CN105804666A - 一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于钻井技术领域，尤其涉及一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，它包括井上施压机构、钻杆定位机构、自动加强钻头，其中钻杆定位机构安装在井上施压机构的钻杆上，自动加强钻头安装在井上施压机构的钻杆底端。井上施压机构通过螺纹结构螺纹配合施压，具有体积小，容易控制的优点；钻杆连接机构结构紧凑，能够保证在连接处的直径与钻杆杆身直径一致，避免了过大的钻杆连接结构对钻井井面的破坏；钻杆定位机构使用了三组伸出杆能够将钻杆定位于中心，而且压轮可以加固井面；自动加强钻头可以根据岩石的软硬自动通过控制电机调节加强片，进而延长钻头的使用寿命；整个钻井平台具有较好的实用效果。

Description

一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构

所属技术领域

本发明属于钻井技术领域，尤其涉及一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构。

背景技术

背景1、目前对于钻井的施压机构而言，钻井设备较为复杂，造成了设备的制造成本和使用成本非常高，引起了物力和财力的大大损失。

对于钻深井而言，一根钻杆(钻柱)的长度肯定无法满足深度要求，这就要求多根钻杆连接起来使用。目前钻井所用的钻杆连接结构的外形尺寸均大于钻杆本身，在钻杆旋转带动钻头钻井的过程中，过大的钻杆连接结构很可能会对已钻好的井身产生干涉，从而破坏已钻好的井身，造成不必要的麻烦。

背景2、目前钻深井的钻头井下定位使用雷达波或者其他无线定位技术，但是往往还是具有一定的误差，特别是钻井达到一定的深度时，即使简单的钻直井，其钻头的走向还是不容易精确控制的。在钻头钻井过程中，钻头的旋转轴线与钻井井面轴线可能不共线或者成一定的角度，此时所钻出的井是斜的，即使使用上无线定位设备，当出现钻井钻斜时即使修正钻头的走向，能够在一定程度上补偿，但是在钻斜和补正过程中，井面是成阶梯形的，钻井的井面精度低，甚至还需要二次加工，费时费力。

背景3、目前钻井所用的钻头大多为整体铸造或者锻造，针对不同深度具有不同硬度的岩石层的钻井，或者单一的使用较硬的钻头或者根据所钻的岩石层实时更换钻头已达到钻井的目的。这两者均有一定的问题，对于前者在钻较软的岩石层时或多或少对钻头产生了磨耗，这个过程中所耗费的成本比用相对软的钻头钻较软的岩石层所耗费的成本要高，很不划算；对于后者，要经常更换钻头造成时间成本的提高。

本发明设计一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构解决如上三个问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，它是采用以下技术方案来实现的。

一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：它包括井上施压机构、钻杆定位机构、自动加强钻头，其中钻杆定位机构安装在井上施压机构的钻杆上，自动加强钻头安装在井上施压机构的钻杆底端；

上述井上施压机构包括钻杆固定机构滑槽、第一转轴、第一转轴支撑环、支撑环支撑、支撑环支撑架、第二齿轮、第一齿轮、驱动电机转轴、螺纹施压机构、驱动电机、施压机构支撑、螺纹施压机构支板、空心驱动转轴孔、钻杆杆身、钻杆连接结构、钻杆固定机构、空心驱动转轴，其中第一转轴为中心开有钻杆固定机构滑槽的空心圆柱体，第一转轴安装在第一转轴支撑环上，第一转轴支撑环安装在支撑环支撑上，支撑环支撑安装在支撑环支撑架上，支撑环支撑架安装在螺纹施压机构支板上，螺纹施压机构支板安装在施压机构支撑上，施压机构支撑安装在地面；螺纹施压机构安装在螺纹施压机构支板上；驱动电机安装在螺纹施压机构支板下侧，驱动电机转轴安装在驱动电机上且穿过螺纹施压机构支板，第一齿轮安装在驱动电机转轴上，第二齿轮安装在第一转轴下侧，第一齿轮与第二齿轮啮合；

上述螺纹施压机构包括第一螺纹结构、第一螺纹结构弹簧支撑、第一螺纹结构弹簧、螺纹结构导轨、电磁铁、第二螺纹结构、第二螺纹结构弹簧、第二螺纹结构弹簧支撑、螺纹结构底座，其中两个螺纹结构底座并列安装在螺纹施压机构支板上，对于任意一个螺纹结构底座，其两端上各安装有第一螺纹结构弹簧支撑和第二螺纹结构弹簧支撑，第一螺纹结构通过第一螺纹结构弹簧安装在第一螺纹结构弹簧支撑上，第二螺纹结构通过第二螺纹结构弹簧安装在第二螺纹结构弹簧支撑上；第一螺纹结构和第二螺纹结构均通过螺纹结构导轨安装在螺纹结构底座上；螺纹施压机构支板上开有空心驱动转轴孔，空心驱动转轴穿过空心驱动转轴孔；两块电磁铁分别安装在两个螺纹结构底座中间；

上述两个钻杆固定机构对称地安装在空心驱动转轴一端，且两个钻杆固定机构滑动于钻杆固定机构滑槽中；空心驱动转轴外表面具有螺纹且与螺纹结构中的螺纹配合；上述钻杆杆身为实体圆柱体；任意两根钻杆杆身由钻杆连接结构连接；

上述钻杆固定机构包括钻杆固定块复位弹簧、钻杆固定块复位弹簧支撑、钻杆固定机构外壳、钻杆固定块干涉板、钻杆固定块、钻杆固定块支撑、钻杆固定块复位弹簧腔、钻杆固定块支撑滑孔、钻杆固定块腔，其中钻杆固定机构外壳为开有钻杆固定块复位弹簧腔和钻杆固定块支撑滑孔的空壳且安装在空心驱动转轴上；空心驱动转轴在安装有钻杆固定机构外壳处开有钻杆固定块腔；钻杆固定块复位弹簧支撑安装在钻杆固定机构外壳上；钻杆固定块复位弹簧一端安装在钻杆固定块复位弹簧支撑上，另一端安装在钻杆固定块干涉板上；钻杆固定块支撑一端安装在钻杆固定块干涉板上，另一端安装在钻杆固定块上；钻杆固定块复位弹簧、钻杆固定块干涉板安装在钻杆固定块复位弹簧腔内，钻杆固定块支撑安装在钻杆固定块支撑滑孔内，钻杆固定块安装在钻杆固定块腔内；

上述钻杆固定块中，以钻杆固定块支撑和钻杆固定块接触面为基准面，钻杆固定块一端面与基准面成45度，另一端面与基准面成90度，且钻杆固定块中间开有凹槽，凹槽将固定块基准面的对面分成两部分，一部分为斜面，另一部分为平面；

上述钻杆连接结构包括钻杆尾端、钻杆内杆、钻杆连接外套、钻杆首端卡孔、钻杆首端、钻杆连接第一卡块限位板、钻杆连接第一卡块滑套、钻杆连接第一卡块固定板、钻杆连接第一卡块、钻杆连接第一卡块安装卡板、钻杆连接第二卡块限位板、钻杆连接第二卡块滑套、钻杆连接第二卡块固定板、钻杆连接复位弹簧、钻杆连接第二卡块安装卡板、钻杆连接第二卡块、钻杆连接卡块限位板滑孔、钻杆连接卡块滑槽、钻杆连接卡块安装孔、卡块安装卡板定位槽、钻杆连接外套卡孔，其中钻杆连接外套安装在钻杆尾端，钻杆连接外套圆柱面上对称地开有两个钻杆连接外套卡孔；钻杆内杆安装在钻杆首端；钻杆内杆径向方向开有一个通孔，通孔的两端孔形状对称分布，从通孔一端到另一端分别由一侧的钻杆连接卡块滑槽和钻杆连接卡块安装孔、钻杆连接卡块限位板滑孔、另一侧的钻杆连接卡块滑槽和钻杆连接卡块安装孔组成，钻杆连接卡块滑槽对称分布于钻杆连接卡块安装孔两侧且钻杆连接卡块滑槽与钻杆连接卡块安装孔内部想通；

上述钻杆连接第一卡块通过钻杆连接第一卡块固定板安装在钻杆连接第一卡块滑套一端，钻杆连接第一卡块滑套另一端安装有钻杆连接第一卡块限位板；上述钻杆连接第二卡块通过钻杆连接第二卡块固定板安装在钻杆连接第二卡块滑套一端，钻杆连接第二卡块滑套另一端安装有钻杆连接第二卡块限位板；钻杆连接第一卡块和钻杆连接第二卡块分别对称安装在钻杆内杆上相互对称的两个钻杆连接卡块滑槽内，钻杆连接第一卡块滑套和钻杆连接第二卡块滑套分别对称安装在钻杆内杆上相互对称的钻杆连接卡块安装孔上；在钻杆连接卡块滑槽和钻杆连接卡块限位板滑孔过渡处开有卡块安装卡板定位槽，钻杆连接第一卡块安装卡板和钻杆连接第二卡块安装卡板分别对称的安装在两个卡块安装卡板定位槽上；钻杆连接第一卡块限位板和钻杆连接第二卡块限位板均运动于钻杆连接卡块限位板滑孔、连接第二卡块安装卡板、连接第一卡块安装卡板之间组成的空间内；钻杆连接复位弹簧一端安装在钻杆连接第一卡块滑套内，另一端安装在钻杆连接第二卡块滑套内；

上述钻杆首端上对称地开有钻杆首端卡孔，钻杆固定块的一部分与钻杆首端卡孔配合；

上述钻杆定位机构包括定位机构驱动齿端面、半圆卡盘转动副、第一半圆卡盘、第二半圆卡盘、钻杆杆身、伸出杆机构，其中第一半圆卡盘和第二半圆卡盘通过半圆卡盘转动副连接且组成一个中间有孔的圆卡盘；钻杆杆身首端偏中间位置处加工有定位机构驱动齿端面；在两个半圆卡盘组成的圆卡盘上均匀安装有三组伸出杆机构，在三组伸出杆机构上安装有另外一组由第一半圆卡盘和第二半圆卡盘组成的圆卡盘，三层结构组成的机构的中间孔与定位机构驱动齿端面正对配合；

上述三组伸出杆机构通过布置保证有且仅有一组伸出杆机构跨过半圆卡盘接缝；对于未跨过半圆卡盘接缝的两组伸出杆机构，其结构完全相同，对于其中任意一个，伸出杆机构包括柔性压轮、伸出杆导轨顶板、压轮弹簧第一支撑、伸出杆行止板、压轮支撑行止板、压轮弹簧、压轮弹簧第二支撑、压轮第一支撑、伸出杆齿、伸出杆第一齿轮、伸出杆第二齿轮、伸出杆导轨第一侧板、伸出杆弹簧、伸出杆弹簧第二支撑、伸出杆导轨第二侧板、压轮转轴、压轮偏距结构、偏距结构转轴、压轮第二支撑、伸出杆、伸出杆弹簧第一支撑、伸出杆弹簧支撑滑孔、伸出杆齿孔、压轮第一支撑转轴、导轨合成间隙，其中伸出杆导轨顶板安装在卡盘上，伸出杆导轨第一侧板、伸出杆导轨第二侧板相互平行地安装在卡盘上，且伸出杆导轨顶板一侧与伸出杆导轨第一侧板连接，伸出杆导轨顶板另一侧与伸出杆导轨第二侧板连接；伸出杆导轨第一侧板上开有长方形的伸出杆齿孔，伸出杆导轨第二侧板上开有伸出杆弹簧支撑滑孔；伸出杆一端安装在导轨中，伸出杆弹簧第二支撑安装在伸出杆面向伸出杆导轨第二侧板的一面且滑动于伸出杆弹簧支撑滑孔中；伸出杆齿安装在伸出杆面向伸出杆导轨第一侧板的一面且穿过伸出杆齿孔；伸出杆弹簧第一支撑安装在伸出杆导轨顶板侧面；伸出杆弹簧一端安装在伸出杆弹簧第一支撑上，另一端安装在伸出杆弹簧第二支撑上；伸出杆第一齿轮和伸出杆第二齿轮通过转轴安装在卡盘上，伸出杆第一齿轮与伸出杆第二齿轮相互啮合，伸出杆第一齿轮与伸出杆齿啮合，伸出杆第二齿轮与定位机构驱动齿端面啮合；压轮弹簧第一支撑安装在伸出杆一端的侧面，压轮第一支撑转轴安装在伸出杆一端，压轮第一支撑通过压轮第一支撑转轴安装在伸出杆一端；压轮弹簧第二支撑安装在压轮第一支撑侧面，压轮弹簧一端安装在压轮弹簧第一支撑上，另一端安装在压轮弹簧第二支撑上；伸出杆行止板安装在伸出杆一端的上侧，压轮支撑行止板安装在压轮第一支撑上侧；伸出杆行止板与压轮支撑行止板互相配合限位；压轮第二支撑一端安装在压轮第一支撑一端，压轮第二支撑另一端安装有偏距结构转轴；压轮偏距结构安装在偏距结构转轴上，柔性压轮通过压轮转轴安装在压轮偏距结构上；

上述三组伸出杆机构中，对于跨过半圆卡盘接缝的伸出杆机构，伸出杆导轨第一侧板和伸出杆导轨第二侧板由两部分组成，均分布安装于两个半圆卡盘上，当半圆卡盘结合后形成导轨合成间隙；对于其他结构该组伸出杆机构结构与其他两组机构完全相同；

上述自动加强钻头包括钻杆杆身、加强盖板、钻头支叉、钻杆杆身底孔、支叉加强腔、加强片控制电机、支叉圆柱钻削头、支叉方形钻削头、加强片固定结构、加强片支撑、加强片、加强片控制板、控制板螺纹环、控制电机螺纹转轴、加强片出口、控制板支撑、加强片连接片，其中三个钻头支叉互成120度组成钻头主体且均安装在钻杆杆身底端，钻杆杆身底端开有钻杆杆身底孔，加强片控制电机安装在钻杆杆身底孔内；

上述三个钻头支叉内部结构完全相同，对于任意一个钻头支叉，在钻头支叉上端开有支叉加强腔，加强盖板安装在支叉加强腔上；多个支叉圆柱钻削头并排一列安装在钻头支叉下端一侧，多个支叉方形钻削头并排一列安装在钻头支叉下端另一侧；在钻头支叉底端上的每一个支叉方形钻削头的前侧均开有加强片出口，每个加强片出口安装有加强片，加强片之间通过加强片连接片连接；每个加强片上侧分别与加强片支撑下侧固定，所有加强片支撑上侧安装在加强片控制板上；每个加强片连接片均安装在加强片固定结构上，加强片固定结构安装在支叉加强腔底部；加强片控制板通过控制板支撑安装在控制板螺纹环上，控制板螺纹环与控制电机螺纹转轴螺纹配合，控制电机螺纹转轴安装在加强片控制电机上。

作为本技术的进一步改进，上述钻杆连接结构连接两根钻杆，其中一根钻杆的钻杆首端上的钻杆连接第一卡块和钻杆连接第二卡块分别与另一根钻杆上的钻杆尾端的两个钻杆连接外套卡孔配合。

作为本技术的进一步改进，上述钻杆连接第一卡块限位板的直径等于钻杆连接第二卡块滑套内径，且恰好相互嵌套。

作为本技术的进一步改进，上述钻杆连接第一卡块滑套长度、钻杆连接第二卡块滑套长度、钻杆连接卡块滑槽深度三者相等。

作为本技术的进一步改进，上述钻杆连接第一卡块安装卡板中间开孔直径等于钻杆连接第一卡块滑套外径，钻杆连接第二卡块安装卡板中间开孔直径等于钻杆连接第二卡块滑套外径。

作为本技术的进一步改进，上述三组伸出杆机构的上层和下层的半圆卡盘组成的圆卡盘之间通过卡盘加固螺栓、卡盘锁合结构固定在一起。

作为本技术的进一步改进，上述半圆卡盘转动副包括卡盘转轴、第一卡盘第一支耳、第二卡盘圆环、第一卡盘第二支耳，其中第一卡盘第一支耳和第一卡盘第二支耳上下依次安装在第一半圆卡盘上，第二卡盘圆环安装在第二半圆卡盘上，第二卡盘圆环通过卡盘转轴安装在第一卡盘第一支耳和第一卡盘第二支耳之间。

作为本技术的进一步改进，上述伸出杆导轨第一侧板一端安装有第一侧板加强结构。

作为本技术的进一步改进，上述每一组伸出杆机构上，柔性压轮为两个，均安装在压轮转轴上，且位于压轮偏距结构两侧。

作为本技术的进一步改进，上述加强片控制电机底端与钻杆杆身底端平齐且均与钻头支叉上端接触固定。

作为本技术的进一步改进，上述钻头支叉数目可以为2、3、4、5个。

作为本技术的进一步改进，上述支叉圆柱钻削头可以分成多排安装在钻头支叉下端。

作为本技术的进一步改进，上述加强片控制电机可以在电机内部安装圆形充电电池。

相对于传统的钻井技术，本发明中钻杆定位机构安装在井上施压机构的钻杆上，自动加强钻头安装在井上施压机构的钻杆底端。井上施压机构通过螺纹结构螺纹配合施压，具有体积小，容易控制的优点；钻杆连接机构结构紧凑，能够保证在连接处的直径与钻杆杆身直径一致，避免了过大的钻杆连接结构对钻井井面的破坏；钻杆定位机构使用了三组伸出杆能够将钻杆定位于中心，而且压轮可以加固井面；自动加强钻头可以根据岩石的软硬自动通过控制电机调节加强片，进而延长钻头的使用寿命；整个钻井平台具有较好的实用效果。

相对于传统的钻井施压技术，本发明中钻杆固定机构将空心驱动转轴与钻杆杆身连接在一起，钻杆固定机构能够在钻杆固定机构滑槽中滑动，同时空心驱动转轴与螺纹结构螺纹配合；驱动电机转轴旋转通过齿轮组合带动第一转轴旋转，空心驱动转轴在第一转轴的带动下和螺纹结构作用下在旋转同时向下运动，对钻杆起到一个施压作用。

相对于传统的钻杆连接技术，本发明中一根钻杆的钻杆连接第一卡块、钻杆连接第一卡块滑套、钻杆连接第一卡块限位板组成一组滑动件，钻杆连接第二卡块、钻杆连接第二卡块滑套、钻杆连接第二卡块限位板组成另一组滑动件，两组滑动件相互嵌套伸缩。当两个滑动件伸开时，该钻杆连接第一卡块和钻杆连接第二卡块均伸出钻杆内杆外，并与另一根钻杆连接外套卡孔配合，起到对两根钻杆的连接作用；当对卡块施加径向压力时，两个滑动件相互嵌套，卡块运动到钻杆连接卡块滑套中，两根钻杆分离。本发明使用了结构紧凑的钻杆连接机构，能够保证在连接处的直径与钻杆杆身直径一致，避免了过大的钻杆连接结构对钻井井面的破坏，具有一定的实用效果。

相对于传统的钻井钻杆定位技术，本发明定位机构安装在钻杆杆身上的定位机构驱动齿端面上，两个半圆卡盘通过卡盘转动副连接，能够卡在钻杆杆身的驱动齿端面上；在卡盘上安装有齿轮、导轨和伸出杆，钻杆的转动能够带动齿轮传动，作用于伸出杆上的杆齿，使伸出杆伸出进而让安装在伸出杆上的压轮施压于井面，三组伸出杆机构能够将钻杆定位于井面中心，同时压轮能够对井面施压，防止井面脱落和崩塌，具有较好的实用效果。

相对于传统的钻井钻头技术，本发明中三个钻头支叉互成120度安装在钻杆杆身底端，加强片控制电机安装在钻杆杆身底端的底孔内，控制电机通过控制螺纹转轴转动利用螺纹配合调节加强片控制板高度，进而控制加强片在加强片出口的进出；当钻头钻较硬岩石时，支叉方形钻削头前侧会被加强片遮盖，起到加强钻削头强硬度的作用；当钻较软岩石时，加强片进入加强腔中，方形钻削头直接与岩石碰撞。本发明可以根据岩石的软硬自动通过控制电机调节加强片，进而延长钻头的使用寿命，具有较好的实用效果。

附图说明

图1是钻杆连接结构整体透视图。

图2是钻杆连接结构剖视图。

图3是钻杆内杆结构示意图。

图4是钻杆内杆结构剖视图。

图5是卡块及相关结构连接示意图。

图6是钻杆内杆内孔结构及安装卡板示意图。

图7是钻杆连接外套结构示意图。

图8是钻杆安装卡板及钻杆连接卡块滑槽结构示意图。

图9是钻杆拆分过程示意图。

图10是钻杆连接过程示意图。

图11是整体钻井施压机构结构示意图。

图12是第一转轴支撑环安装示意图。

图13是钻杆固定机构与钻杆配合结构剖视图。

图14是钻杆固定机构结构示意图。

图15是钻杆固定机构外壳内部结构示意图。

图16是钻杆固定块结构示意图。

图17是钻杆在空心驱动转轴内的安装示意图。

图18是齿轮啮合俯视图。

图19是空心驱动转轴与螺纹施压机构安装示意图。

图20是钻杆固定机构安装示意图。

图21是钻杆杆身连接示意图。

图22是螺纹施压机构结构示意图。

图23是螺纹施压机构俯视图。

图24是电磁铁作用示意图。

图25是定位机构整体示意图。

图26是定位机构驱动齿端面结构示意图。

图27是伸出杆机构结构示意图。

图28是伸出杆机构运行示意图。

图29是伸出杆机构俯视图。

图30是压轮相关结构安装示意图。

图31是导轨侧板结构及安装示意图。

图32是伸出杆安装及运动示意图。

图33是齿轮、伸出杆啮合原理示意图。

图34是半圆卡盘锁合及导轨合成间隙示意图。

图35是卡盘锁合结构和卡盘加固螺栓安装示意图。

图36是压轮运行原理图。

图37是压轮弹簧运行原理图。

图38是自动加强钻头结构示意图。

图39是钻杆杆身底孔结构示意图。

图40是加强片控制电机安装示意图。

图41是钻削头安装示意图。

图42是支叉加强腔内部结构示意图。

图43是钻削头分布及加强片出口位置示意图。

图44是加强片运动方式示意图。

图45是加强片运动单元结构示意图。

图46是加强片支撑与加强片控制板安装示意图。

图47是加强片运动单元结构俯视图。

图48是加强片固定结构安装示意图。

图49是加强片控制板在支叉加强腔中的安装示意图。

图50是控制板螺纹环与控制电机螺纹转轴配合示意图。

图中标号名称：1、钻杆尾端，2、钻杆内杆，3、钻杆连接外套，4、钻杆首端卡孔，5、钻杆首端，6、钻杆连接第一卡块限位板，7、钻杆连接第一卡块滑套，8、钻杆连接第一卡块固定板，9、钻杆连接第一卡块，10、钻杆连接第一卡块安装卡板，11、钻杆连接第二卡块限位板，12、钻杆连接第二卡块滑套，13、钻杆连接第二卡块固定板，14、钻杆连接复位弹簧，15、钻杆连接第二卡块安装卡板，16、钻杆连接第二卡块，17、钻杆连接卡块限位板滑孔，18、钻杆连接卡块滑槽，19、钻杆连接卡块安装孔，20、卡块安装卡板定位槽，21、钻杆连接外套卡孔，25、钻杆固定机构，29、空心驱动转轴，30、钻杆连接结构，32、钻杆杆身，33、钻杆固定块复位弹簧，34、钻杆固定块复位弹簧支撑，35、钻杆固定机构外壳，36、钻杆固定块干涉板，37、钻杆固定块，38、钻杆固定块支撑，39、钻杆固定块复位弹簧腔，40、钻杆固定块支撑滑孔，41、钻杆固定块腔，45、钻杆固定机构滑槽，46、第一转轴，47、第一转轴支撑环，48、支撑环支撑，49、支撑环支撑架，50、第二齿轮，51、第一齿轮，52、驱动电机转轴，53、螺纹施压机构，54、驱动电机，55、施压机构支撑，56、第一螺纹结构，57、第一螺纹结构弹簧支撑，58、第一螺纹结构弹簧，59、螺纹结构导轨，60、电磁铁，61、第二螺纹结构，62、第二螺纹结构弹簧，63、第二螺纹结构弹簧支撑，64、螺纹施压机构支板，65、螺纹结构底座，66、空心驱动转轴孔，68、柔性压轮，69、伸出杆机构，70、定位机构驱动齿端面，71、卡盘加固螺栓，72、伸出杆导轨顶板，73、压轮弹簧第一支撑，74、伸出杆行止板，75、压轮支撑行止板，76、压轮弹簧，77、压轮弹簧第二支撑，78、压轮第一支撑，79、卡盘锁合结构，80、伸出杆齿，81、伸出杆第一齿轮，82、伸出杆第二齿轮，83、伸出杆导轨第一侧板，84、伸出杆弹簧，85、伸出杆弹簧第二支撑，86、伸出杆导轨第二侧板，87、第一侧板加强结构，88、半圆卡盘转动副，89、压轮转轴，90、压轮偏距结构，91、偏距结构转轴，92、压轮第二支撑，93、伸出杆，94、第一半圆卡盘，95、第二半圆卡盘，96、伸出杆弹簧第一支撑，97、伸出杆弹簧支撑滑孔，98、伸出杆齿孔，99、卡盘转轴，100、第一卡盘第一支耳，101、第二卡盘圆环，102、第一卡盘第二支耳，103、压轮第一支撑转轴，104、导轨合成间隙，106、加强盖板，107、钻头支叉，108、钻杆杆身底孔，109、支叉加强腔，110、加强片控制电机，111、支叉圆柱钻削头，112、支叉方形钻削头，113、加强片固定结构，114、加强片支撑，115、加强片，116、加强片控制板，117、控制板螺纹环，118、控制电机螺纹转轴，119、加强片出口，120、控制板支撑，121、加强片连接片。

具体实施方式

本发明包括井上施压机构、钻杆定位机构、自动加强钻头，其中钻杆定位机构安装在井上施压机构的钻杆上，自动加强钻头安装在井上施压机构的钻杆底端。

如图11所示，上述井上施压机构包括钻杆固定机构滑槽、第一转轴、第一转轴支撑环、支撑环支撑、支撑环支撑架、第二齿轮、第一齿轮、驱动电机转轴、螺纹施压机构、驱动电机、施压机构支撑、螺纹施压机构支板、空心驱动转轴孔、钻杆杆身、钻杆连接结构、钻杆固定机构、空心驱动转轴，其中第一转轴为中心开有钻杆固定机构滑槽的空心圆柱体，第一转轴安装在第一转轴支撑环上，如图12所示，第一转轴支撑环安装在支撑环支撑上，如图19所示，支撑环支撑安装在支撑环支撑架上，支撑环支撑架安装在螺纹施压机构支板上，螺纹施压机构支板安装在施压机构支撑上，施压机构支撑安装在地面；螺纹施压机构安装在螺纹施压机构支板上；驱动电机安装在螺纹施压机构支板下侧，驱动电机转轴安装在驱动电机上且穿过螺纹施压机构支板，第一齿轮安装在驱动电机转轴上，第二齿轮安装在第一转轴下侧，如图18所示，第一齿轮与第二齿轮啮合。

如图22、23所示，上述螺纹施压机构包括第一螺纹结构、第一螺纹结构弹簧支撑、第一螺纹结构弹簧、螺纹结构导轨、电磁铁、第二螺纹结构、第二螺纹结构弹簧、第二螺纹结构弹簧支撑、螺纹结构底座，其中两个螺纹结构底座并列安装在螺纹施压机构支板上，对于任意一个螺纹结构底座，其两端上各安装有第一螺纹结构弹簧支撑和第二螺纹结构弹簧支撑，第一螺纹结构通过第一螺纹结构弹簧安装在第一螺纹结构弹簧支撑上，第二螺纹结构通过第二螺纹结构弹簧安装在第二螺纹结构弹簧支撑上；第一螺纹结构和第二螺纹结构均通过螺纹结构导轨安装在螺纹结构底座上；螺纹施压机构支板上开有空心驱动转轴孔，空心驱动转轴穿过空心驱动转轴孔；两块电磁铁分别安装在两个螺纹结构底座中间。如图24所示，当电磁铁通电对第一螺纹结构和第二螺纹结构产生吸引力后，第一螺纹结构和第二螺纹结构形成如螺栓一样的内螺纹，当空心驱动转轴转动时，空心驱动转轴因为外表面的外螺纹与螺纹结构发生配合而向上或者向下运动。

如图20所示，上述两个钻杆固定机构对称地安装在空心驱动转轴一端，且两个钻杆固定机构滑动于钻杆固定机构滑槽中；空心驱动转轴外表面具有螺纹且与螺纹结构中的螺纹配合；如图21所示，上述钻杆杆身为实体圆柱体；任意两根钻杆杆身由钻杆连接结构连接。本发明中，电机带动第一转轴转动，第一转轴通过钻杆固定机构滑槽带动空心驱动转轴转动，但是因为钻杆固定机构能够在滑槽中上下滑动，所以在螺纹结构的作用下，空心驱动转轴能够上下运动。

如图13所示，上述钻杆固定机构包括钻杆固定块复位弹簧、钻杆固定块复位弹簧支撑、钻杆固定机构外壳、钻杆固定块干涉板、钻杆固定块、钻杆固定块支撑、钻杆固定块复位弹簧腔、钻杆固定块支撑滑孔、钻杆固定块腔，其中如图15所示，钻杆固定机构外壳为开有钻杆固定块复位弹簧腔和钻杆固定块支撑滑孔的空壳且安装在空心驱动转轴上；空心驱动转轴在安装有钻杆固定机构外壳处开有钻杆固定块腔；如图14所示，钻杆固定块复位弹簧支撑安装在钻杆固定机构外壳上；钻杆固定块复位弹簧一端安装在钻杆固定块复位弹簧支撑上，另一端安装在钻杆固定块干涉板上；钻杆固定块支撑一端安装在钻杆固定块干涉板上，另一端安装在钻杆固定块上；钻杆固定块复位弹簧、钻杆固定块干涉板安装在钻杆固定块复位弹簧腔内，钻杆固定块支撑安装在钻杆固定块支撑滑孔内，钻杆固定块安装在钻杆固定块腔内。钻杆固定块、钻杆固定块支撑和钻杆固定块干涉板组成一个滑动整体，该整体能够在钻杆固定机构外壳内腔中滑动，钻杆固定块复位弹簧设计需要保证钻杆固定块能够在不受力的作用下伸出钻杆固定块腔。

如图16所示，上述钻杆固定块中，以钻杆固定块支撑和钻杆固定块接触面为基准面，钻杆固定块一端面与基准面成45度，另一端面与基准面成90度，且钻杆固定块中间开有凹槽，凹槽将固定块基准面的对面分成两部分，一部分为斜面，另一部分为平面。钻杆固定块的形状设计首先为了保证钻杆固定块能够固定钻杆，其次保证两根钻杆在连接配合时能够将钻杆固定块与原钻杆分开，然后与新连接的钻杆固定。

如图1、2所示，上述钻杆连接结构包括钻杆尾端、钻杆内杆、钻杆连接外套、钻杆首端卡孔、钻杆首端、钻杆连接第一卡块限位板、钻杆连接第一卡块滑套、钻杆连接第一卡块固定板、钻杆连接第一卡块、钻杆连接第一卡块安装卡板、钻杆连接第二卡块限位板、钻杆连接第二卡块滑套、钻杆连接第二卡块固定板、钻杆连接复位弹簧、钻杆连接第二卡块安装卡板、钻杆连接第二卡块、钻杆连接卡块限位板滑孔、钻杆连接卡块滑槽、钻杆连接卡块安装孔、卡块安装卡板定位槽、钻杆连接外套卡孔，其中如图7所示，钻杆连接外套安装在钻杆尾端，钻杆连接外套圆柱面上对称地开有两个钻杆连接外套卡孔；如图3所示，钻杆内杆安装在钻杆首端；如图6所示，钻杆内杆径向方向开有一个通孔，通孔的两端孔形状对称分布，如图4所示，从通孔一端到另一端分别由一侧的钻杆连接卡块滑槽和钻杆连接卡块安装孔、钻杆连接卡块限位板滑孔、另一侧的钻杆连接卡块滑槽和钻杆连接卡块安装孔组成，钻杆连接卡块滑槽对称分布于钻杆连接卡块安装孔两侧且钻杆连接卡块滑槽与钻杆连接卡块安装孔内部想通。

本发明中，如图7所示，钻杆连接外套为一个空心的圆柱体，圆柱体的圆柱面上对称的开有两个方孔。钻杆内杆上的通孔可以通过打三次不同的孔组合而成，首先先用直径等于杆连接卡块限位板滑孔直径的钻头对钻杆内杆打通孔，之后用直径等于钻杆连接卡块安装孔直径的钻头在之前通孔两端各钻一定的深度，其深度等于钻杆连接卡块滑槽深度，最后利用特殊刀具在通孔两端的卡块安装孔基础上钻出卡块滑槽，滑槽深度与卡块安装孔深度一致。

如图2、5所示，上述钻杆连接第一卡块通过钻杆连接第一卡块固定板安装在钻杆连接第一卡块滑套一端，钻杆连接第一卡块滑套另一端安装有钻杆连接第一卡块限位板；上述钻杆连接第二卡块通过钻杆连接第二卡块固定板安装在钻杆连接第二卡块滑套一端，钻杆连接第二卡块滑套另一端安装有钻杆连接第二卡块限位板；钻杆连接第一卡块和钻杆连接第二卡块分别对称安装在钻杆内杆上相互对称的两个钻杆连接卡块滑槽内，钻杆连接第一卡块滑套和钻杆连接第二卡块滑套分别对称安装在钻杆内杆上相互对称的钻杆连接卡块安装孔上；如图4、8所示，在钻杆连接卡块滑槽和钻杆连接卡块限位板滑孔过渡处开有卡块安装卡板定位槽，钻杆连接第一卡块安装卡板和钻杆连接第二卡块安装卡板分别对称的安装在两个卡块安装卡板定位槽上，卡块安装卡板结构如图8中的b所示，卡块安装卡板定位槽形状如图8中的c所示；钻杆连接第一卡块限位板和钻杆连接第二卡块限位板均运动于钻杆连接卡块限位板滑孔、连接第二卡块安装卡板、连接第一卡块安装卡板之间组成的空间内；钻杆连接复位弹簧一端安装在钻杆连接第一卡块滑套内，另一端安装在钻杆连接第二卡块滑套内。

上述钻杆首端上对称地开有钻杆首端卡孔，钻杆固定块的一部分与钻杆首端卡孔配合。

如图17所示中的a所示，钻杆固定块被凹槽分成具有平面特征的一端(m端)和具有斜面特征的一端(n端)，a中钻杆固定块的m端与钻杆首端卡孔配合，能够将空心驱动转轴与钻杆连接在一起。此时，电磁铁产生吸力，螺纹结构合并形成螺栓，当空心驱动转轴在螺纹结构作用下向下运动到最低行程时，钻杆带动钻头运动到深度极限，此时要想钻更深需要增加新的一根钻杆，此时利用新钻杆的钻杆连接外套套入钻杆内杆上，套入同时钻杆连接外套会对钻杆固定块的n端的斜面施加钻杆轴线方向的力，因为斜面作用，钻杆固定块会向钻杆固定块腔中移动，如图17中的b所示。当钻杆连接外套完全套入钻杆内杆上时，钻杆固定块完全进入钻杆固定块腔中，如图17中的c所示，此时空心驱动转轴与钻杆分离，在钻杆不动的情况，电机反转，因为螺纹结构作用，空心驱动转轴向上运动，当运动上至钻杆固定块与新钻杆的钻杆首端卡孔对齐位置处时，钻杆固定块的m端与新钻杆的钻杆首端卡孔配合，将新钻杆与空心驱动转轴连接固定，进而重复向下推送。

如图1、2所示，上述钻杆连接结构连接两根钻杆，其中一根钻杆的钻杆首端上的钻杆连接第一卡块和钻杆连接第二卡块分别与另一根钻杆上的钻杆尾端的两个钻杆连接外套卡孔配合。

本发明中，首先如图5所示，卡块的外形设计中一面具有斜面，设计的目的为了将斜面上的轴向力转成径向力；一根钻杆的钻杆连接第一卡块、钻杆连接第一卡块滑套、钻杆连接第一卡块限位板组成一组滑动件，钻杆连接第二卡块、钻杆连接第二卡块滑套、钻杆连接第二卡块限位板组成另一组滑动件，两组滑动件相互嵌套伸缩，在钻杆连接复位弹簧的作用下，两个滑动件保持伸开状态，两个滑动件在各自的卡块限位板与卡块安装卡板的位置限制下，伸出的最大量得到控制。如图10中的a所示，当一根钻杆连接外套套于另一根钻杆内杆上时，钻杆连接外套的轴线运动、外套壁面干涉作用以及卡块的斜面设计使两个卡块沿钻杆内杆径向方向收缩，收缩过程如图10中的b所示；当两个卡块遇到钻杆连接外套的卡孔时，钻杆连接外套失去对两个卡块的径向限制，该钻杆连接第一卡块和钻杆连接第二卡块均伸出钻杆内杆外，并与钻杆连接外套卡孔配合，起到对两根钻杆的连接作用，如图10中的c所示；如图9中的a所示，当对卡块施加径向压力时，如图9中的b所示，两个滑动件相互嵌套，卡块运动到钻杆连接卡块滑套中，两根钻杆分离，如图9中的c所示。

上述钻杆连接第一卡块限位板的直径等于钻杆连接第二卡块滑套内径，且恰好相互嵌套。上述钻杆连接第二卡块限位板的直径等于钻杆连接卡块限位板滑孔内径。这样的设计能够保证两个滑动件能够相互无干涉的在钻杆连接卡块限位板滑孔中伸缩嵌套。

上述钻杆连接第一卡块滑套长度、钻杆连接第二卡块滑套长度、钻杆连接卡块滑槽深度三者相等。这样的设计为了保证钻杆连接卡块在相互伸出时，在最大伸出量情况下，钻杆连接卡块能够保证有一部分仍然在卡块滑槽中，利用卡块滑槽对钻杆连接卡块的非伸缩方向起到约束作用。

上述钻杆连接第一卡块安装卡板中间开孔直径等于钻杆连接第一卡块滑套外径，钻杆连接第二卡块安装卡板中间开孔直径等于钻杆连接第二卡块滑套外径。卡块安装卡板内孔直径是大于卡块限位板的直径的，卡块限位板无法穿过卡块安装板，卡块安装板限制了卡块的最大伸出量。

另外两侧的钻杆连接卡块安装孔的直径略大于钻杆连接第二卡块限位板的直径，这样就能够保证钻杆连接第二卡块限位板能够安装在钻杆连接卡块限位板滑孔内，之后利用卡块安装卡板将卡块限位板限定在卡块限位板滑孔中滑动。此时两个卡块滑套与卡块安装孔之间必然具有一定的间隙，卡块安装孔无法对卡块滑套起到导轨的定位作用，所以本设计中才会利用卡块滑槽对卡块定位。

如图25所示，上述钻杆定位机构包括定位机构驱动齿端面、半圆卡盘转动副、第一半圆卡盘、第二半圆卡盘、钻杆杆身、伸出杆机构，其中如图25所示，第一半圆卡盘和第二半圆卡盘通过半圆卡盘转动副连接且组成一个中间有孔的圆卡盘；如图26所示，钻杆杆身首端偏中间位置处加工有定位机构驱动齿端面；如图27所示，在两个半圆卡盘组成的圆卡盘上均匀安装有三组伸出杆机构，在三组伸出杆机构上安装有另外一组由第一半圆卡盘和第二半圆卡盘组成的圆卡盘，如图25所示，三层结构组成的机构的中间孔与定位机构驱动齿端面正对配合。三层结构，上下两层均为两个半圆卡盘拼合；这样拼合的设计才能将定位机构安装于钻杆上。

如图27所示，上述三组伸出杆机构通过布置保证有且仅有一组伸出杆机构跨过半圆卡盘接缝；对于未跨过半圆卡盘接缝的两组伸出杆机构，其结构完全相同，对于其中任意一个，伸出杆机构包括柔性压轮、伸出杆导轨顶板、压轮弹簧第一支撑、伸出杆行止板、压轮支撑行止板、压轮弹簧、压轮弹簧第二支撑、压轮第一支撑、伸出杆齿、伸出杆第一齿轮、伸出杆第二齿轮、伸出杆导轨第一侧板、伸出杆弹簧、伸出杆弹簧第二支撑、伸出杆导轨第二侧板、压轮转轴、压轮偏距结构、偏距结构转轴、压轮第二支撑、伸出杆、伸出杆弹簧第一支撑、伸出杆弹簧支撑滑孔、伸出杆齿孔、压轮第一支撑转轴、导轨合成间隙，如图31、32所示，其中伸出杆导轨顶板安装在卡盘上，伸出杆导轨第一侧板、伸出杆导轨第二侧板相互平行地安装在卡盘上，且伸出杆导轨顶板一侧与伸出杆导轨第一侧板连接，伸出杆导轨顶板另一侧与伸出杆导轨第二侧板连接；伸出杆导轨第一侧板上开有长方形的伸出杆齿孔，伸出杆导轨第二侧板上开有伸出杆弹簧支撑滑孔；伸出杆一端安装在导轨中，伸出杆弹簧第二支撑安装在伸出杆面向伸出杆导轨第二侧板的一面且滑动于伸出杆弹簧支撑滑孔中；伸出杆齿安装在伸出杆面向伸出杆导轨第一侧板的一面且穿过伸出杆齿孔；如图27所示，伸出杆弹簧第一支撑安装在伸出杆导轨顶板侧面；伸出杆弹簧一端安装在伸出杆弹簧第一支撑上，另一端安装在伸出杆弹簧第二支撑上；如图27、33所示，伸出杆第一齿轮和伸出杆第二齿轮通过转轴安装在卡盘上，伸出杆第一齿轮与伸出杆第二齿轮相互啮合，伸出杆第一齿轮与伸出杆齿啮合，伸出杆第二齿轮与定位机构驱动齿端面啮合；如图29、30所示，压轮弹簧第一支撑安装在伸出杆一端的侧面，压轮第一支撑转轴安装在伸出杆一端，压轮第一支撑通过压轮第一支撑转轴安装在伸出杆一端；压轮弹簧第二支撑安装在压轮第一支撑侧面，压轮弹簧一端安装在压轮弹簧第一支撑上，另一端安装在压轮弹簧第二支撑上；伸出杆行止板安装在伸出杆一端的上侧，压轮支撑行止板安装在压轮第一支撑上侧；伸出杆行止板与压轮支撑行止板互相配合限位；压轮第二支撑一端安装在压轮第一支撑一端，压轮第二支撑另一端安装有偏距结构转轴；压轮偏距结构安装在偏距结构转轴上，柔性压轮通过压轮转轴安装在压轮偏距结构上。

本发明中，定位机构驱动齿端面与齿轮啮合，齿轮与伸出杆齿啮合，钻杆转动通过齿轮带动伸出杆伸缩，伸出杆通过伸出杆弹簧复位，伸出杆伸缩的轨迹和行程通过伸出杆弹簧第一支撑在伸出杆弹簧支撑滑孔中滑动实现定位和限位。压轮第一支撑通过旋转副与伸出杆连接，能够围绕压轮第一支撑转轴上下摆动，摆动过程中通过压轮弹簧产生弹力，如图37所示，在压轮第一支撑和伸出杆共线时压轮弹簧伸长量最大，也就是说，压轮第一支撑与伸出杆共线时的状态为临界稳定，一旦受到作用力，压轮弹簧会作用压轮第一支撑与伸出杆成一定的角度。在压轮第一支撑和伸出杆的上侧安装有压轮支撑行止板和伸出杆行止板，能够限制压轮第一支撑与伸出杆之间的夹角。压轮通过压轮偏距结构安装在压轮第二支撑上，压轮在井面上的接触点不在压轮第二支撑轴线上，能够保证压轮的旋转方向与运动方向一致。因为钻头在旋转的过程中是逐渐向下运动的，压轮与井面上的接触轨迹为螺旋线，并且钻头下降越快或者旋转越快，螺旋线的轨迹是不一样的，使用了压轮偏距结构能够通过力矩保证压轮旋转方向与运动方向一致，达到最省力的状态。

上述三组伸出杆机构中，对于跨过半圆卡盘接缝的伸出杆机构，伸出杆导轨第一侧板和伸出杆导轨第二侧板由两部分组成，均分布安装于两个半圆卡盘上，当半圆卡盘结合后形成导轨合成间隙如图34所示；对于其他结构该组伸出杆机构结构与其他两组机构完全相同。

本发明中，起初伸出杆在伸出杆弹簧作用下，处于收缩状态，压轮第一支撑与伸出杆成一定的角度，且压轮第一支撑偏上如图36中的a所示，因为行止板和压轮弹簧的作用，使在不受外力作用下，角度能够保持不变。在钻井时，如图28所示，钻杆上具有齿端面，钻杆的转动通过齿端面与齿轮的啮合，带动齿轮转动，齿轮带动伸出杆，使伸出杆伸出，压轮接触并施压于井面，当伸出杆伸出受到井面的限制后，伸出杆将会随着钻杆一起运动，在运动过程中，三组伸出杆机构保持钻杆处于井中心位置，并且压轮对井面起到了施压增固作用。当钻杆向上拉时，如图36中的b所示，压轮第一支撑将会受到向下的力；之后发生如图36中的c所示，压轮与井面脱离，钻杆可以顺利取出。

如图35所示，上述三组伸出杆机构的上层和下层的半圆卡盘组成的圆卡盘之间通过卡盘加固螺栓、卡盘锁合结构固定在一起。

如图31所示，上述半圆卡盘转动副包括卡盘转轴、第一卡盘第一支耳、第二卡盘圆环、第一卡盘第二支耳，其中第一卡盘第一支耳和第一卡盘第二支耳上下依次安装在第一半圆卡盘上，第二卡盘圆环安装在第二半圆卡盘上，第二卡盘圆环通过卡盘转轴安装在第一卡盘第一支耳和第一卡盘第二支耳之间。

如图31所示，上述伸出杆导轨第一侧板一端安装有第一侧板加强结构。

如图25所示，上述每一组伸出杆机构上，柔性压轮为两个，均安装在压轮转轴上，且位于压轮偏距结构两侧。

如图38、42所示，上述自动加强钻头包括钻杆杆身、加强盖板、钻头支叉、钻杆杆身底孔、支叉加强腔、加强片控制电机、支叉圆柱钻削头、支叉方形钻削头、加强片固定结构、加强片支撑、加强片、加强片控制板、控制板螺纹环、控制电机螺纹转轴、加强片出口、控制板支撑、加强片连接片，其中如图38所示，三个钻头支叉互成120度组成钻头主体且均安装在钻杆杆身底端，如图39所示，钻杆杆身底端开有钻杆杆身底孔，加强片控制电机安装在钻杆杆身底孔内。

本发明中通过加强板控制电机控制加强片的运动，控制电机安装在钻杆杆身内部。

上述三个钻头支叉内部结构完全相同，对于任意一个钻头支叉，如图40所示，在钻头支叉上端开有支叉加强腔，如图38所示，加强盖板安装在支叉加强腔上；如图41所示，多个支叉圆柱钻削头并排一列安装在钻头支叉下端一侧，多个支叉方形钻削头并排一列安装在钻头支叉下端另一侧；如图43所示，在钻头支叉底端上的每一个支叉方形钻削头的前侧均开有加强片出口，如图42所示，每个加强片出口安装有加强片，如图45所示，加强片之间通过加强片连接片连接；每个加强片上侧分别与加强片支撑下侧固定，如图45、46、47所示，所有加强片支撑上侧安装在加强片控制板上；如图42所示，每个加强片连接片均安装在加强片固定结构上，如图48所示，加强片固定结构安装在支叉加强腔底部；如图49、50所示，加强片控制板通过控制板支撑安装在控制板螺纹环上，控制板螺纹环与控制电机螺纹转轴螺纹配合，控制电机螺纹转轴安装在加强片控制电机上。

本发明中加强片控制板、加强片支撑、加强片、加强片连接片、控制板支撑、控制板螺纹环组成一个运行单元，通过电机带动控制电机螺纹转轴转动通过螺纹配合调节控制板螺纹环的高度，进而调节整个加强片的运动。本发明的钻削头分成两种，一种是方形钻削头，另一种是圆柱钻削头，方形钻削头的一个尖角朝向运动方向；在钻头钻岩石时，方形钻削头尖角首先与岩石接触发生碰撞，将牢固的整体岩石撞碎，之后通过后面排列的圆柱钻削头将剩下的岩石进一步钻碎，最后通过吸泵排出井外。方形钻削头由于尖角作用及易将岩石撞松，为圆柱钻削头进一步粉碎提供基础，圆柱钻削头的设计为了提高钻头的强度和使用寿命。

上述加强片控制电机底端与钻杆杆身底端平齐且均与钻头支叉上端接触固定。这样设计，保证了控制电机在随钻头转动过程中受到了钻杆杆身和钻头交叉上端面的双重限制，能够最大程度确保控制电机没有晃动保证了整个钻头的稳定性。

上述钻头支叉数目可以为2、3、4、5个。钻头支叉的数目可以根据岩石的特点以及钻头的材料强硬度调节，但为了保证钻头所钻出的碎岩石能够排出井外，钻头支叉的数目尽量控制在五个以内。

上述支叉圆柱钻削头可以分成多排安装在钻头支叉下端。圆柱钻削头排数越多，大小就要越小，根据钻头支叉材料选取。

上述加强片控制电机可以在电机内部安装圆形充电电池。加强板的上下运动所需要的力很小，所以在电机中加入内嵌的充电电池就能够保证用电要求，避免了从地面上供电时电线安装的麻烦和不便。

Claims (10)

1.一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：它包括井上施压机构、钻杆定位机构、自动加强钻头，其中钻杆定位机构安装在井上施压机构的钻杆上，自动加强钻头安装在井上施压机构的钻杆底端；

上述井上施压机构包括钻杆固定机构滑槽、第一转轴、第一转轴支撑环、支撑环支撑、支撑环支撑架、第二齿轮、第一齿轮、驱动电机转轴、螺纹施压机构、驱动电机、施压机构支撑、螺纹施压机构支板、空心驱动转轴孔、钻杆杆身、钻杆连接结构、钻杆固定机构、空心驱动转轴，其中第一转轴为中心开有钻杆固定机构滑槽的空心圆柱体，第一转轴安装在第一转轴支撑环上，第一转轴支撑环安装在支撑环支撑上，支撑环支撑安装在支撑环支撑架上，支撑环支撑架安装在螺纹施压机构支板上，螺纹施压机构支板安装在施压机构支撑上，施压机构支撑安装在地面；螺纹施压机构安装在螺纹施压机构支板上；驱动电机安装在螺纹施压机构支板下侧，驱动电机转轴安装在驱动电机上且穿过螺纹施压机构支板，第一齿轮安装在驱动电机转轴上，第二齿轮安装在第一转轴下侧，第一齿轮与第二齿轮啮合；

上述螺纹施压机构包括第一螺纹结构、第一螺纹结构弹簧支撑、第一螺纹结构弹簧、螺纹结构导轨、电磁铁、第二螺纹结构、第二螺纹结构弹簧、第二螺纹结构弹簧支撑、螺纹结构底座，其中两个螺纹结构底座并列安装在螺纹施压机构支板上，对于任意一个螺纹结构底座，其两端上各安装有第一螺纹结构弹簧支撑和第二螺纹结构弹簧支撑，第一螺纹结构通过第一螺纹结构弹簧安装在第一螺纹结构弹簧支撑上，第二螺纹结构通过第二螺纹结构弹簧安装在第二螺纹结构弹簧支撑上；第一螺纹结构和第二螺纹结构均通过螺纹结构导轨安装在螺纹结构底座上；螺纹施压机构支板上开有空心驱动转轴孔，空心驱动转轴穿过空心驱动转轴孔；两块电磁铁分别安装在两个螺纹结构底座中间；

上述两个钻杆固定机构对称地安装在空心驱动转轴一端，且两个钻杆固定机构滑动于钻杆固定机构滑槽中；空心驱动转轴外表面具有螺纹且与螺纹结构中的螺纹配合；上述钻杆杆身为实体圆柱体；任意两根钻杆杆身由钻杆连接结构连接；

上述钻杆固定机构包括钻杆固定块复位弹簧、钻杆固定块复位弹簧支撑、钻杆固定机构外壳、钻杆固定块干涉板、钻杆固定块、钻杆固定块支撑、钻杆固定块复位弹簧腔、钻杆固定块支撑滑孔、钻杆固定块腔，其中钻杆固定机构外壳为开有钻杆固定块复位弹簧腔和钻杆固定块支撑滑孔的空壳且安装在空心驱动转轴上；空心驱动转轴在安装有钻杆固定机构外壳处开有钻杆固定块腔；钻杆固定块复位弹簧支撑安装在钻杆固定机构外壳上；钻杆固定块复位弹簧一端安装在钻杆固定块复位弹簧支撑上，另一端安装在钻杆固定块干涉板上；钻杆固定块支撑一端安装在钻杆固定块干涉板上，另一端安装在钻杆固定块上；钻杆固定块复位弹簧、钻杆固定块干涉板安装在钻杆固定块复位弹簧腔内，钻杆固定块支撑安装在钻杆固定块支撑滑孔内，钻杆固定块安装在钻杆固定块腔内；

上述钻杆固定块中，以钻杆固定块支撑和钻杆固定块接触面为基准面，钻杆固定块一端面与基准面成45度，另一端面与基准面成90度，且钻杆固定块中间开有凹槽，凹槽将固定块基准面的对面分成两部分，一部分为斜面，另一部分为平面；

上述钻杆连接结构包括钻杆尾端、钻杆内杆、钻杆连接外套、钻杆首端卡孔、钻杆首端、钻杆连接第一卡块限位板、钻杆连接第一卡块滑套、钻杆连接第一卡块固定板、钻杆连接第一卡块、钻杆连接第一卡块安装卡板、钻杆连接第二卡块限位板、钻杆连接第二卡块滑套、钻杆连接第二卡块固定板、钻杆连接复位弹簧、钻杆连接第二卡块安装卡板、钻杆连接第二卡块、钻杆连接卡块限位板滑孔、钻杆连接卡块滑槽、钻杆连接卡块安装孔、卡块安装卡板定位槽、钻杆连接外套卡孔，其中钻杆连接外套安装在钻杆尾端，钻杆连接外套圆柱面上对称地开有两个钻杆连接外套卡孔；钻杆内杆安装在钻杆首端；钻杆内杆径向方向开有一个通孔，通孔的两端孔形状对称分布，从通孔一端到另一端分别由一侧的钻杆连接卡块滑槽和钻杆连接卡块安装孔、钻杆连接卡块限位板滑孔、另一侧的钻杆连接卡块滑槽和钻杆连接卡块安装孔组成，钻杆连接卡块滑槽对称分布于钻杆连接卡块安装孔两侧且钻杆连接卡块滑槽与钻杆连接卡块安装孔内部想通；

上述钻杆连接第一卡块通过钻杆连接第一卡块固定板安装在钻杆连接第一卡块滑套一端，钻杆连接第一卡块滑套另一端安装有钻杆连接第一卡块限位板；上述钻杆连接第二卡块通过钻杆连接第二卡块固定板安装在钻杆连接第二卡块滑套一端，钻杆连接第二卡块滑套另一端安装有钻杆连接第二卡块限位板；钻杆连接第一卡块和钻杆连接第二卡块分别对称安装在钻杆内杆上相互对称的两个钻杆连接卡块滑槽内，钻杆连接第一卡块滑套和钻杆连接第二卡块滑套分别对称安装在钻杆内杆上相互对称的钻杆连接卡块安装孔上；在钻杆连接卡块滑槽和钻杆连接卡块限位板滑孔过渡处开有卡块安装卡板定位槽，钻杆连接第一卡块安装卡板和钻杆连接第二卡块安装卡板分别对称的安装在两个卡块安装卡板定位槽上；钻杆连接第一卡块限位板和钻杆连接第二卡块限位板均运动于钻杆连接卡块限位板滑孔、连接第二卡块安装卡板、连接第一卡块安装卡板之间组成的空间内；钻杆连接复位弹簧一端安装在钻杆连接第一卡块滑套内，另一端安装在钻杆连接第二卡块滑套内；

上述钻杆首端上对称地开有钻杆首端卡孔，钻杆固定块的一部分与钻杆首端卡孔配合；

上述钻杆定位机构包括定位机构驱动齿端面、半圆卡盘转动副、第一半圆卡盘、第二半圆卡盘、钻杆杆身、伸出杆机构，其中第一半圆卡盘和第二半圆卡盘通过半圆卡盘转动副连接且组成一个中间有孔的圆卡盘；钻杆杆身首端偏中间位置处加工有定位机构驱动齿端面；在两个半圆卡盘组成的圆卡盘上均匀安装有三组伸出杆机构，在三组伸出杆机构上安装有另外一组由第一半圆卡盘和第二半圆卡盘组成的圆卡盘，三层结构组成的机构的中间孔与定位机构驱动齿端面正对配合；

上述三组伸出杆机构通过布置保证有且仅有一组伸出杆机构跨过半圆卡盘接缝；对于未跨过半圆卡盘接缝的两组伸出杆机构，其结构完全相同，对于其中任意一个，伸出杆机构包括柔性压轮、伸出杆导轨顶板、压轮弹簧第一支撑、伸出杆行止板、压轮支撑行止板、压轮弹簧、压轮弹簧第二支撑、压轮第一支撑、伸出杆齿、伸出杆第一齿轮、伸出杆第二齿轮、伸出杆导轨第一侧板、伸出杆弹簧、伸出杆弹簧第二支撑、伸出杆导轨第二侧板、压轮转轴、压轮偏距结构、偏距结构转轴、压轮第二支撑、伸出杆、伸出杆弹簧第一支撑、伸出杆弹簧支撑滑孔、伸出杆齿孔、压轮第一支撑转轴、导轨合成间隙，其中伸出杆导轨顶板安装在卡盘上，伸出杆导轨第一侧板、伸出杆导轨第二侧板相互平行地安装在卡盘上，且伸出杆导轨顶板一侧与伸出杆导轨第一侧板连接，伸出杆导轨顶板另一侧与伸出杆导轨第二侧板连接；伸出杆导轨第一侧板上开有长方形的伸出杆齿孔，伸出杆导轨第二侧板上开有伸出杆弹簧支撑滑孔；伸出杆一端安装在导轨中，伸出杆弹簧第二支撑安装在伸出杆面向伸出杆导轨第二侧板的一面且滑动于伸出杆弹簧支撑滑孔中；伸出杆齿安装在伸出杆面向伸出杆导轨第一侧板的一面且穿过伸出杆齿孔；伸出杆弹簧第一支撑安装在伸出杆导轨顶板侧面；伸出杆弹簧一端安装在伸出杆弹簧第一支撑上，另一端安装在伸出杆弹簧第二支撑上；伸出杆第一齿轮和伸出杆第二齿轮通过转轴安装在卡盘上，伸出杆第一齿轮与伸出杆第二齿轮相互啮合，伸出杆第一齿轮与伸出杆齿啮合，伸出杆第二齿轮与定位机构驱动齿端面啮合；压轮弹簧第一支撑安装在伸出杆一端的侧面，压轮第一支撑转轴安装在伸出杆一端，压轮第一支撑通过压轮第一支撑转轴安装在伸出杆一端；压轮弹簧第二支撑安装在压轮第一支撑侧面，压轮弹簧一端安装在压轮弹簧第一支撑上，另一端安装在压轮弹簧第二支撑上；伸出杆行止板安装在伸出杆一端的上侧，压轮支撑行止板安装在压轮第一支撑上侧；伸出杆行止板与压轮支撑行止板互相配合限位；压轮第二支撑一端安装在压轮第一支撑一端，压轮第二支撑另一端安装有偏距结构转轴；压轮偏距结构安装在偏距结构转轴上，柔性压轮通过压轮转轴安装在压轮偏距结构上；

上述三组伸出杆机构中，对于跨过半圆卡盘接缝的伸出杆机构，伸出杆导轨第一侧板和伸出杆导轨第二侧板由两部分组成，均分布安装于两个半圆卡盘上，当半圆卡盘结合后形成导轨合成间隙；对于其他结构该组伸出杆机构结构与其他两组机构完全相同；

上述自动加强钻头包括钻杆杆身、加强盖板、钻头支叉、钻杆杆身底孔、支叉加强腔、加强片控制电机、支叉圆柱钻削头、支叉方形钻削头、加强片固定结构、加强片支撑、加强片、加强片控制板、控制板螺纹环、控制电机螺纹转轴、加强片出口、控制板支撑、加强片连接片，其中三个钻头支叉互成120度组成钻头主体且均安装在钻杆杆身底端，钻杆杆身底端开有钻杆杆身底孔，加强片控制电机安装在钻杆杆身底孔内；

上述三个钻头支叉内部结构完全相同，对于任意一个钻头支叉，在钻头支叉上端开有支叉加强腔，加强盖板安装在支叉加强腔上；多个支叉圆柱钻削头并排一列安装在钻头支叉下端一侧，多个支叉方形钻削头并排一列安装在钻头支叉下端另一侧；在钻头支叉底端上的每一个支叉方形钻削头的前侧均开有加强片出口，每个加强片出口安装有加强片，加强片之间通过加强片连接片连接；每个加强片上侧分别与加强片支撑下侧固定，所有加强片支撑上侧安装在加强片控制板上；每个加强片连接片均安装在加强片固定结构上，加强片固定结构安装在支叉加强腔底部；加强片控制板通过控制板支撑安装在控制板螺纹环上，控制板螺纹环与控制电机螺纹转轴螺纹配合，控制电机螺纹转轴安装在加强片控制电机上。

2.根据权利要求1所述的一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：上述钻杆连接结构连接两根钻杆，其中一根钻杆的钻杆首端上的钻杆连接第一卡块和钻杆连接第二卡块分别与另一根钻杆上的钻杆尾端的两个钻杆连接外套卡孔配合。

3.根据权利要求1所述的一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：上述钻杆连接第一卡块限位板的直径等于钻杆连接第二卡块滑套内径，且恰好相互嵌套。

4.根据权利要求1所述的一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：上述钻杆连接第一卡块滑套长度、钻杆连接第二卡块滑套长度、钻杆连接卡块滑槽深度三者相等。

5.根据权利要求1所述的一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：上述钻杆连接第一卡块安装卡板中间开孔直径等于钻杆连接第一卡块滑套外径，钻杆连接第二卡块安装卡板中间开孔直径等于钻杆连接第二卡块滑套外径。

6.根据权利要求1所述的一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：上述三组伸出杆机构的上层和下层的半圆卡盘组成的圆卡盘之间通过卡盘加固螺栓、卡盘锁合结构固定在一起。

7.根据权利要求1所述的一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：上述半圆卡盘转动副包括卡盘转轴、第一卡盘第一支耳、第二卡盘圆环、第一卡盘第二支耳，其中第一卡盘第一支耳和第一卡盘第二支耳上下依次安装在第一半圆卡盘上，第二卡盘圆环安装在第二半圆卡盘上，第二卡盘圆环通过卡盘转轴安装在第一卡盘第一支耳和第一卡盘第二支耳之间。

8.根据权利要求1所述的一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：上述伸出杆导轨第一侧板一端安装有第一侧板加强结构。

9.根据权利要求1所述的一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：上述每一组伸出杆机构上，柔性压轮为两个，均安装在压轮转轴上，且位于压轮偏距结构两侧。

10.根据权利要求1所述的一种基于自动加强钻头的井上施压的钻深井机构，其特征在于：上述加强片控制电机底端与钻杆杆身底端平齐且均与钻头支叉上端接触固定。