一种超声波振动绳索取心钻具的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声波振动绳索取心钻具，适用于深孔地质取心钻探，具体涉及的是利用超声波振动对坚硬岩石进行疲劳破坏，并快速钻进。
【背景技术】
[0002]随着经济的快速发展，能源的消耗也日益增长，浅层的石油、煤、天然气等能源大量被开采，从其剩余储量来看，已探明的浅地层能源已经无法继续长期支撑现代工业，因此运用地质岩心钻探对较深地层所储藏能源进行勘探就变得尤为重要，而绳索取心方法又是地质岩心钻探的首选。绳索取心钻进已成为我国地质钻探的主要钻探方法。但由于绳索取心钻头的壁比较厚，孔底破碎岩石面积大，硬岩钻进效率低，钻探成本高。
[0003]超声波钻进又称高频振动回转钻进，它利用共振，即与岩石固有频率相同的振动频率，对岩石进行高频冲击，使岩石裂隙加速扩展形成疲劳破碎的原理，将高频振动、静压与回转力三者结合在一起，达到高速碎岩的目的。国内将超声波振动装置用于绳索取心钻具尚未见报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种超声波振动绳索取心钻具，它用于解决高硬度、高可钻性地层钻进效率低下、成本高的问题。当压电陶瓷振动器和供电电池一同到达外管加厚处时，停止下落，供电电池为压电陶瓷振动器提供电能，压电陶瓷振动器激发出超声波振动，传递至外管，外管传递至钻头，再由钻头传递至孔底岩石，对岩石进行破碎。
[0005]本发明的捞矛头与弹卡回收管连接，弹卡回收管通过第一弹性销与弹卡座形成可动连接，在弹卡回收管上行时弹卡钳由于重力下落，弹卡钳与弹卡座通过第二弹性销连接，弹卡座下行时带动弹卡钳一同下行，在弹卡钳受弹卡回收管的推力而闭合时，两片弹卡钳保持打开状态，两片弹卡钳卡在弹簧确保内管总成不会由于钻进过程中产生的推力而上行;压电陶瓷振动器到达外管内径加厚处，电池与压电陶瓷振动器通过销钉连接，电池与压电陶瓷振动器之间为绝缘垫片，第三轴承与电池过盈配合，第三轴承与实心轴间隙配合，第四轴承与压电陶瓷振动器过盈配合，第四轴承与实心轴间隙配合，外管的底部设置钻头；当压电陶瓷振动器到位后，由压电陶瓷振动器激发的超声波振动立即通过外管传递给钻头、再传至孔底岩石并对其进行破碎作用。
[0006]弹卡座通过螺纹与第一扩孔器连接，轴的上端与弹卡座连接，轴的下端通过螺纹与轴承座连接，第一轴承由轴承座固定密封，第二轴承由轴承座与弹簧固定，弹簧上端由第二轴承支撑，弹簧下端由圆螺母支撑，圆螺母与轴通过螺纹连接，油杯通过螺纹与弹簧套连接，弹簧套与实心轴为一整体，实心轴与支座螺纹连接;调节接头与支座螺纹连接，调节接头与支座之间以调节螺母锁定;支座内设置钢球，内管与调节接头下端螺纹连接，内管下端具有挡圈和卡簧;在电池电量耗尽后将内管提至地表，更换电池后，再将内管投入孔内继续钻进。
[0007]所述的压电陶瓷振动器的外壳体为槽形，以便钻井液能通过外壳体与外管之间的间隙，进行冷却钻头、排除岩肩及保护孔壁。不同电源电压将产生不同频率的超声波振动。
[0008]所述的外管在下端部分进行内径补强，压电陶瓷振动器通过内径补强将超声波振动传至孔底岩石。
[0009]所述的第三轴承和第四轴承与实心轴为间隙配合，第三轴承与电池为过盈配合，第四轴承与压电陶瓷振动器为过盈配合。保证了岩心管的单动特性。
[0010]本发明的有益效果:
[00?1 ] 1、本发明可提尚钻进速度，减少钻进时间，提尚钻进效益。
[0012]2、超声波钻进过程中，利用共振原理对岩石进行破碎，其破岩速度远高于普通绳索取心钻进，并且降低了钻压，可减少钻杆弯曲及钻孔弯曲。可提高钻进深度，使超声波钻进应用于中深孔、深孔、超深孔，扩大了超声波钻进的应用范围。
[0013]3、本发明的电池和压电陶瓷振动器与绳索取心钻具配合，降低孔底岩石的强度，提高钻进速度，减小钻头的磨损，延长了钻头的使用寿命。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的结构图。
[0015]图2为本发明的压电陶瓷振动器结构图。
[0016]其中:丨-捞矛头、2-第一弹簧销、3-回收管、4-弹簧、5-弹卡、6-第二弹簧销、7-弹卡座、8-扩孔器、10-轴、11-第一轴承、12-外管、13-轴承座、14-第二轴承、15-弹簧、16-油杯、17-圆螺母、18-弹簧座、19-钢球、20-调节螺母、21-支座、22-调节接头、23-内管、24-挡圈、25-卡簧、26-钻头、27-电池、28-第三轴承、29-销钉、30-绝缘垫片、31-压电陶瓷振动器、32-实心轴、33-第四轴承。
【具体实施方式】
[0017]请参阅图1和图2所示，本发明的捞矛头I与弹卡回收管3连接，弹卡回收管3通过第一弹性销2与弹卡座7形成可动连接，在弹卡回收管3上行时弹卡钳5由于重力下落，弹卡钳5与弹卡座7通过第二弹性销6连接，
[0018]弹卡座7下行时带动弹卡钳5—同下行，在弹卡钳5受弹卡回收管3的推力而闭合时，两片弹卡钳5保持打开状态，两片弹卡钳5卡在弹簧4确保内管23不会由于钻进过程中产生的推力而上行;压电陶瓷振动器31到达外管12内径补强处，电池27与压电陶瓷振动器31通过销钉29连接，电池27与压电陶瓷振动器31之间为绝缘垫片30，第三轴承28与电池27过盈配合，第三轴承28与实心轴32间隙配合，第四轴承33与压电陶瓷振动器31过盈配合，第四轴承33与实心轴32间隙配合，外管12的底部设置钻头26;当压电陶瓷振动器31到位后，由压电陶瓷振动器31激发的超声波振动立即通过外管12传递给钻头26、再传至孔底岩石并对其进行破碎作用。
[0019]弹卡座7通过螺纹与第一扩孔器8连接，轴10的上端与弹卡座7连接，轴10的下端通过螺纹与轴承座13连接，第一轴承11由轴承座13固定密封，第二轴承14由轴承座13与弹簧15固定，弹簧15上端由第二轴承14支撑，弹簧15下端由圆螺母17支撑，圆螺母17与轴10通过螺纹连接，油杯16通过螺纹与弹簧套18连接，弹簧套18与实心轴32为一整体，实心轴32与支座21螺纹连接;调节接头22与支座21螺纹连接，调节接头22与支座21之间以调节螺母20锁定;支座21内设置钢球19，内管23与调节接头22下端螺纹连接，内管23下端具有挡圈24和卡簧25;在电池27电量耗尽后将内管23提至地表，更换电池27后，再将内管23投入孔内继续钻进。
[0020]所述的压电陶瓷振动器31的外壳体为槽形，以便钻井液能通过外壳体与外管12之间的间隙，进行冷却钻头、排除岩肩及保护孔壁。不同电源电压将产生不同频率的超声波振动。
[0021]所述的外管12在下端部分进行内径补强，压电陶瓷振动器31通过内径补强将超声波振动传至孔底岩石。
[0022]所述的第三轴承28和第四轴承33与实心轴32为间隙配合，第三轴承28与电池27为过盈配合，第四轴承33与压电陶瓷振动器31为过盈配合，保证了岩心管的单动特性。
[0023]本发明的取心钻进方法如下:
[0024]a.投放内管23的过程中，泥浆栗栗送泥浆推动内管23总成加速下行，当内管23总成到达孔底后，整个取心钻具静止，压电陶瓷振动器31到达外管12内径补强处。
[0025]b.电池27为压电陶瓷振动器31提供电能，压电陶瓷振动器31开始振动，形成的超声波振动通过外管12传至孔底岩石，对岩石进行破碎。
[0026]c.当电池27电量耗尽或需要更换时，取出内管23，进行充电或更换。
【主权项】
1.一种超声波振动绳索取心钻具，其特征在于:捞矛(I)与弹卡回收管(3)连接，弹卡回收管(3)通过第一弹性销(2)与弹卡座(7)形成可动连接，在弹卡回收管(3)上行时弹卡钳(5)由于重力下落，弹卡钳(5)与弹卡座(7)通过第二弹性销(6)连接，弹卡座(7)下行时带动弹卡钳(5) —同下行，在弹卡钳(5)受弹卡回收管(3)的推力而闭合时，两片弹卡钳(5)保持打开状态，两片弹卡钳(5)卡在弹簧(4)确保内管(23)不会由于钻进过程中产生的推力而上行;压电陶瓷振动器(31)到达外管(12)内径加厚处，电池(27)与压电陶瓷振动器(31)通过销钉(29)连接，电池(27)与压电陶瓷振动器(31)之间为绝缘垫片(30)，第三轴承(28)与电池(27)过盈配合，第三轴承(28)与实心轴(32)间隙配合，第四轴承(33)与压电陶瓷振动器(31)过盈配合，第四轴承(33)与实心轴(32)间隙配合，外管(12)的底部设置钻头(26);当压电陶瓷振动器(31)到位后，由压电陶瓷振动器(31)激发的超声波振动立即通过外管(12)传递给钻头(26)、再传至孔底岩石并对其进行破碎作用； 弹卡座(7)通过螺纹与第一扩孔器(8)连接，轴(I O)的上端与弹卡座(7)连接，轴(I O)的下端通过螺纹与轴承座(13)连接，第一轴承(11)由轴承座(13)固定密封，第二轴承(14)由轴承座(13)与弹簧(15)固定，弹簧(15)上端由第二轴承(14)支撑，弹簧(15)下端由圆螺母(17)支撑，圆螺母(17)与轴(10)通过螺纹连接，油杯(16)通过螺纹与弹簧套(18)连接，弹簧套(18)与实心轴(32)为一整体，实心轴(32)与支座(21)螺纹连接；调节接头(22)与支座(21)螺纹连接，调节接头(22)与支座(21)之间以调节螺母(20)锁定;支座(21)内设置钢球(19)，内管(23)与调节接头(22)下端螺纹连接，内管(23)下端具有挡圈(24)和卡簧(25);在电池(27)电量耗尽后将内管(23)提至地表，更换电池(27)后，再将内管(23)投入孔内继续钻进。
【专利摘要】本发明公开了一种超声波振动绳索取心钻具，其电池向压电陶瓷振动器供电，可以提供不同频率的高频电压，使压电陶瓷振动器激发出超声波振动。产生的超声波振动经过外管、钻头体传至岩石，并对岩石进行共振破碎。电池和压电陶瓷振动器与实心轴之间通过轴承保持了岩心管的单动特性。此装置便于更换，极大的扩展了超声波钻进的应用范围，减小了钻进周期，提高了绳索取心钻进的速度。
【IPC分类】E21B7/24, E21B1/00, E21B25/02
【公开号】CN105507804
【申请号】CN201610051518
【发明人】赵大军, 周宇, 张书磊, 翟国兵, 王美艳, 刘华南, 孙梓航, 尹崧宇, 袁鹏, 戚波, 孙雪娇
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月26日