CN108278092B - 井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统 - Google Patents

Abstract

井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，包括钻井井架、钻井液进液罐、钻井液加压泵、钻井液回收泵、钻井液回收罐、井口旋转换向防喷一体化装置、钻杆组件、地层密封筒和钻头；钻井井架、钻井液进液罐、钻井液加压泵、钻井液回收泵和钻井液回收罐均固定在地层表面，钻井井架上设置有动力驱动机构；钻井井架的正下方的地层内由钻杆组件和钻头钻有井眼，钻杆组件和钻头设置在井眼内，钻杆组件包括若干个结构相同且从上至下依次连接的钻杆单元。本发明能够依靠钻井液回收泵与钻井液加压泵的作用，使钻井液在钻杆组件的内部完成输入和输出，避免钻井液大量流失，同时循环利用钻井液，降低钻井成本。

Description

井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统

技术领域

本发明属于石油钻采技术领域，尤其涉及一种井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统。

背景技术

钻井液密度窗口狭窄，容易引起井壁失稳、漏失性储层损害和其它钻井复杂情况的发生，严重制约着油气资源的开发速度和经济效益。

钻井液密度窗口狭窄导致的问题给实际施工带来了很大的难度和风险（密度窗口是指钻井液的密度范围，窄密度窗口就是钻某一地层过程中，钻井液可以选择的密度范围很小，这种情况易发生钻井复杂情况，钻井液密度超出此范围造成井漏，低于此范围造成井壁坍塌掉块）。影响到钻井液密度窗口的因素主要有以下三个方面，一是地层特征，主要与地质条件有关，二是工程设计，工程设计的不合理也会增加钻井难度形成窄密度窗口，三是钻井作业，例如起下钻速度过快引起较大的抽吸和激动压力，钻井液环空反速过大井眼裸露时间过长等。因此，需要扩展钻井液密度窗口，降低环空压耗，精确控制循环压耗才能进行正常钻井。另外，现有的井口防喷器也是单独设置的，井口防喷器的结构也较为复杂。针对这种高渗地层的钻井过程，为了实现钻井液的进出都在钻杆内部，尽量减少钻井液与地层的接触，增大钻井液的窗口密度。

发明内容

本发明提供了一种井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，可依靠钻井液回收泵与钻井液加压泵的作用，使钻井液在钻杆组件的内部完成输入和输出，避免钻井液大量流失，提高岩屑的返排能力，同时循环利用钻井液，降低钻井成本，并设计一种井口旋转换向防喷一体化装置，根据钻井液之间的液压差增进钻头的钻速，对钻井起到促进作用。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案： 井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，包括钻井井架、钻井液进液罐、钻井液加压泵、钻井液回收泵、钻井液回收罐、井口旋转换向防喷一体化装置、钻杆组件、地层密封筒和钻头；

钻井井架、钻井液进液罐、钻井液加压泵、钻井液回收泵和钻井液回收罐均固定在地层表面，钻井井架上设置有动力驱动机构；钻井井架的正下方的地层内由钻杆组件和钻头钻有井眼，钻杆组件和钻头设置在井眼内，钻杆组件包括若干个结构相同且从上至下依次连接的钻杆单元；

井口旋转换向防喷一体化装置包括井口旋转密封换向机构和位于井口旋转密封换向机构下方的井口防喷器，井口防喷器顶部设置有旋转支撑机构，井口旋转密封换向机构底部固定连接有一节沿垂直方向设置的钻杆单元，井口旋转密封换向机构底部转动连接在旋转支撑机构上，钻杆单元伸入在旋转支撑机构和井口防喷器内部，钻杆单元下端伸出井口防喷器；井口旋转密封换向机构的内部和钻杆单元内部沿轴线方向设置有隔板，井口防喷器固定安装在井眼的井口处，井口旋转密封换向机构的上端通过传动杆组件与动力输出端传动连接，钻杆单元呈圆筒状，钻杆单元的下端向下同轴向设置有连接凸头，钻杆单元的上端设置有连接凹槽，钻杆单元的连接凸头螺纹连接在相邻钻杆单元的连接凹槽内；

隔板在每节钻杆单元的内部竖向设置一块，每块隔板的前后两侧边均与钻杆单元的内壁密封接触，隔板通过隔板固定组件固定在钻杆单元内，上下相邻两块隔板之间通过隔板连接组件连接，隔板将钻杆单元及井口旋转密封换向机构的内部分隔为两个独立的通道，位于左侧的通道为钻井液输出通道，位于右侧的通道为钻井液输入通道；

钻井液进液罐通过钻进液进液管与井口旋转密封换向机构的进液口连接，钻井液加压泵设置在钻进液进液管上；钻井液回收罐通过钻进液出液管与井口旋转密封换向机构的出液口连接，钻井液回收泵设置在钻进液出液管上，钻井液进液罐和钻井液回收罐之间通过钻井液循环管线连接；

位于最下方的钻杆单元记为钻头固定杆，钻头固定杆的下端固定连接有钻头连接杆，钻头固定连接在钻头连接杆的下端，地层密封筒安装在钻头固定杆的下部外圈，且地层密封筒的外侧壁紧贴井眼的内壁，地层密封筒为圆筒状结构，地层密封筒的上部固定连接有上环形板，地层密封筒的下部固定连接有下环形板，上环形板与下环形板之间通过若干个沿周向均布的支撑杆支撑，地层密封筒的下环形板上开设有三个第一钻井液交换孔，钻头固定杆的左半圆上沿周向设有若干个均与地层密封筒内部连通的第二钻井液交换孔，钻井液输出通道的下端口处设置有与隔板固定连接的钻井液回液隔板，钻井液回液隔板为半圆形板，钻井液回液隔板与钻头固定杆的内壁和隔板的左侧面密封连接。

钻杆单元内壁的上部沿钻杆单元的径向开设有两个相互对称的上安装槽，钻杆单元内壁的下部沿钻杆单元的径向开设有两个相互对称的下安装槽，两个上安装槽和两个下安装槽均配套设置有一组所述的隔板固定组件；

隔板固定组件包括沿钻杆单元径向方向设置的隔板卡头、弹簧固定轴、第一弹簧和第二弹簧，隔板卡头包括第一连接板、同轴向设置的限位环和限位柱，限位环和限位柱的一端均固定连接在第一连接板上，限位环和限位柱之间形成环形卡槽，弹簧固定轴的一端开设有与弹簧固定轴同轴向的弹簧限位槽，弹簧固定轴的另一端固定连接有第二连接板，第二连接板通过螺钉固定连接在隔板上，第一弹簧套设在弹簧固定轴的外圈，第二弹簧安装在弹簧限位槽内，弹簧固定轴伸入到环形卡槽内并与隔板卡头插接配合，第一弹簧的两端分别与第二连接板和限位环顶压接触，第二弹簧的两端分别与弹簧限位槽的槽底和限位柱顶压接触，隔板卡头安装在配套的上安装槽内或者下安装槽内。

隔板连接组件包括张开板、固定板、第一销轴、第二销轴和第三弹簧，隔板的上下两端均沿前后水平方向开设有长槽，位于上方的长槽内固定连接有第一顶压柱，位于下方的长槽内固定连接有第二顶压柱，第一顶压柱和第二顶压柱均与钻杆单元同轴向设置，第三弹簧套设在第二顶压柱上，张开板和固定板均设有两个，两个固定板位于同一水平高度且分别固定连接在隔板的左右两侧面上，两个张开板左右相对设置，每个张开板均包括顶压部和转动部，顶压部为平板结构，转动部为L形弯板结构，第三弹簧的两端分别与长槽的槽底和张开板的顶压部的上表面顶压接触，顶压部的一端与转动部的一端固定连接，顶压部的自由端设有前后通透的腰形孔，两个张开板的顶压部通过穿过两个腰形孔的第一销轴铰接，张开板于转动部的拐角处通过第二销轴铰接在固定板上，顶压部处于水平位置时，转动部的自由端的端面与隔板平行并顶压接触。

钻杆单元的连接凸头与相邻钻杆单元的连接凹槽之间设置有密封环。

地层密封筒的上环形板的下表面上固定连接有上环形台阶，下环形板的上表面上固定连接有下环形台阶，上环形台阶和下环形台阶相对设置，支撑杆的外侧设有若干个弓簧片，弓簧片为V形结构，所有弓簧片沿钻杆单元的圆周方向均匀环绕钻头固定杆设置，弓簧片的拐角外表面与地层密封筒的内壁顶压接触，弓簧片的两个端部内表面分别与上环形台阶和下环形台阶的外表面顶压接触。

井口防喷器包括支撑箱，支撑箱顶部和底部均上下对应开设有插孔，所述的钻杆单元穿设在插孔内，支撑箱在插孔内设置有与钻杆单元外圆密封配合的第一密封圈，支撑箱左侧和右侧分别设置有左液压驱动剪切机构和右液压驱动剪切机构，左液压驱动剪切机构和右液压驱动剪切机构的构造相同且左右对称设置；

左液压驱动剪切机构包括缸筒、推杆、活塞和剪切闸板，缸筒沿左右方向水平设置，缸筒右端与支撑箱左侧固定连接并内部连通，推杆自左向右穿过缸筒左侧并沿缸筒的轴向方向伸入到缸筒内，缸筒左侧设置有与推杆外圆滑动密封配合的第二密封圈，活塞滑动连接在缸筒内，活塞外圆设置有与缸筒内壁滑动密封配合的第三密封圈，推杆右端与活塞左侧固定连接，剪切闸板沿左右水平方向滑动连接在支撑箱内，剪切闸板的左侧与活塞右侧之间通过一根连杆连接，剪切闸板的外周设置有与支撑箱内壁滑动连接的第四密封圈，剪切闸板的右侧固定连接有剪切头。

旋转支撑机构包括套在钻杆单元外部的支撑筒，支撑筒的下端固定设置有连接法兰，连接法兰通过螺栓安装固定在支撑箱顶部，支撑筒上端同轴向固定设置有顶部敞口的环形支撑槽，环形支撑槽底部设置有两圈下支撑钢珠，下支撑钢珠顶部设置有支撑环板，支撑环板上表面设置有两圈上支撑钢珠，上支撑钢珠上部高于环形支撑槽，井口旋转密封换向机构底部与钻杆单元上端固定连接且与上支撑钢珠滚动连接。

井口旋转密封换向机构包括方箱和固定筒，方箱设置在固定筒的内部，固定筒内部沿圆周方向设置有内侧开口的环形导槽，固定筒的中心线与钻杆单元的中心线重合，固定筒的外圆周沿圆周方向均匀设置有四组均与环形导槽连通的钻进液管道，每组钻进液管道均包括两根均沿固定筒的径向方向设置的管道，其中两组相邻的钻进液管道为所述的钻井液进液管，另两组相邻的钻进液管道为所述的钻进液出液管，钻井液进液管上设置有进液电磁阀，钻进液出液管上设置有出液电磁阀，方箱顶部设置有箱盖，箱盖底部与方箱上端面之间设置有第五密封圈，传动杆组件下端固定连接有套在方箱外部用于驱动方箱转动的驱动套筒，驱动套筒内部呈底部敞口的四棱柱空腔结构，方箱的四个侧面上分别固定设置有一个旋转密封导向管组件，方箱内部的隔板沿方箱的对角线设置；四个旋转密封导向管组件对应与四组钻进液管道对应连通；方箱底部与钻杆单元上端固定连接且与上支撑钢珠滚动连接，方箱底部设有开口并与钻杆单元上端内部贯通；

四个旋转密封导向管组件均包括旋转滑块，旋转滑块的内端通过安装螺栓固定连接在方箱的侧面，旋转滑块的外端部伸入到环形导槽内，旋转滑块外端部的上表面和下表面分别与环形导槽的底部和顶部通过第六密封圈滑动密封连接，旋转滑块的内部开设有沿固定筒的径向方向设置的两条对应于每组钻进液管道连通的通液孔，通液孔为内粗外细的台阶孔结构，通液孔包括内粗孔和外细孔；内粗孔内设置有内外压力差通断机构。

相邻的两个内外压力差通断机构包括通过第一螺钉固定连接在方箱外侧的第一安装板，第一安装板和方箱上开设有均与内粗孔连通的第一通孔，第一安装板的外侧固定设置有沿通孔圆周方向布置的四块均位于内粗孔内部的第一定位板，每块第一定位板上均开设有一道第一导孔，第一导孔的长度方向平行于内粗孔的中心线，外细孔的内端口内滑动设置有第一柱塞，第一柱塞的外圆周设置有与外细孔内壁滑动密封配合的第七密封圈，第一柱塞的外圆固定连接有伸入到四个第一导孔内的四个第一导块，四个第一导块与第一安装板之间设置有位于四块第一定位板之间的第一压缩弹簧。

另外相邻的两个内外压力差通断机构包括通过第二螺钉固定连接在内粗孔底部的第二安装板，第二安装板上开设有与外细孔连通的第三通孔，方箱外侧上固定设置有与内粗孔同轴向的导筒，方箱上开设有与导筒内径相等且贯通的第四通孔，第二安装板的内侧固定设置有沿第三通孔圆周方向布置的四块均位于内粗孔内部的第二定位板，每块第二定位板上均开设有一道第二导孔，第二导孔的长度方向平行于内粗孔的中心线，外细孔的内端口内滑动设置有第二柱塞，第二柱塞的外圆周设置有与导筒和第四通孔内壁滑动密封配合的第八密封圈，第二柱塞的外圆固定连接有伸入到四个第二导孔内的四个第二导块，四个第二导块与第二安装板之间设置有位于四块第二定位板之间的第二压缩弹簧。

采用上述技术方案，本发明的工作原理及技术效果如下：

本发明钻进液的整体循环过称为：钻井液加压泵可将钻井液进液罐内的钻井液通过方箱内部的进液区输入到钻杆组件的钻井液输入通道中，而钻井液回收泵可将钻杆组件内的钻井液输出通道中的钻井液通过方箱内部的出液区抽出到钻井液回收罐内，在钻进液加压泵和钻进液回收泵的共同作用下，钻井液回收罐内部的钻井液通过钻井液循环管线循环到钻井液进液罐内，从而形成了钻井液的循环利用，最大限度的循环利用了钻井液，降低了钻井成本。

钻井液输出通道的下端固定连接的钻井液回液隔板可防止钻井液输入通道的钻井液直接进入到钻井液输出通道中。

钻杆组件内的隔板为钻井液的内进内出提供了结构支撑，钻井液在钻井液加压泵与钻井液回收泵的共同作用下，在钻杆组件的内部完成输入和输出，避免了钻井液与地层之间大面积接触时的物质交换，避免了钻井液在返回地面时大量流失的情况，也避免钻进液与地层大面积接触造成渗漏对地层造成污染。

钻井液在钻井液加压泵与钻井液回收泵的共同作用下，一端输入，一端输出，首先能够有效的将钻井过程中产生的石屑带出井底，提高岩屑的返排能力，其次，钻井液的输入和输出形成了液压差，有助于加快钻头的钻速，对钻井过程起到促进作用。本发明可以控制井底ECD（钻井液的当量循环密度），防止井漏。

设置在不同钻杆单元内的隔板之间通过隔板连接组件连接，当钻杆单元的连接凸头拧入相邻钻杆单元的连接凹槽内的过程中，相邻钻杆单元内隔板上端的第一顶压柱克服第三弹簧的弹力，推动张开板的顶压部向上运动，使得两个张开板闭合，实现隔板之间的连接及限位。

钻杆单元的连接凸头与相邻钻杆单元的连接凹槽之间设置的密封环，使钻杆单元之间能够良好密封，防止钻井液泄漏。

地层密封筒设置有若干个弓簧片，在弓簧片的作用下，地层密封筒的外侧壁与井眼的内壁紧贴，避免地层密封筒下方的钻井液溢出到地层密封筒上方。

井口旋转密封换向机构安装在井口防喷器上，井口防喷器固定安装在井口上。井口旋转密封换向机构与井口防喷器同轴心安装。井口防喷器的缸筒固定设置在地面的井口处，方箱上端部与动力驱动机构传动连接。井口防喷器的工作原理为：当需要紧急密封井口时，动力驱动机构停止转动，启动井口防喷器，左液压驱动剪切机构的推杆向右移动，右液压驱动剪切机构的推杆向左移动，左侧的剪切头和右侧的剪切头对最上端的一节钻杆单元进行挤压，隔板为薄钢板，强度较小，因此不管隔板所在的平面与推杆的夹角多少，在液压驱动力的作用下，均可将最上端的一节钻杆单元压扁，钻杆单元内孔被封闭，从而封闭井口。

井口旋转密封换向机构的固定筒固定连接在井口，动力驱动机构通过传动杆组件下端的驱动套筒夹持住方箱旋转，方箱带动钻杆单元旋转。井口旋转密封换向机构的工作原理及过程为：在方箱旋转过程中，当两组相邻的钻进液进液管对应与相邻两个旋转滑块内部的通液孔对应连通时，此时，另两组相邻的钻进液出液管对应与相邻两个旋转滑块内部的通液孔也对应连通，钻井液从钻井液进液管流向方箱内部，同时方箱内的钻井液流到钻井液出液管排出；此时钻井液进液管的压力大于方箱内隔板一侧进液区处的压力，此时钻井液会克服第一压缩弹簧的弹力推动第一柱塞，使第一柱塞脱离外细孔，从而使钻进液进液管、外细孔、内粗孔和方箱内部的进液区连通，钻进液进入到方箱内并通过钻杆单元内部隔板一侧的钻井液输入通道注入到最下端一节钻杆单元连接的钻头钻进作业区域，钻进液再经过钻杆单元内部隔板另一侧的钻井液输出通道向上进入到方箱内隔板另一侧的出液区内，钻进液在方箱内部出液区的压力大于钻井液出液管内部的压力，钻井液会克服第二压缩弹簧的弹力推动第二柱塞，使第二柱塞脱离导筒，从而使钻进液出液管、外细孔、内粗孔和方箱内部的出液区连通，钻井液通过钻井液出液管排出。

由于方箱的四个侧面均设置有一个四个旋转密封导向管组件，以及固定筒的外圆周沿圆周方向均匀设置有两组相邻的钻进液进液管和两组相邻的钻进液出液管，当方箱和钻杆单元在进液和出液状态下再旋转90°时，仍然可以达到进液和出液。当方箱和钻杆单元旋转180°和270°时，此时钻井液进液管与方箱内部的出液区对应，钻井液出液管与方箱内部的进液区对应。此时钻井液进液管内的压力大于出液区内的压力，在压差的作用下，钻井液进液管内的压力会向内推动第二柱塞，第二柱塞伸入到导筒内密封钻井液进液管与出液区之间的通道，此时钻井液进液管与出液区之间的钻井液不能交流；同时在压差的作用下，进液区内的压力大于钻井液出液管内的压力，进液区内钻进液的压力会向外推动第一柱塞，第一柱塞伸入到外细孔内密封钻井液出液管与进液区之间的通道，此时钻井液出液管与进液区之间的钻井液不能交流。从而实现方箱和钻杆单元180°旋转自密封。

钻井液进液管上连接的进液电磁阀和钻井液出液管上设置的出液电磁阀分别用于控制钻进液的进液和出液。方箱和钻杆单元内设置的隔板将内部分隔为钻井液输入通道和钻井液输出通道，这样避免钻进液在出液时通过钻杆单元与油井之间的环形腔渗入到地层内。

旋转滑块在固定筒内开设有环形导槽内旋转，环形导槽起到限定旋转滑块在旋转过程中中心定位的作用。固定筒可以采用两个半圆筒制成并通过抱箍固定连接，这样可便于旋转滑块安装到环形导槽内。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中钻杆组件及钻头的剖面视图；

图3是图2中A处的局部放大示意图；

图4是本发明中钻杆单元的结构示意图；

图5是本发明中弹簧固定轴的结构示意图；

图6是本发明中隔板卡头的结构示意图；

图7是本发明中单个张开板的结构示意图；

图8是本发明中地层密封筒的结构示意图；

图9是本发明中井口旋转换向防喷一体化装置的外形结构示意图；

图10是本发明中井口旋转换向防喷一体化装置的轴向剖视视图；

图11是方箱及内外压力差通断机构的立体结构示意图；

图12是方箱和固定筒之间的结构示意图；

图13是本发明中井口旋转密封换向机构在进液和出液状态下的示意图；

图14是本发明中井口旋转密封换向机构在自密封状态下的示意图。

具体实施方式

如图1至图14所示，以图2的左侧为本发明的左向，图2中的箭头方向为钻井液的流动方向，本发明的井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统包括钻井井架1、钻井液进液罐2、钻井液加压泵3、钻井液回收泵4、钻井液回收罐5、井口旋转换向防喷一体化装置6、钻杆组件、地层密封筒7和钻头8；

钻井井架1、钻井液进液罐2、钻井液加压泵3、钻井液回收泵4和钻井液回收罐5均固定在地层9表面，钻井井架1上设置有动力驱动机构；钻井井架1的正下方的地层9内由钻杆组件和钻头8钻有井眼13，钻杆组件和钻头8设置在井眼13内，钻杆组件包括若干个结构相同且从上至下依次连接的钻杆单元14；

井口旋转换向防喷一体化装置6包括井口旋转密封换向机构100和位于井口旋转密封换向机构100下方的井口防喷器104，井口防喷器104顶部设置有旋转支撑机构101，井口旋转密封换向机构100底部固定连接有一节沿垂直方向设置的钻杆单元14，井口旋转密封换向机构100底部转动连接在旋转支撑机构101上，钻杆单元14伸入在旋转支撑机构101和井口防喷器104内部，钻杆单元14下端伸出井口防喷器104；井口旋转密封换向机构100的内部和钻杆单元14内部沿轴线方向设置有隔板17，井口防喷器104固定安装在井眼13的井口处，井口旋转密封换向机构100的上端通过传动杆组件与动力输出端传动连接，钻杆单元14呈圆筒状，钻杆单元14的下端向下同轴向设置有连接凸头15，钻杆单元14的上端设置有连接凹槽16，钻杆单元14的连接凸头15螺纹连接在相邻钻杆单元14的连接凹槽16内；

隔板17在每节钻杆单元14的内部竖向设置一块，每块隔板17的前后两侧边均与钻杆单元14的内壁密封接触，隔板17通过隔板固定组件固定在钻杆单元14内，上下相邻两块隔板17之间通过隔板连接组件连接，隔板17将钻杆单元14及井口旋转密封换向机构100的内部分隔为两个独立的通道，位于左侧的通道为钻井液输出通道18，位于右侧的通道为钻井液输入通道19；

钻井液进液罐2通过钻进液进液管76与井口旋转密封换向机构100的进液口连接，钻井液加压泵3设置在钻进液进液管76上；钻井液回收罐5通过钻进液出液管77与井口旋转密封换向机构100的出液口连接，钻井液回收泵4设置在钻进液出液管77上，钻井液进液罐2和钻井液回收罐5之间通过钻井液循环管线12连接；

位于最下方的钻杆单元14记为钻头固定杆20，钻头固定杆20的下端固定连接有钻头连接杆21，钻头8固定连接在钻头连接杆21的下端，地层密封筒7安装在钻头固定杆20的下部外圈，且地层密封筒7的外侧壁紧贴井眼13的内壁，地层密封筒7为圆筒状结构，地层密封筒7的上部固定连接有上环形板22，地层密封筒7的下部固定连接有下环形板23，上环形板22与下环形板23之间通过若干个沿周向均布的支撑杆24支撑，地层密封筒7的下环形板23上开设有三个第一钻井液交换孔25，钻头固定杆20的左半圆上沿周向设有若干个均与地层密封筒7内部连通的第二钻井液交换孔26，钻井液输出通道18的下端口处设置有与隔板17固定连接的钻井液回液隔板27，钻井液回液隔板27为半圆形板，钻井液回液隔板27与钻头固定杆20的内壁和隔板17的左侧面密封连接。

钻杆单元14内壁的上部沿钻杆单元14的径向开设有两个相互对称的上安装槽28，钻杆单元14内壁的下部沿钻杆单元14的径向开设有两个相互对称的下安装槽29，两个上安装槽28和两个下安装槽29均配套设置有一组所述的隔板固定组件；

隔板固定组件包括沿钻杆单元14径向方向设置的隔板卡头30、弹簧固定轴31、第一弹簧32和第二弹簧33，隔板卡头30包括第一连接板34、同轴向设置的限位环35和限位柱36，限位环35和限位柱36的一端均固定连接在第一连接板34上，限位环35和限位柱36之间形成环形卡槽，弹簧固定轴31的一端开设有与弹簧固定轴31同轴向的弹簧限位槽37，弹簧固定轴31的另一端固定连接有第二连接板38，第二连接板38通过螺钉39固定连接在隔板17上，第一弹簧32套设在弹簧固定轴31的外圈，第二弹簧33安装在弹簧限位槽37内，弹簧固定轴31伸入到环形卡槽内并与隔板卡头30插接配合，第一弹簧32的两端分别与第二连接板38和限位环35顶压接触，第二弹簧33的两端分别与弹簧限位槽37的槽底和限位柱36顶压接触，隔板卡头30安装在配套的上安装槽28内或者下安装槽29内。

隔板连接组件包括张开板40、固定板41、第一销轴42、第二销轴43和第三弹簧44，隔板17的上下两端均沿前后水平方向开设有长槽，位于上方的长槽内固定连接有第一顶压柱46，位于下方的长槽内固定连接有第二顶压柱45，第一顶压柱46和第二顶压柱45均与钻杆单元14同轴向设置，第三弹簧44套设在第二顶压柱45上，张开板40和固定板41均设有两个，两个固定板41位于同一水平高度且分别固定连接在隔板17的左右两侧面上，两个张开板40左右相对设置，每个张开板40均包括顶压部47和转动部48，顶压部47为平板结构，转动部48为L形弯板结构，第三弹簧44的两端分别与长槽的槽底和张开板40的顶压部47的上表面顶压接触，顶压部47的一端与转动部48的一端固定连接，顶压部47的自由端设有前后通透的腰形孔49，两个张开板40的顶压部47通过穿过两个腰形孔49的第一销轴42铰接，张开板40于转动部48的拐角处通过第二销轴43铰接在固定板41上，顶压部47处于水平位置时，转动部48的自由端的端面与隔板17平行并顶压接触。

钻杆单元14的连接凸头15与相邻钻杆单元14的连接凹槽16之间设置有密封环50。实现钻杆单元14之间的良好密封，防止钻井液泄漏。

地层密封筒7的上环形板22的下表面上固定连接有上环形台阶51，下环形板23的上表面上固定连接有下环形台阶52，上环形台阶51和下环形台阶52相对设置，支撑杆24的外侧设有若干个弓簧片53，弓簧片53为V形结构，所有弓簧片53沿钻杆单元14的圆周方向均匀环绕钻头固定杆20设置，弓簧片53的拐角外表面与地层密封筒7的内壁顶压接触，弓簧片53的两个端部内表面分别与上环形台阶51和下环形台阶52的外表面顶压接触。在弓簧片53的作用下，地层密封筒7的外侧壁与井眼13的内壁紧贴，避免地层密封筒7下方的钻井液溢出到地层密封筒7上方。

井口防喷器104包括支撑箱60，支撑箱60顶部和底部均上下对应开设有插孔，所述的钻杆单元14穿设在插孔内，支撑箱60在插孔内设置有与钻杆单元14外圆密封配合的第一密封圈，支撑箱60左侧和右侧分别设置有左液压驱动剪切机构和右液压驱动剪切机构，左液压驱动剪切机构和右液压驱动剪切机构的构造相同且左右对称设置；

左液压驱动剪切机构包括缸筒61、推杆62、活塞63和剪切闸板64，缸筒61沿左右方向水平设置，缸筒61右端与支撑箱60左侧固定连接并内部连通，推杆62自左向右穿过缸筒61左侧并沿缸筒61的轴向方向伸入到缸筒61内，缸筒61左侧设置有与推杆62外圆滑动密封配合的第二密封圈，活塞63滑动连接在缸筒61内，活塞63外圆设置有与缸筒61内壁滑动密封配合的第三密封圈，推杆62右端与活塞63左侧固定连接，剪切闸板64沿左右水平方向滑动连接在支撑箱60内，剪切闸板64的左侧与活塞63右侧之间通过一根连杆65连接，剪切闸板64的外周设置有与支撑箱60内壁滑动连接的第四密封圈，剪切闸板64的右侧固定连接有剪切头66。

旋转支撑机构101包括套在钻杆单元14外部的支撑筒67，支撑筒67的下端固定设置有连接法兰68，连接法兰68通过螺栓安装固定在支撑箱60顶部，支撑筒67上端同轴向固定设置有顶部敞口的环形支撑槽69，环形支撑槽69底部设置有两圈下支撑钢珠70，下支撑钢珠70顶部设置有支撑环板71，支撑环板71上表面设置有两圈上支撑钢珠72，上支撑钢珠72上部高于环形支撑槽69，井口旋转密封换向机构100底部与钻杆单元14上端固定连接且与上支撑钢珠72滚动连接。

井口旋转密封换向机构100包括方箱73和固定筒74，方箱73设置在固定筒74的内部，固定筒74内部沿圆周方向设置有内侧开口的环形导槽75，固定筒74的中心线与钻杆单元14的中心线重合，固定筒74的外圆周沿圆周方向均匀设置有四组均与环形导槽75连通的钻进液管道，每组钻进液管道均包括两根均沿固定筒74的径向方向设置的管道，其中两组相邻的钻进液管道为所述的钻井液进液管76，另两组相邻的钻进液管道为所述的钻进液出液管77，钻井液进液管76上设置有进液电磁阀78，钻进液出液管77上设置有出液电磁阀79，方箱73顶部设置有箱盖80，箱盖80底部与方箱73上端面之间设置有第五密封圈，传动杆组件下端固定连接有套在方箱73外部用于驱动方箱73转动的驱动套筒，驱动套筒内部呈底部敞口的四棱柱空腔结构，方箱73的四个侧面上分别固定设置有一个旋转密封导向管组件102，方箱73内部的隔板17沿方箱73的对角线设置；四个旋转密封导向管组件102对应与四组钻进液管道对应连通；方箱73底部与钻杆单元14上端固定连接且与上支撑钢珠72滚动连接，方箱73底部设有开口并与钻杆单元14上端内部贯通；

四个旋转密封导向管组件102均包括旋转滑块81，旋转滑块81的内端通过安装螺栓固定连接在方箱73的侧面，旋转滑块81的外端部伸入到环形导槽75内，旋转滑块81外端部的上表面和下表面分别与环形导槽75的底部和顶部通过第六密封圈滑动密封连接，旋转滑块81的内部开设有沿固定筒74的径向方向设置的两条对应于每组钻进液管道连通的通液孔，通液孔为内粗外细的台阶孔结构，通液孔包括内粗孔82和外细孔83；内粗孔82内设置有内外压力差通断机构103。

相邻的两个内外压力差通断机构103包括通过第一螺钉固定连接在方箱73外侧的第一安装板84，第一安装板84和方箱73上开设有均与内粗孔82连通的第一通孔，第一安装板84的外侧固定设置有沿通孔圆周方向布置的四块均位于内粗孔82内部的第一定位板85，每块第一定位板85上均开设有一道第一导孔86，第一导孔86的长度方向平行于内粗孔82的中心线，外细孔83的内端口内滑动设置有第一柱塞87，第一柱塞87的外圆周设置有与外细孔83内壁滑动密封配合的第七密封圈，第一柱塞87的外圆固定连接有伸入到四个第一导孔86内的四个第一导块88，四个第一导块88与第一安装板84之间设置有位于四块第一定位板85之间的第一压缩弹簧89。

另外相邻的两个内外压力差通断机构103包括通过第二螺钉固定连接在内粗孔82底部的第二安装板90，第二安装板90上开设有与外细孔83连通的第三通孔，方箱73外侧上固定设置有与内粗孔82同轴向的导筒91，方箱73上开设有与导筒91内径相等且贯通的第四通孔，第二安装板90的内侧固定设置有沿第三通孔圆周方向布置的四块均位于内粗孔82内部的第二定位板92，每块第二定位板92上均开设有一道第二导孔93，第二导孔93的长度方向平行于内粗孔82的中心线，外细孔83的内端口内滑动设置有第二柱塞94，第二柱塞94的外圆周设置有与导筒91和第四通孔内壁滑动密封配合的第八密封圈，第二柱塞94的外圆固定连接有伸入到四个第二导孔93内的四个第二导块95，四个第二导块95与第二安装板90之间设置有位于四块第二定位板92之间的第二压缩弹簧96。

本发明中将隔板17通过隔板固定组件固定在钻杆单元14内的具体过程为：先将各组隔板固定组件中的弹簧固定轴31上的第二连接板38分别通过螺钉39固定连接在隔板17上，然后分别将第一弹簧32套设在弹簧固定轴31的外圈，第二弹簧33安装在弹簧限位槽37内，并将弹簧固定轴31与隔板卡头30插接，然后将隔板17安装到对应的钻杆单元14内，位于上部的隔板卡头30卡接在配套的上安装槽28内，位于下部的隔板卡头30卡接在配套的下安装槽29内。

再将设置在不同钻杆单元14内的隔板17之间通过隔板连接组件连接，具体为：钻杆单元14的连接凸头15未拧入相邻钻杆单元14的连接凹槽16内时，套设在第二顶压柱45上的第三弹簧44向下压动张开板40的顶压部47，此时，两个张开板40处于张开状态，即两个张开板40的转动部48的自由端的端面远离相邻钻杆单元14内的隔板17，两个张开板40对隔板17起不到限位和连接作用，当钻杆单元14的连接凸头15拧入相邻钻杆单元14的连接凹槽16内的过程中，相邻钻杆单元14内隔板17上端的第一顶压柱46克服第三弹簧44的弹力，推动张开板40的顶压部47向上运动，此时，两个张开板40闭合，即两个张开板40的转动部48的自由端的端面靠近相邻钻杆单元14内的隔板17并最终与其紧贴，实现相邻两块隔板17之间的连接及限位，确保所有的隔板17均位于同一平面。

钻井过程中，输入钻井液时，钻井液从钻杆组件的进液端10进入钻杆组件的钻井液输入通道19，再通过钻头连接杆21内部进入到钻头8工作部位，并供给钻头8，抽钻井液时，钻井液从地层密封筒7的下方空间的钻头8工作部位通过地层密封筒7的三个第一钻井液交换孔25进入地层密封筒7内部，之后通过钻头固定杆20的左半圆上设置的第二钻井液交换孔26进入到钻头固定杆20内，并沿着钻井液输出通道18被抽出到钻井液回收罐5内。

钻井液输出通道18的下端固定连接的钻井液回液隔板27可防止钻井液输入通道19的钻井液直接进入到钻井液输出通道18中。

钻井液加压泵3可将钻井液进液罐2内的钻井液通过方箱73内部的进液区98输入到钻杆组件的钻井液输入通道19中，而钻井液回收泵4可将钻杆组件的钻井液输出通道18中的钻井液通过方箱73内部的出液区97抽出到钻井液回收罐5内，在钻进液加压泵和钻进液回收泵的共同作用下，钻井液回收罐5内部的钻井液通过钻井液循环管线12循环到钻井液进液罐2内，从而形成了钻井液的循环利用，最大限度的循环利用了钻井液，降低了钻井成本。

钻杆组件内的隔板17为钻井液的内进内出提供了结构支撑，钻井液在钻井液加压泵3与钻井液回收泵4的共同作用下，在钻杆组件的内部完成输入和输出，避免了钻井液与地层9之间大面积接触时的物质交换，避免了钻井液在返回地面时大量流失的情况。

钻井液在钻井液加压泵3与钻井液回收泵4的共同作用下，一端输入，一端输出，首先能够有效的将钻井过程中产生的石屑带出井底，其次，钻井液的输入和输出形成了液压差，有助于加快钻头8的钻速，对钻井过程起到促进作用。

井口旋转密封换向机构100安装在井口防喷器104上，井口防喷器104固定安装在井口上。井口旋转密封换向机构100与井口防喷器104同轴心安装。井口防喷器104的缸筒61固定设置在地面的井口处，方箱73上端部与动力驱动机构传动连接。井口防喷器104的工作原理为：当需要紧急密封井口时，动力驱动机构停止转动，启动井口防喷器104，左液压驱动剪切机构的推杆62向右移动，右液压驱动剪切机构的推杆62向左移动，左侧的剪切头66和右侧的剪切头66对最上端的一节钻杆单元14进行挤压，隔板17为薄钢板，强度较小，因此不管隔板17所在的平面与推杆62的夹角多少，在液压驱动力的作用下，均可将最上端的一节钻杆单元14压扁，钻杆单元14内孔被封闭，从而封闭井口。

井口旋转密封换向机构100的固定筒74固定连接在井口，动力驱动机构通过传动杆组件下端的驱动套筒夹持住方箱73旋转，方箱73带动钻杆单元14旋转。井口旋转密封换向机构100的工作原理及过程为：在方箱73旋转过程中，当两组相邻的钻进液进液管76对应与相邻两个旋转滑块81内部的通液孔对应连通时，此时，另两组相邻的钻进液出液管77对应与相邻两个旋转滑块81内部的通液孔也对应连通，钻井液从钻井液进液管流向方箱73内部，同时方箱73内的钻井液流到钻井液出液管排出；此时钻井液进液管的压力大于方箱73内隔板17一侧进液区98处的压力，此时钻井液会克服第一压缩弹簧89的弹力推动第一柱塞87，使第一柱塞87脱离外细孔83，从而使钻进液进液管76、外细孔83、内粗孔82和方箱73内部的进液区98连通，钻进液进入到方箱73内并通过钻杆单元14内部隔板17一侧的钻井液输入通道19注入到最下端一节钻杆单元14连接的钻头钻进作业区域，钻进液再经过钻杆单元14内部隔板17另一侧的钻井液输出通道18向上进入到方箱73内隔板17另一侧的出液区97内，钻进液在方箱73内部出液区97的压力大于钻井液出液管内部的压力，钻井液会克服第二压缩弹簧96的弹力推动第二柱塞94，使第二柱塞94脱离导筒91，从而使钻进液出液管77、外细孔83、内粗孔82和方箱73内部的出液区97连通，钻井液通过钻井液出液管排出。

由于方箱73的四个侧面均设置有一个四个旋转密封导向管组件102，以及固定筒74的外圆周沿圆周方向均匀设置有两组相邻的钻进液进液管76和两组相邻的钻进液出液管77，当方箱73和钻杆单元14在进液和出液状态下再旋转90°时，仍然可以达到进液和出液。当方箱73和钻杆单元14旋转180°和270°时，此时钻井液进液管与方箱73内部的出液区97对应，钻井液出液管与方箱73内部的进液区98对应。此时钻井液进液管内的压力大于出液区97内的压力，在压差的作用下，钻井液进液管内的压力会向内推动第二柱塞94，第二柱塞94伸入到导筒91内密封钻井液进液管与出液区97之间的通道，此时钻井液进液管与出液区97之间的钻井液不能交流；同时在压差的作用下，进液区98内的压力大于钻井液出液管内的压力，进液区98内钻进液的压力会向外推动第一柱塞87，第一柱塞87伸入到外细孔83内密封钻井液出液管与进液区98之间的通道，此时钻井液出液管与进液区98之间的钻井液不能交流。从而实现方箱73和钻杆单元14旋转180°自密封。如此旋转一周，进液和出液均同时连通两次，实现共同进液与排液同时进行，确保内部压力平衡。

钻井液进液管上连接的进液电磁阀78和钻井液出液管上设置的出液电磁阀79分别用于控制钻进液的进液和出液。方箱73和钻杆单元14内设置的隔板17将内部分隔为钻井液输入通道19和钻井液输出通道18，这样避免钻进液在出液时通过钻杆单元14与油井之间的环形腔渗入到地层内。

旋转滑块81在固定筒74内开设有环形导槽75内旋转，环形导槽75起到限定旋转滑块81在旋转过程中中心定位的作用。固定筒74可以采用两个半圆筒制成并通过抱箍固定连接，这样可便于旋转滑块81安装到环形导槽75内。

动力驱动机构、钻井液进液罐2、钻井液加压泵3、钻井液回收泵4、钻井液回收罐5、井口旋转换向防喷一体化装置6、钻头8和弓簧片53均为现有常规装置，具体结构不再详述。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，其特征在于：包括钻井井架、钻井液进液罐、钻井液加压泵、钻井液回收泵、钻井液回收罐、井口旋转换向防喷一体化装置、钻杆组件、地层密封筒和钻头；

钻井井架、钻井液进液罐、钻井液加压泵、钻井液回收泵和钻井液回收罐均固定在地层表面，钻井井架上设置有动力驱动机构；钻井井架的正下方的地层内由钻杆组件和钻头钻有井眼，钻杆组件和钻头设置在井眼内，钻杆组件包括若干个结构相同且从上至下依次连接的钻杆单元；

井口旋转换向防喷一体化装置包括井口旋转密封换向机构和位于井口旋转密封换向机构下方的井口防喷器，井口防喷器顶部设置有旋转支撑机构，井口旋转密封换向机构底部固定连接有一节沿垂直方向设置的钻杆单元，井口旋转密封换向机构底部转动连接在旋转支撑机构上，钻杆单元伸入在旋转支撑机构和井口防喷器内部，钻杆单元下端伸出井口防喷器；井口旋转密封换向机构的内部和钻杆单元内部沿轴线方向设置有隔板，井口防喷器固定安装在井眼的井口处，井口旋转密封换向机构的上端通过传动杆组件与动力输出端传动连接，钻杆单元呈圆筒状，钻杆单元的下端向下同轴向设置有连接凸头，钻杆单元的上端设置有连接凹槽，钻杆单元的连接凸头螺纹连接在相邻钻杆单元的连接凹槽内；

隔板在每节钻杆单元的内部竖向设置一块，每块隔板的前后两侧边均与钻杆单元的内壁密封接触，隔板通过隔板固定组件固定在钻杆单元内，上下相邻两块隔板之间通过隔板连接组件连接，隔板将钻杆单元及井口旋转密封换向机构的内部分隔为两个独立的通道，位于左侧的通道为钻井液输出通道，位于右侧的通道为钻井液输入通道；

钻井液进液罐通过钻进液进液管与井口旋转密封换向机构的进液口连接，钻井液加压泵设置在钻进液进液管上；钻井液回收罐通过钻进液出液管与井口旋转密封换向机构的出液口连接，钻井液回收泵设置在钻进液出液管上，钻井液进液罐和钻井液回收罐之间通过钻井液循环管线连接；

位于最下方的钻杆单元记为钻头固定杆，钻头固定杆的下端固定连接有钻头连接杆，钻头固定连接在钻头连接杆的下端，地层密封筒安装在钻头固定杆的下部外圈，且地层密封筒的外侧壁紧贴井眼的内壁，地层密封筒为圆筒状结构，地层密封筒的上部固定连接有上环形板，地层密封筒的下部固定连接有下环形板，上环形板与下环形板之间通过若干个沿周向均布的支撑杆支撑，地层密封筒的下环形板上开设有三个第一钻井液交换孔，钻头固定杆的左半圆上沿周向设有若干个均与地层密封筒内部连通的第二钻井液交换孔，钻井液输出通道的下端口处设置有与隔板固定连接的钻井液回液隔板，钻井液回液隔板为半圆形板，钻井液回液隔板与钻头固定杆的内壁和隔板的左侧面密封连接。

2.根据权利要求1所述的井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，其特征在于：钻杆单元内壁的上部沿钻杆单元的径向开设有两个相互对称的上安装槽，钻杆单元内壁的下部沿钻杆单元的径向开设有两个相互对称的下安装槽，两个上安装槽和两个下安装槽均配套设置有一组所述的隔板固定组件；

隔板固定组件包括沿钻杆单元径向方向设置的隔板卡头、弹簧固定轴、第一弹簧和第二弹簧，隔板卡头包括第一连接板、同轴向设置的限位环和限位柱，限位环和限位柱的一端均固定连接在第一连接板上，限位环和限位柱之间形成环形卡槽，弹簧固定轴的一端开设有与弹簧固定轴同轴向的弹簧限位槽，弹簧固定轴的另一端固定连接有第二连接板，第二连接板通过螺钉固定连接在隔板上，第一弹簧套设在弹簧固定轴的外圈，第二弹簧安装在弹簧限位槽内，弹簧固定轴伸入到环形卡槽内并与隔板卡头插接配合，第一弹簧的两端分别与第二连接板和限位环顶压接触，第二弹簧的两端分别与弹簧限位槽的槽底和限位柱顶压接触，隔板卡头安装在配套的上安装槽内或者下安装槽内。

3.根据权利要求1所述的井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，其特征在于：隔板连接组件包括张开板、固定板、第一销轴、第二销轴和第三弹簧，隔板的上下两端均沿前后水平方向开设有长槽，位于上方的长槽内固定连接有第一顶压柱，位于下方的长槽内固定连接有第二顶压柱，第一顶压柱和第二顶压柱均与钻杆单元同轴向设置，第三弹簧套设在第二顶压柱上，张开板和固定板均设有两个，两个固定板位于同一水平高度且分别固定连接在隔板的左右两侧面上，两个张开板左右相对设置，每个张开板均包括顶压部和转动部，顶压部为平板结构，转动部为L形弯板结构，第三弹簧的两端分别与长槽的槽底和张开板的顶压部的上表面顶压接触，顶压部的一端与转动部的一端固定连接，顶压部的自由端设有前后通透的腰形孔，两个张开板的顶压部通过穿过两个腰形孔的第一销轴铰接，张开板于转动部的拐角处通过第二销轴铰接在固定板上，顶压部处于水平位置时，转动部的自由端的端面与隔板平行并顶压接触。

4.根据权利要求1所述的井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，其特征在于：钻杆单元的连接凸头与相邻钻杆单元的连接凹槽之间设置有密封环。

5.根据权利要求1所述的井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，其特征在于：地层密封筒的上环形板的下表面上固定连接有上环形台阶，下环形板的上表面上固定连接有下环形台阶，上环形台阶和下环形台阶相对设置，支撑杆的外侧设有若干个弓簧片，弓簧片为V形结构，所有弓簧片沿钻杆单元的圆周方向均匀环绕钻头固定杆设置，弓簧片的拐角外表面与地层密封筒的内壁顶压接触，弓簧片的两个端部内表面分别与上环形台阶和下环形台阶的外表面顶压接触。

6.根据权利要求1所述的井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，其特征在于：井口防喷器包括支撑箱，支撑箱顶部和底部均上下对应开设有插孔，所述的钻杆单元穿设在插孔内，支撑箱在插孔内设置有与钻杆单元外圆密封配合的第一密封圈，支撑箱左侧和右侧分别设置有左液压驱动剪切机构和右液压驱动剪切机构，左液压驱动剪切机构和右液压驱动剪切机构的构造相同且左右对称设置；

左液压驱动剪切机构包括缸筒、推杆、活塞和剪切闸板，缸筒沿左右方向水平设置，缸筒右端与支撑箱左侧固定连接并内部连通，推杆自左向右穿过缸筒左侧并沿缸筒的轴向方向伸入到缸筒内，缸筒左侧设置有与推杆外圆滑动密封配合的第二密封圈，活塞滑动连接在缸筒内，活塞外圆设置有与缸筒内壁滑动密封配合的第三密封圈，推杆右端与活塞左侧固定连接，剪切闸板沿左右水平方向滑动连接在支撑箱内，剪切闸板的左侧与活塞右侧之间通过一根连杆连接，剪切闸板的外周设置有与支撑箱内壁滑动连接的第四密封圈，剪切闸板的右侧固定连接有剪切头。

7.根据权利要求6所述的井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，其特征在于：旋转支撑机构包括套在钻杆单元外部的支撑筒，支撑筒的下端固定设置有连接法兰，连接法兰通过螺栓安装固定在支撑箱顶部，支撑筒上端同轴向固定设置有顶部敞口的环形支撑槽，环形支撑槽底部设置有两圈下支撑钢珠，下支撑钢珠顶部设置有支撑环板，支撑环板上表面设置有两圈上支撑钢珠，上支撑钢珠上部高于环形支撑槽，井口旋转密封换向机构底部与钻杆单元上端固定连接且与上支撑钢珠滚动连接。

8.根据权利要求7所述的井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，其特征在于：井口旋转密封换向机构包括方箱和固定筒，方箱设置在固定筒的内部，固定筒内部沿圆周方向设置有内侧开口的环形导槽，固定筒的中心线与钻杆单元的中心线重合，固定筒的外圆周沿圆周方向均匀设置有四组均与环形导槽连通的钻进液管道，每组钻进液管道均包括两根均沿固定筒的径向方向设置的管道，其中两组相邻的钻进液管道为所述的钻井液进液管，另两组相邻的钻进液管道为所述的钻进液出液管，钻井液进液管上设置有进液电磁阀，钻进液出液管上设置有出液电磁阀，方箱顶部设置有箱盖，箱盖底部与方箱上端面之间设置有第五密封圈，传动杆组件下端固定连接有套在方箱外部用于驱动方箱转动的驱动套筒，驱动套筒内部呈底部敞口的四棱柱空腔结构，方箱的四个侧面上分别固定设置有一个旋转密封导向管组件，方箱内部的隔板沿方箱的对角线设置；四个旋转密封导向管组件对应与四组钻进液管道对应连通；方箱底部与钻杆单元上端固定连接且与上支撑钢珠滚动连接，方箱底部设有开口并与钻杆单元上端内部贯通；

四个旋转密封导向管组件均包括旋转滑块，旋转滑块的内端通过安装螺栓固定连接在方箱的侧面，旋转滑块的外端部伸入到环形导槽内，旋转滑块外端部的上表面和下表面分别与环形导槽的底部和顶部通过第六密封圈滑动密封连接，旋转滑块的内部开设有沿固定筒的径向方向设置的两条对应于每组钻进液管道连通的通液孔，通液孔为内粗外细的台阶孔结构，通液孔包括内粗孔和外细孔；内粗孔内设置有内外压力差通断机构。

9.根据权利要求8所述的井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，其特征在于：相邻的两个内外压力差通断机构包括通过第一螺钉固定连接在方箱外侧的第一安装板，第一安装板和方箱上开设有均与内粗孔连通的第一通孔，第一安装板的外侧固定设置有沿通孔圆周方向布置的四块均位于内粗孔内部的第一定位板，每块第一定位板上均开设有一道第一导孔，第一导孔的长度方向平行于内粗孔的中心线，外细孔的内端口内滑动设置有第一柱塞，第一柱塞的外圆周设置有与外细孔内壁滑动密封配合的第七密封圈，第一柱塞的外圆固定连接有伸入到四个第一导孔内的四个第一导块，四个第一导块与第一安装板之间设置有位于四块第一定位板之间的第一压缩弹簧。

10.根据权利要求9所述的井口旋转换向进出钻进液及防喷一体式石油钻井系统，其特征在于：另外相邻的两个内外压力差通断机构包括通过第二螺钉固定连接在内粗孔底部的第二安装板，第二安装板上开设有与外细孔连通的第三通孔，方箱外侧上固定设置有与内粗孔同轴向的导筒，方箱上开设有与导筒内径相等且贯通的第四通孔，第二安装板的内侧固定设置有沿第三通孔圆周方向布置的四块均位于内粗孔内部的第二定位板，每块第二定位板上均开设有一道第二导孔，第二导孔的长度方向平行于内粗孔的中心线，外细孔的内端口内滑动设置有第二柱塞，第二柱塞的外圆周设置有与导筒和第四通孔内壁滑动密封配合的第八密封圈，第二柱塞的外圆固定连接有伸入到四个第二导孔内的四个第二导块，四个第二导块与第二安装板之间设置有位于四块第二定位板之间的第二压缩弹簧。

Images