[发明专利]一种集成多形式联合破岩的新型钻头及其钻井方法

权利要求书

1.一种集成多形式联合破岩的新型钻头，其特征在于：这种集成多形式联合破岩的新型钻头包括钻头胎体、钻头翼片、涡轮发电机、压电陶瓷片、变幅杆、超声波振动头、粒子冲击结构，钻头胎体的上端为上接头，上接头内腔下端与发电腔相接，发电腔为倒置的平底烧瓶状的大肚型腔，防水罩通过其四周的固定杆居中悬空固定于发电腔内，涡轮发电机定子固定于防水罩上端，涡轮发电机定子轴从防水罩顶穿出，涡轮发电机叶片设置于涡轮发电机定子轴外，涡轮发电机叶片位于上接头与发电腔的连接处，压电陶瓷片设置于涡轮发电机定子下，变幅杆设置于压电陶瓷片下面；发电腔的下端口处设置渐缩喉管，渐缩喉管与粒子通道相通，粒子通道的外端口为粒子吸口，粒子吸口位于钻头胎体外壁上；钻头胎体具有与渐缩喉管相通的下流道，下流道下部与钻头水嘴相通，变幅杆下端连接超声波传导杆，超声波传导杆的下端连接超声波振动头。

2.根据权利要求1所述的集成多形式联合破岩的新型钻头，其特征在于：所述的防水罩为空心筒体，筒顶具有上通孔，筒底具有下通孔，固定杆均匀分布在防水罩周围，固定杆外边缘加工成斜边，通过斜边与钻头胎体内壁的凹槽配合；固定杆使防水罩与钻头胎体之间形成环形的镂空通道。

3.根据权利要求2所述的集成多形式联合破岩的新型钻头，其特征在于：所述的上通孔处设置上密封圈，下通孔处设置下密封圈。

4.根据权利要求3所述的集成多形式联合破岩的新型钻头，其特征在于：所述的防水罩由合金铸造制成，防水罩外壁涂有防水涂。

5.根据权利要求4所述的集成多形式联合破岩的新型钻头，其特征在于：所述的超声波振动工作头采用高性能耐磨合金材质制作，超声波振动工作头外涂特氟龙材料。

6.根据权利要求5所述的集成多形式联合破岩的新型钻头，其特征在于：所述的钻头胎体为PDC钻头胎体。

7.一种权利要求6所述的集成多形式联合破岩的新型钻头的钻井方法，其特征在于：这种集成多形式联合破岩的新型钻头的钻井方法通过机械研磨、超声波振动作用、超声空化效应、粒子冲击作用同时破碎岩石，具体为：

当钻井液经钻杆流入钻头，钻井液从大肚型腔入口处流入，一部分流过涡轮发电机叶片随水流转动，产生电能，然后通过防水罩外的镂空通道向下流动，涡轮发电机产生的电能传递到压电陶瓷片产生超声波振动，并传导到变幅杆中，变幅杆向超声波振动头传递机械能，超声波振动头产生高频振动，在井底通过钻井液将高频机械波传递到岩石中，产生岩石共振现象，促进钻进条件下地层岩石裂缝更多更快的扩展，实现高速破岩；同时超声波振动头的振动激发钻井液中产生空化效应，空化效应使岩石表面的液体产生气泡空穴，当空穴溃灭后，周围的钻井液会产生微射流，高速冲击岩石表面，破碎岩石；

另外，当钻井液流呈渐缩喉管，产生文丘里管效应，渐缩喉管内液体流速增加，在粒子吸口产生负压，吸收环空中的岩屑粒子进入粒子吸口并沿粒子通道进入钻头中，随钻井液高速射出钻头，对岩石产生冲击作用，破碎岩石。