电脉冲硬岩钻头的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种利用高电压脉冲技术破碎岩石的钻头装置，其特征是该装置区别于现有的钻头装置而能够节能、经济的破碎硬岩。
【背景技术】
[0002]目前，岩石破碎方法主要为机械破碎法，采用牙轮钻头或金刚石钻头钻进方式，其中牙轮钻头结构特点为:钻头由本体、牙轮和牙轮上镶装的硬质合金齿、轴承、油杯和喷嘴等组成，牙轮与本体由轴承连接，牙轮有超顶、复锥和移轴3种组装形式。牙轮为可动部件，有一定的相对位移量。金刚石钻头结构特点为:无轴承之类的运行件，它以耐冲蚀及耐磨损的碳化钨为胎体，碳化钨胎体对在硬及研磨性地层钻进有较长寿命。此外，这种碳化钨胎体可以将冠部做成各种形状并使切削刃作任意排列。
[0003]但两种钻头的共同缺点为钻头必须与岩石接触，存在的缺陷为钻头工具易磨损、冲击性大、污染大、危险系数大，除此之外，还存在着较低的经济性，相比而言，电脉冲碎岩的方法具有工具磨损小、冲击性小、节能、环保、安全、效率高等特点。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术中高能耗、成本高、效率低的等缺点，本实用新型提供了一种电脉冲碎岩的钻头装置，该装置能够达到经济节能地碎岩钻孔的目的。
[0005]本实用新型是这样实现的，该钻头包括:输入电极、一级输出电极、二级输出电极和三级输出电极；输入电极位于中心，一级输出电极位于输入电极的外侧，二级输出电极位于一级输出电极的外侧，三级输出电极位于二级输出电极的外侧。
[0006]所述的一级输出电极、二级输出电极和三级输出电极均为圆筒形。
[0007]所述的一级输出电极、二级输出电极和三级输出电极均以输入电极为轴心同轴连接。
[0008]所述的一级输出电极和三级输出电极的圆柱一端均为环形锯齿。
[0009]本实用新型的有益效果是:高电压脉冲应用于硬岩钻井及石油开采方面具有明显优势。传统钻探设备通长体积庞大且造价高昂，设备钻具一般为高硬质合金刀头或者工业金刚石合金刀头，通过对硬岩高强度作用进行破坏对钻头磨损剧烈，需经常更换钻头，使其作业成本大，经济效益差。而本实用新型钻头使用普通不锈钢电极就满足使用要求，许多工作情况下不需要旋转，只需与岩石接触即可工作，对电极装置消耗小、使用成本低，可降低成本30%以上。
[0010]传统岩石钻孔钻头为硬质合金或金刚石合金钻头，通过旋转方式，通过压应力来破碎岩石，需经常更换钻头，磨损很大，具有高能耗，高成本，低效率的缺点。
[0011]电脉冲破碎岩石原理为:是利用纳秒级数百千伏高功率脉冲通过电极输入表面被水绝缘的岩石，使岩石内部建立微米径的树枝状等离子体通道，同时高功率脉冲发生器向通道瞬间释放一定能量，使其剧烈扩展并克服拉应力做功，形成复杂应力波沿裂隙发展并利用岩石耐压不耐拉的性质造成破坏。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型结构示意图；
[0013]图2为图1的左视图；
[0014]图3为图1的立体图；
[0015]图中:1输入电极、2 —级输出电极、3 二级输出电极、4三级输出电极。
【具体实施方式】
[0016]本实用新型结合【具体实施方式】和附图进一步说明。
[0017]如图1和2所示，本钻孔电极设计为多级薄壁圆筒结构，包括输入电极1、一级输出电极2、二级输出电极3和三级输出电极4 ;输入电极I位于圆筒最中心，一级输出电极2位于输入电极I的外侧，二级输出电极3位于一级输出电极2的外侧，三级输出电极4位于二级输出电极3的外侧。
[0018]所述的一级输出电极2、二级输出电极3和三级输出电极4均为圆筒形。
[0019]所述的一级输出电极2、二级输出电极3和三级输出电极4均以输入电极2为轴心同轴连接。
[0020]所述的一级输出电极2和三级输出电极4的圆柱一端均为环形锯齿。
[0021]本实用新型的工作过程:如图3所示，电脉冲钻头与主轴相连，通过主轴水循环系统，控制系统与钻头相连。工作前在孔中充满水，将电极头放入水环境中，接通电源，钻头开始工作，首先为具有弹性的输入电极I与硬岩接触，输入电极I具有一定的弹性，当一级输出电极2与硬岩接触时，整个钻头静止，此时输入电极I与一级输出电极2配合，系统进行阻抗匹配，自动选择合适极间距，当输入电极I与一级输出电极2都接触到硬岩时自动发生击发，此时，输入电极I为负极，一级输出电极2为正极。产生的高压脉冲放电通过等离子爆炸对岩石产生破碎作用，正负极之间距离正好保证岩石破碎尺寸合适，保证通过水循环系统将破碎后的岩石抽出，此时两电极之间出现空隙，当具有弹性的输入电极升到最深时还不能接触到岩石时，此时二级输出电极3正好与岩石接触，此时一级输出电极2自动切换为新的输入电极，二级输出电极3作为输出电极，同理继续工作，当三级输出电极4接触到岩石时，此时二级输出电极3无法接触到岩石，当二级输出电极3与三级输出电极4之间的岩石被击穿破碎，水循环系统带走以后，此时阴极电极正好接触到岩石。由此类推，钻头向下运动，达到钻进的目的。
【主权项】
1.一种电脉冲硬岩钻头，其特征在于:该钻头包括:输入电极、一级输出电极、二级输出电极和三级输出电极；输入电极位于中心，一级输出电极位于输入电极的外侧，二级输出电极位于一级输出电极的外侧，三级输出电极位于二级输出电极的外侧。
2.根据权利要求1所述的电脉冲硬岩钻头，其特征在于:所述的一级输出电极、二级输出电极和三级输出电极均为圆筒形。
3.根据权利要求1所述的电脉冲硬岩钻头，其特征在于:所述的一级输出电极、二级输出电极和三级输出电极均以输入电极为轴心同轴连接。
4.根据权利要求1所述的电脉冲硬岩钻头，其特征在于:所述的一级输出电极和三级输出电极的圆柱一端均为环形锯齿。
【专利摘要】一种电脉冲硬岩钻头，包括：输入电极、一级输出电极、二级输出电极和三级输出电极；输入电极位于中心，一级输出电极位于输入电极的外侧，二级输出电极位于一级输出电极的外侧，三级输出电极位于二级输出电极的外侧。本实用新型的有益效果是：高电压脉冲应用于硬岩钻井及石油开采方面具有明显优势。使用普通不锈钢电极就满足使用要求，许多工作情况下不需要旋转，只需与岩石接触即可工作，对电极装置消耗小、使用成本低，可降低成本30%以上。
【IPC分类】E21B10-00
【公开号】CN204511302
【申请号】CN201520039563
【发明人】李欣, 李宏达, 王军, 孟宪江, 赵红阳, 车龙
【申请人】沈阳理工大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年1月21日