本技术公开了一种具有集束冲击喷嘴的等离子体钻头及钻井方法,属于钻井工程技术领域,包括钻头本体;钻头本体包括钻头外壳,钻头外壳内侧同轴设置阳极电极,钻头外壳、阳极电极之间形成环形流道,钻头外壳底端设置集束冲击喷嘴;阳极电极中部设置放电腔室;阳极电极顶端设置阳极基座,阳极基座内侧与阴极基座绝缘连接,阴极基座下端设置阴极电极;阳极基座上设置高压介质流道,高压介质流道顶端与高压介质管相连;阴极基座外侧壁上设置螺旋槽,阴极基座上端设置连通至螺旋槽的工作介质管,阳极电极上设置气膜孔。本发明通入高压气体时,使等离子射流随旋涡发生自旋,增大扫射面积,产生的破碎坑直径可以满足钻头进入的要求。
背景技术
随着对石油资源需求量的日益增加,钻井的深度也不断增加,破岩钻井的工程难度日益提升。传统的机械式破岩钻井技术在面对不同类型岩石时破岩效率会显著不同,且刀具损耗严重,难以满足苛刻的技术要求。等离子破岩技术作为一种新型的钻井技术,它是利用高压电离后产生的等离子射流熔化破碎岩石。该技术不受岩石的硬度与强度的影响,且无需与岩石直接接触,避免了刀具磨损,因此是一种可代替机械破岩技术的新式钻井破岩技术。
传统的等离子射流能量密度大,直径小,在岩石表面形成的破碎坑尺寸有限,等离子钻头无法进入井眼内。而且等离子钻头是通过热熔化的方式对岩石进行去除,产生的熔融岩浆堆积在破碎坑底,不断吸收等离子射流传输的热量,阻碍了射流进一步破岩,降低了能量利用率,限制了破岩效率的提升。熔融岩浆的粘度大,流动性差,传统的排屑方式,如气体排屑、泥浆排屑等,容易使岩浆迅速固化为整体,无法将岩浆从井下排出。
实现思路