中國石油大學(華東)鄭超獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉中國石油大學(華東)申請的專利一種旋轉掃掠式等離子射流破巖鉆頭及鉆井方法獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN120231481B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-09-12發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202510631235.9,技術領域涉及:E21B7/15;該發明授權一種旋轉掃掠式等離子射流破巖鉆頭及鉆井方法是由鄭超;韓延聰;劉永紅;趙文豪;劉昱鳴;武鑫磊;卞仁鵬;程勇杰設計研發完成,并于2025-05-16向國家知識產權局提交的專利申請。
本一種旋轉掃掠式等離子射流破巖鉆頭及鉆井方法在說明書摘要公布了:本發明公開了一種旋轉掃掠式等離子射流破巖鉆頭及鉆井方法,屬于鉆井工程技術領域,包括等離子射流鉆頭本體、導電滑環、空心軸、電機;等離子射流鉆頭本體包括陽極電極,陽極電極內部設置放電腔室;陽極電極面向導電滑環的一端與陽極基座固連,陽極基座徑向內側與陰極基座絕緣連接,陰極基座內部設置陰極電極;放電腔室遠離陰極電極的一端貫通陽極電極的射流端形成陽極噴嘴;放電腔室的中心軸線與等離子射流鉆頭本體的中心軸線之間存在傾斜夾角。本發明在鉆井過程中,使由陽極噴嘴噴射的等離子體旋轉畫圓形成動態射流,在巖石表面形成圓形燒蝕軌跡,增大了破巖孔徑。
本發明授權一種旋轉掃掠式等離子射流破巖鉆頭及鉆井方法在權利要求書中公布了:1.一種旋轉掃掠式等離子射流破巖鉆井方法,基于旋轉掃掠式等離子射流破巖鉆頭進行實施,其特征在于,所述旋轉掃掠式等離子射流破巖鉆頭,包括沿軸向依次同軸固定連接的等離子射流鉆頭本體、導電滑環、空心軸,所述空心軸的另一端與電機的輸出端進行同軸固定連接;等離子體氣管、冷卻液進管、冷卻液回流管及電纜從空心軸中心孔穿過,不隨外部結構旋轉; 所述等離子射流鉆頭本體包括陽極電極,所述陽極電極內部設置貫通的放電腔室; 所述陽極電極面向導電滑環的一端與陽極基座固連,所述陽極基座的徑向內側與陰極基座進行絕緣連接,所述陰極基座內部固定設置有伸入到放電腔室內的陰極電極; 所述陰極電極的中心軸線與放電腔室的中心軸線共線; 所述放電腔室遠離陰極電極的一端貫通陽極電極的射流端形成陽極噴嘴; 所述陰極電極遠離陽極噴嘴的端部中心點位于等離子射流鉆頭本體的中心軸線上; 所述放電腔室的中心軸線與等離子射流鉆頭本體的中心軸線之間存在傾斜夾角; 所述放電腔室的中心軸線與陽極電極射流端的交點、陽極電極射流端中心點之間的距離是L1,所述放電腔室的長度為L2,L1與L2比值的范圍為1:8~1:6; 通過放電腔室、陰極電極相對于等離子射流鉆頭本體中心軸線的傾斜設置,使放電腔室的中心軸線與陽極電極射流端的交點偏離陽極電極射流端中心點,結合電機對等離子射流鉆頭本體旋轉的控制,在鉆井過程中,使由陽極噴嘴噴射的等離子體旋轉畫圓形成動態射流,在巖石表面形成圓形燒蝕軌跡,增大了破巖孔徑; 所述鉆井方法包括以下步驟: 向放電腔室內輸入工作介質,工作介質在放電腔室內電離為等離子體,等離子體經陽極噴嘴噴射形成傾斜射流; 電機通過空心軸、導電滑環驅動等離子射流鉆頭本體旋轉,使傾斜射流旋轉畫圓形成動態射流,在巖石表面形成圓形燒蝕軌跡,實現旋轉掃掠式等離子射流破巖,增大破巖孔徑; 等離子射流鉆頭本體旋轉產生的離心力會分散射流熱負荷,使得弧根附著點不斷跳躍移動,無法固定在某個位置加重燒蝕,延長陽極噴嘴壽命;傾斜的動態等離子射流可以極大減弱射流反蝕,延長等離子鉆頭的壽命;等離子射流鉆頭本體旋轉使等離子體射流形成動態射流,動態射流避免了對破碎坑內已經融化的巖漿進行反復加熱,減少了能量的浪費,降低了破巖比能,同時熱應力作用范圍擴大,增大了脆性巖石內部的裂縫生長。
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