1.一种水射流辅助滚刀钻井装置,其特征在于:由微型滚刀(1)、刮刀(2)、水射流喷嘴(3)、排渣口(4)、钻井液喷口(5)、中间刀(6)、刀臂(7)、刀座(8)、磨料通道(9)、高压水射流通道(10)、混合室(11)、钻井液通道(12)、高压水射流(13)、岩石碎屑(14)、水射流凹槽(15)、微裂隙(16)、岩石(17)构成;刀座(8)前端最外圈安装有水射流喷嘴(3)和刮刀(2);刀座(8)前端的中间位置布有中间刀(6),中间刀(6)刀体呈三角状;同时刀座(8)前端布有刀臂(7),均匀布置于刀座(8)前端;刀臂(7)上装有微型滚刀(1);刀座(8)前端开有钻井液喷口(5),钻井液喷口(5)与钻井液通道(12)连接;刀座(8)上开有排渣口(4),用于排掉钻掘过程中产生的所述岩石碎屑(14);水射流喷嘴(3)后端连有混合室(11),混合室(11)与磨料通道(9)及高压水射流通道(10)连接;
刀臂(7)分为高低两种姿态,一共为偶数个,高低两种姿态的刀臂(7)在钻头轴向方向上存在高度差,且高低两种姿态的刀臂(7)高低间隔均匀布置在刀座(8)上,便于岩渣的排出;单个刀臂(7)沿径向方向呈螺旋线状延伸,且离中间刀(6)中心越远,刀臂(7)沿轴线方向上的高度越高,以实现安装在刀臂(7)上的微型滚刀(1)沿轴向方向的高度差,便于微型滚刀(1)逐级切割岩石(17);
微型滚刀1在径向方向存在刀间距,其值在15mm到20mm之间,在轴向方向存在轴向间距,其值在10mm到15mm之间,微型滚刀(1)可以在摩擦力作用下发生被动转动,以实现滚动式摩擦切割岩石,减缓刀具磨损;微型滚刀(1)截面呈V形,以降低破岩过程中的破岩阻力。
2.根据权利要求1所述的一种水射流辅助滚刀钻井装置,其特征在于:水射流喷嘴(3)和刮刀(2)为偶数个,且两者间隔布置在刀座(8)前端最外圈;水射流喷嘴(3)直径不超过
2mm,水射流喷嘴(3)凹陷在刀座(8)前端内部3mm以内,刮刀(2)截面呈锯齿形。
3.根据权利要求1所述的一种水射流辅助滚刀钻井装置,其特征在于:刀臂(7)与刀座(8)通过焊接的方式连接为一个整体,所有的刀臂(7)末端延长线汇交于中间刀(6)上。
4.根据权利要求1所述的一种水射流辅助滚刀钻井装置,其特征在于:中间刀(6)与刀座(8)之间采用螺纹连接,便于磨损后拆卸更换。
5.根据权利要求1所述的一种水射流辅助滚刀钻井装置,其特征在于:高压水射流(13)与磨料在混合室(11)混合后从水射流喷嘴(3)喷出,磨料与高压水的混合比为3:7。
6.根据权利要求1所述的一种水射流辅助滚刀钻井装置,其特征在于:刀臂(7)上最外圈微型滚刀(1)与水射流凹槽(15)在径向方向存在临空距,其值在10mm到15mm之间;水射流喷嘴(3)与刀臂(7)上最外圈微型滚刀(1)刀尖在轴向方向上存在靶距,其值在25mm到30mm之间。
7.根据权利要求1所述的一种水射流辅助滚刀钻井装置,其特征在于:水射流喷嘴(3)喷出的高压水射流(13)随刀座(8)的旋转率先切割岩石(17),在岩石(17)表面形成环形的水射流凹槽(15)和微裂隙(16),进而构成自由面,随后微型滚刀(1)逐级切割岩石(17)形成岩石碎屑(14),逐级切割过程中每把微型滚刀(1)都是在前者造成的自由面条件下切割,中间刀(6)破碎岩石(17)的中心部分,岩石碎屑(14)由钻井液喷口(5)喷出的钻井液经排渣口(4)排出。