本实用新型专利技术涉及的是石油和天然气或高温岩体地热能源工程领域中的一种利用毫米波电磁能辅助破岩的钻井装置，方钻杆之上水龙头之下设置有光纤接口装置，光纤连接至接口装置，并通过波导顺序与隔离器、大功率毫米波回旋管连接，大功率毫米波回旋管通过电缆由电源供电；方钻杆、钻杆、钻铤内均设有光纤通道，内部安装有光纤，钻头内设置有喷嘴，喷嘴的外围钻头体内封装1-3个毫米波天线，在钻头体内与每个毫米波天线亦对应设有光纤通道。本实用新型专利技术的有益效果是：毫米波天线直接安装在钻头上，钻头在破岩切削的同时，毫米波能够同时对岩石进行熔化破岩，改变岩石特性的同时，增加主动破岩效果，可以提高坚硬岩石机械钻速，提高经济效益。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及的是石油和天然气或高温岩体地热能源工程领域中的钻井装置，特别涉及的是利用毫米波电磁能强束辅助机械旋转破岩的毫米波辅助钻井装置。
技术介绍
目前，机械旋转钻井技术已基本成熟，多年来，机械旋转钻井技术在石油和天然气的勘探开发中发挥了巨大的作用。近年来，随着深部地层中埋藏的常规和非常规油气以及高温岩体地热能源的开发利用，所钻深井数量逐年增加，但深部地层岩石致密坚硬、可钻性差，应用机械旋转钻井技术进行钻井施工机械钻速极慢，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。面对日益复杂的钻井地质条件和对钻井技术提出“优、快、省、HSE”的要求，为解决深部地层坚硬岩石破岩难题，钻井技术不断革新。自20世纪60年代激光技术兴起以来，国内外专家学者对I?10 μ m波长的激光定向能钻井方法进行了 50多年的研究，虽然理论研究证实激光钻井方法可显著提高机械钻速，降低钻井施工成本，但至今仍未见到穿透深度超过I米的任何文字记录，更未能付诸现场应用。毫米波指的是波长为I?10毫米，工作频率为30?300GHz的电磁波，它位于微波与远红外波相交叠的波长范围，因而兼有两种波谱的特点。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。近十几年来，毫米波技术的发展十分迅速，而发展毫米波器件一直是发展毫米波技术的先导，回旋管结构上的特点使其成为毫米波段的实用的一种大功率器件。在国际聚变能发展计划实施过程中，工作频率为110?170GHz毫米波，回旋管连续波输出功率等级已达到IMff，毫米波功率转换效率超过50 %。在用于连续波发射的短脉冲状态工作模式下，工作频率为200?300GHz的毫米波，回旋管连续波输出功率等级也达到1丽。毫米波电磁波谱范围可克服激光波谱范围的局限性，波长足够长，可更有效率传播通过充满小颗粒的传播通道，不会出现散射或吸收损失，但波长也足够短，很容易聚焦进行局部加热。而且，毫米波大功率源能量更高、更有效率、成本更低，因此，应用毫米波强束能够钻进更深地层、机械钻速快。美国麻省理工学院等离子体科学和熔化中心研究科学家Paul Woskov等人的研究结果表明，当比能接近25kJ/cm3，功率密度为100kW/cm2时，机械钻速可达100m/h，这几乎比传统机械旋转钻井技术在深层高温岩体地热钻井中实现的机械钻速高100倍。
技术实现思路
本技术的目的在于提供毫米波辅助钻井装置，可解决深部地层钻井机械钻速慢、施工成本高的难题，克服了传统机械钻井技术的不足，能够避免钻头严重磨损，减少起下钻次数，显著提高机械钻速，适合于深、超深部坚硬地层钻井施工。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是:这种毫米波辅助钻井装置包括地面部分和地下部分，在地面之下的井筒中，与位于地面之上方钻杆连接的钻具向下延伸到井筒内并达到井筒的底部，钻具由钻杆、钻铤和专用钻头组成；地面井口处安装有套管头，钻杆通过水龙头连接到气体压缩增压装置；方钻杆之上水龙头之下设置有光纤接口接头，可通过光纤连接至接口装置，并通过波导顺序与隔离器、大功率毫米波回旋管连接，大功率毫米波回旋管通过电缆由电源供电；井筒通过表层套管与套管头连接，套管头连接有导管。上述方案中方钻杆、钻杆、钻铤内均设有光纤通道，内部安装有光纤，钻头内设置有喷嘴，喷嘴的外围钻头体内封装1-3个毫米波天线，在钻头体内与每个毫米波天线亦对应设有光纤通道。上述方案中气体压缩增压装置由空气压缩机组和增压机组组成，用于给二氧化碳、氮气气源提供高压压力。上述方案中光纤接口接头可提供来自接口装置的光纤与方钻杆内光纤的连接接口，不仅可随着方钻杆旋转，而且还拥有钻井液循环通道。上述方案中波导为金属波导，可为圆形或矩形。上述光纤为利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。本技术的有益效果是:毫米波天线直接安装在专用钻头上，钻头在破岩切削的同时，毫米波定向能同时对岩石进行恪化破岩，改变岩石特性的同时，有一定的主动破岩效果，可以提高坚硬岩石机械钻速，节省钻井周期，降低钻井成本，提高经济效益。【附图说明】图1是本技术的结构示意图。图2是底部钻具横截面示意图。图中:I井筒，2钻杆，3钻铤，4专用钻头，5水龙头，6光纤接口接头，7方钻杆，8光纤，9接口装置，10隔离器，11波导，12大功率毫米波回旋管，13电缆，14电源，15套管头，16导管，17压缩气供应装置，18高压软管，19喷嘴，20毫米波天线，21光纤通道，22光纤，23钻井液通道【具体实施方式】下面结合附图对本技术的技术方案进行详细说明:本技术包括地面部分和地下部分，在地面之下的井筒I中，与位于地面之上方钻杆7连接的钻具向下延伸到井筒I内并达到井筒I的底部，钻具由钻杆2、钻铤3和专用钻头4组成；地面井口处安装有套管头15，钻杆2通过水龙头5连接到气体压缩增压装置17，形成进气通道；方钻杆7之上水龙头5之下设置有光纤接口接头6，可通过光纤8连接至接口装置9，并通过波导11顺序与隔离器10、大功率毫米波回旋管12连接，隔离器10可吸收反射回来的那部分毫米波，以免对大功率毫米波回旋管12造成损害，大功率毫米波回旋管12通过电缆13由电源14供电；井筒I通过表层套管与套管头15连接，套管头15连接有导管16，可将返出的气体排至大气中，固相颗粒排至排污池中。方钻杆7、钻杆2、钻铤3内均设有光纤通道21，内部安装有光纤22，钻头内设置有喷嘴19，喷嘴19的外围钻头体内封装1-3个毫米波天线20，在钻头体内与每个毫米波天线20亦对应设有光纤通道21。气体压缩增压装置17由空气压缩机组和增压机组组成，用于给空气、氮气气源提供高压压力。光纤接口接头6可提供来自接口装置9的光纤8与方钻杆内光纤22的连接接口，不仅可随着方钻杆旋转，而且还拥有钻井液循环通道。波导11为金属波导，可为圆形或矩形。光纤8和22为利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。钻井施工中，气体压缩增压装置17供应的空气或氮气由高压软管18通过水龙头进入方钻杆7经钻具至井底，在专用钻头4旋转破岩的同时，毫米波天线20发射的毫米波强束熔化岩石，产生的高温粉尘经气体冷却形成固相颗粒，并经井筒I与钻具之间的环形空间携带至地面。需要说明的是，上述实施例围绕在旋转钻井体系工况下的毫米波辅助钻井装置。基于本技术给出的技术方案也可以采用其他方式实现。【主权项】1.一种毫米波辅助钻井装置，包括地面部分和地下部分，其特征是在地面之下的井筒中，与位于地面之上方钻杆连接的钻具向下延伸到井筒内并达到井筒的底部，钻具由钻杆、钻铤和钻头组成；地面井口处安装有套管头，钻杆通过水龙头连接到气体压缩增压装置；方钻杆之上水龙头之下设置有光纤接口装置，光纤一端连接至接口装置，另一端通过波导依次与隔离器、大功率毫米波回旋管连接，大功率毫米波回旋管通过电缆由电源供电；井筒通过表层套管与套管头连接，套管头连接有导管。2.按照权利要求1所述的一种毫米波辅助钻井装置，其特征在于方钻杆、钻杆、钻铤内均设有光纤通道，内部安装有光纤，钻头内设置有喷嘴，喷嘴的外围钻头体内封装1-3个毫米波天线，在钻头体内与每个毫米波天线亦对应设有光纤通道。3.本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种毫米波辅助钻井装置，包括地面部分和地下部分，其特征是在地面之下的井筒中，与位于地面之上方钻杆连接的钻具向下延伸到井筒内并达到井筒的底部，钻具由钻杆、钻铤和钻头组成；地面井口处安装有套管头，钻杆通过水龙头连接到气体压缩增压装置；方钻杆之上水龙头之下设置有光纤接口装置，光纤一端连接至接口装置，另一端通过波导依次与隔离器、大功率毫米波回旋管连接，大功率毫米波回旋管通过电缆由电源供电；井筒通过表层套管与套管头连接，套管头连接有导管。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：易灿，李冬梅，邱胜蓝，江胜宗，
申请(专利权)人：北京加华维尔能源技术有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。