[实用新型]一种井下微波辅助破岩的钻具

说明书

技术领域

本实用新型涉及钻井工具领域，特别涉及一种井下微波辅助破岩的钻具。

背景技术

目前，油气勘探开发钻井施工仍采用传统的机械钻井技术，虽然应用气体钻井等先进的钻井技术能显著提高机械钻速，但在某些深、超深部地层特别是高温岩体地热能源开发钻井施工中由于花岗岩、玄武岩等岩石极为坚硬，造成机械钻速极慢，钻头磨损严重，起下更换钻头频繁，严重影响了钻井时效，钻井施工成本呈指数增长。为解决坚硬岩石破岩难题，国内外专家学者正在探索研究利用激光钻井、电火花钻井等新型钻井方法进行破岩，但仍存在许多技术问题得不到解决。

近些年来，在矿业开采中，寻求新的破岩方法实现矿岩连续开采一直是矿业界努力实现的目标。对于坚硬岩类的非煤矿山，基于机械切削的采煤设备则因刀具磨损而缺乏经济上的竞争力，或由于切入深度线和维修量增加而不能实现足够的生产能力；即便采用冲击水压破岩，也同样存在破岩极限。但是，同时采用两种或多种输入能量组合的工艺有可能突破单用一种能量输入时工艺上的破岩极限。微波由于具有加热不需介质传热、升温速度快、穿透性强、过程易于控制等特点，成为一种重要的辅助破岩手段，该技术目前在探索阶段，取得了一定的效果。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种井下微波辅助破岩的钻具，可解决深、超深部地层中的花岗岩、玄武岩等极为坚硬岩石的破岩难题，克服了传统机械钻井技术的不足，能够避免钻头严重磨损，增加钻头使用寿命，减少起下钻次数，显著提高机械钻速，降低钻井施工成本，适合于深、超深部坚硬地层气体钻井施工。

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种井下微波辅助破岩的钻具，包括钻柱、供电电缆、电动钻具、短钻铤、微波发生模块和三牙轮钻头，在三牙轮钻头三个巴掌之间的间隙内设置1个微波天线，微波发生模块设置在短钻铤与钻井液通道之间的环形空间内，短钻铤的钻井液通道内设置有波导，微波发生模块与微波天线通过波导连接，电动钻具由位于钻柱的钻井液通道内的供电电缆为其供电，电动钻具与微波发生模块通过接口模块连接。所述的微波发生模块的主要部件为2.45GHz磁控管。所述的供电电缆为二芯柔性橡胶电缆。所述的波导为金属导管，根据传输模式的不同，可以是矩形或圆形截面。所述的电动钻具是俄罗斯研制的用潜油电动机在井底驱动钻头旋转的钻井设备。

微波破岩的作业原理即为微波通过加热岩体进而改变其物理特性。具体如下所述，岩石由许多一端带正电、另一端带负电的偶极子组成，并做杂乱无章的运动，且排列无序。在电场中加压后，内部的偶极子将重新排列，变成有一定的方向规则排列，在交流电作用下，反复极化，使物体内部产生类似摩擦，温度升高，从而产生内应力，岩体在水分蒸发、内部分解、膨胀作用下破坏。微波加热不同于传统的加热方式，是一种体加热，不但不需要传热介质，而且也不需要热传递、对流和辐射的过程。可以作为很好的一个辅助破岩工具，通过加热，改变岩体的物理特性，降低岩石硬度。

本实用新型的有益效果是：微波天线直接安装在三牙轮钻头上，发射的微波能量加热岩石，改变岩体的物理特性，降低岩石硬度，辅助钻头破岩，可以提高花岗岩、玄武岩等坚硬岩石钻进的机械钻速。

附图说明

图1是本实用新型的组合结构示意图。

图中：1钻柱，2供电电缆，3电动钻具，4微波发生模块，5短钻铤，6三牙轮钻头，7巴掌，8微波天线，9波导，10波导接口，11接口模块，12钻井液通道。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

本实用新型包括钻柱1、供电电缆2、电动钻具3、微波发生模块4、短钻铤5和三牙轮钻头6，在三牙轮钻头6三个巴掌7之间的间隙内设置1个微波天线8，微波发生模块4设置在短钻铤5与钻井液通道12之间的环形空间内，短钻铤5的钻井液通道内12置有波导9，微波发生模块4与微波天线8通过波导9连接，电动钻具3由位于钻柱1的钻井液通道12内的供电电缆2为其供电，电动钻具3与微波发生模块4通过接口模块11连接。所述的微波发生模块4的主要部件为2.45GHz磁控管。所述的供电电缆2为二芯柔性橡胶电缆。所述的波导9为金属导管，根据传输模式的不同，可以是矩形或圆形截面。所述的电动钻具3是俄罗斯研制的用潜油电动机在井底驱动钻头旋转的钻井设备。

微波发生模块4作为微波源，产生的微波能通过波导9传递到微波天线8。钻柱1和短钻杆5内皆带有钻井液通道12，钻井液通过钻井液通道12流向三牙轮钻头6，形成具有一定的钻井液射流，与微波天线8发射的微波能共同作用，辅助钻头破岩。