利用液體空化效應(yīng)的輔助碎巖裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種利用超聲振動產(chǎn)生的空化效應(yīng)輔助破碎巖石,提高碎巖速度,并促進巖肩上返的鉆井技術(shù),該技術(shù)主要應(yīng)用于石油鉆井、地質(zhì)鉆探、水文水井、工程施工、礦山豎井、隧道開挖施工等領(lǐng)域。具體地說是一壓電陶瓷式超聲波振動輔助裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]液體中的微氣核空化泡在聲波的作用下振動,當(dāng)聲壓達到一定值時發(fā)生的生長和崩潰的動力學(xué)過程為超聲波空化現(xiàn)象。超聲波能夠引起質(zhì)點振動,質(zhì)點振動的加速度與超聲頻率的平方成正比。幾十千赫茲的超聲在正常溫度與壓力的液體中會產(chǎn)生瞬時的高溫(高于5000K)和高壓(50GPa),加上液體中微量溶解的氧對巖石的化學(xué)腐蝕作用,對巖石產(chǎn)生極強的汽蝕作用。一方面破壞巖石顆粒間的吸附力,另一方面也會引起巖石表層的的破壞而脫落。氣泡還能“鉆入”裂縫中做振動,加速巖石的破碎。這種對巖石的破壞作用稱為空化效應(yīng)。
[0003]空化氣泡在振動過程中會使液體本身產(chǎn)生環(huán)流,即所謂聲流。它可使振動氣泡表面存在很高的速度梯度和粘滯應(yīng)力,促進巖石的破壞和巖石表層的脫落,超聲空化在固體和液體表面上所產(chǎn)生的高速微射流能夠除去或削弱邊界巖層,腐蝕巖層表面,增加攪拌作用,加速巖層表面與巖層本體的剝離速度。此外,超聲振動引起質(zhì)點很大的振動速度和加速度,使巖粉、巖肩受到頻繁而激烈的沖擊不易附著在鉆具表面,很好的解決了鉆具的泥包問題。
[0004]鉆頭的材料采用韌性高、穩(wěn)定性高的鈦合金或鉻鋼,可使鉆頭本體不受空化效應(yīng)的影響。
[0005]超聲波空化效應(yīng)的應(yīng)用范圍很廣,涉及到超聲清洗、礦物化學(xué)處理、萃取與分離、合成與降解等領(lǐng)域。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的是提供一種利用液體空化效應(yīng)的輔助碎巖裝置,該裝置利用超聲波尚頻振動及液體廣生的空化效應(yīng)加速巖石的破碎,提尚鉆進效率。
[0007]本實用新型是由驅(qū)動電源、振動系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)三部分組成,振動系統(tǒng)包括有蘭杰文振子、下鉆頭體、上鉆頭體、隔水槽和切削齒;傳動系統(tǒng)包括有托板、第一鉆桿防水接頭、電纜和第二鉆頭防水接頭;
[0008]所述下鉆頭體的上端面對稱布置多個蘭杰文振子,通過螺釘將蘭杰文振子和下鉆頭體連接起來,每兩個連線通過下鉆頭體上表面圓心的蘭杰文振子為一組,驅(qū)動電源可驅(qū)動單組蘭杰文振子獨立工作,亦可多組并聯(lián)使用。每組蘭杰文振子的驅(qū)動相位角相差90°。針對不同硬度的地層,選擇驅(qū)動蘭杰文振子的組數(shù)。
[0009]下鉆頭體和上鉆頭體通過螺紋連接的方式連接在一起。
[0010]隔水槽為圓環(huán)形凹槽,隔水槽密封罩設(shè)在蘭杰文振子上,具體安裝結(jié)構(gòu)是,隔水槽通過法蘭盤用固定螺釘連接在下鉆頭體的上表面上,隔水槽與下鉆頭體的上表面之間放有密封墊圈,防止漏水,隔水槽對應(yīng)的蘭杰文振子位置的內(nèi)表面開有通孔,并安裝機械密封件,用于布置電線,通孔位于隔水槽內(nèi)表面的中間水平面位置。隔水槽一方面能將蘭杰文振子與液體隔開防止漏電,另一方面還可以防止液體及雜質(zhì)對蘭杰文振子的沖擊作用,進而保護蘭杰文振子。
[0011]每節(jié)鉆桿的外螺紋附近都裝有第二托板,第二托板位于鉆桿內(nèi)部和螺紋的下端,第二托板用于支撐第一鉆桿防水接頭,上鉆頭體的內(nèi)部和外螺紋下端處設(shè)有第一托板,第一托板用于支撐第二鉆頭防水接頭。
[0012]第二托板和第一托板中間均具有圓環(huán),電纜穿過該圓環(huán),第一支撐鉆桿防水接頭套在電纜外并位于第二托板上,第二鉆頭防水接頭套在電纜外并位于第一托板上。
[0013]蘭杰文振子是由上端蓋、壓電陶瓷片、銅片、下端蓋和預(yù)應(yīng)力螺釘組成,預(yù)應(yīng)力螺釘將上端蓋、壓電陶瓷片和下端蓋依次固定在一起,上端蓋與壓電陶瓷片之間以及壓電陶瓷片與下端蓋之間均夾設(shè)銅片。
[0014]所述的上端蓋采用不銹鋼材料,下端蓋采用鋁合金材料,下端蓋為喇叭形或圓柱形。
[0015]鉆桿內(nèi)的電纜通過鉆桿第一防水接頭連接在一起,鉆頭內(nèi)的電纜通過第二鉆頭防水接頭與蘭杰文振子的電線連接在一起。
[0016]驅(qū)動電源與電纜電連接,驅(qū)動電源通過電纜給蘭杰文振子供電,驅(qū)動其進行工作。下鉆頭體具有切削齒。
[0017]本實用新型之一種利用液體空化效應(yīng)的輔助碎巖方法,該方法包括以下步驟:
[0018]a、連接好上鉆頭體和下鉆頭體,將上鉆頭體內(nèi)的第二鉆頭防水接頭與第一托板固定。
[0019]b、連接鉆桿時,先將電纜的第一鉆桿防水接頭連接好,再連接鉆桿。
[0020]c、驅(qū)動電源接電,驅(qū)動蘭杰文振子工作。
[0021]d、針對較軟地層選擇驅(qū)動一至二組蘭杰文振子工作,針對較硬或復(fù)雜地層驅(qū)動三組蘭杰文振子一同工作。
[0022]e、卸鉆桿時,驅(qū)動電源調(diào)至關(guān)閉狀態(tài),先將鉆桿擰開,再將第一鉆桿防水接頭擰開,之后卸下鉆桿并放置于規(guī)定位置。
[0023]f、泥漿通過鉆桿的中心通道運輸至鉆頭底部,接通驅(qū)動電源,蘭杰文振子開始工作,結(jié)合鉆具自身的回轉(zhuǎn)鉆進,再加上利用超聲波使液體產(chǎn)生的空化效應(yīng)及高頻振動對巖石的疲勞破碎效果,起到高效鉆進的效果。
[0024]本實用新型的有益效果:
[0025]1、本實用新型不僅將振動系統(tǒng)放置于鉆頭體的下部,提高了振動傳遞效率,而且超聲振動碎巖將空化效應(yīng)破碎、疲勞破碎及鉆具回轉(zhuǎn)三者合一,很大程度的提高了碎巖效果,提高了鉆進效率。
[0026]2、解決了鉆具的泥包問題。
[0027]3、提高了泥漿攜削上返的能力。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型的碎巖裝置剖視圖。
[0029]圖2為蘭杰文振子的剖視圖。
[0030]圖3為鉆桿的俯視圖。
[0031]1-下鉆頭體;2_第一托板;3_隔水槽;4_上鉆頭體;5_鉆桿;6_第二托板;7_第一鉆桿防水接頭;8_密封墊圈;9_蘭杰文振子;10_機械密封件;11_電纜;12_驅(qū)動電源;13-第二鉆頭防水接頭;14_切削齒;15_固定螺釘;16_上端蓋;17_壓電陶瓷片;18_銅片;19-下端蓋;20_預(yù)應(yīng)力螺釘;21_螺釘。
【具體實施方式】
[0032]請參閱圖1、圖2和圖3所示,本實用新型是由驅(qū)動電源12、振動系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)三部分組成,振動系統(tǒng)包括有蘭杰文振子9、下鉆頭體1、上鉆頭體4、隔水槽3和切削齒14 ;傳動系統(tǒng)包括有托板6、第一鉆桿防水接頭7、電纜11和第二鉆頭防水接頭13 ;
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