高压电极(3)插设于各所述插接槽内。

9.根据权利要求1所述的钻头电极，其特征在于，所述接地极(2)为三个，所述第一高压电极(3)为两个，其中两个所述接地极(2)分别设置于所述绝缘体(1)外壁面相对的两侧，其中一个所述接地极(2)置于所述绝缘体(1)的轴向中心线的位置处且与两个所述第一高压电极(3)交替且间隔地设置于所述绝缘体(1)内。

10.一种钻头，其特征在于，包括：钻杆和如权利要求1至9中任一项所述钻头电极；其中，

所述钻杆与所述钻头电极中的绝缘体(1)的第二端相连接。

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