CN112324343A - 一种多功能致密岩地质勘探钻头及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种多功能致密岩地质勘探钻头，包括掘进部、破碎部和切削部，掘进部、破碎部和切削部由上至下依次连接，掘进部的顶部设置有高压进水管连接头和排污管连接头，掘进部内设置有高压供水环腔和排污通道，破碎部内设置有冲刷环腔，冲刷环腔内部设有破碎通道，高压供水环腔与冲刷环腔连通，切削部上开设有若干个高压喷水通道，各个高压喷水通道的上端口与冲刷环腔连通，切削部的底部转动设置有若干个切削轮，切削部的底部安装有若干根高压喷管，掘进部的外圆周和破碎部的外圆周上均设置有若干个支撑机构。本发明能够在钻井中实现蠕动前进钻孔，还能进行曲线钻孔，在借助切削轮切割破碎致密岩的同时使用高压水对致密岩进行冲击，还能够进行取样操作。
Description
技术领域
本发明涉及致密岩钻探机械设备领域，具体的说，涉及一种多功能致密岩地质勘探钻头及其工作方法。
背景技术
致密岩油气是非常规油气资源的一种，在全球广泛分布，在中国分布也十分广泛，具有广阔的开发潜力，但目前我国对其的勘探程度还比较低，主要原因之一是地质复杂增加了探勘开发的难度。地质勘探取样是获取地下致密岩地质情况的有效手段，目前地质勘探取样主要通过钻杆连接普通钻头，通过井口施加动力，通过钻杆传递到钻头，使钻头切削和冲击地层完成，当井为超深井而地质又较为复杂，完全靠井口施加动力，可能造成钻杆过量扭转变形，甚至直接扭转，因此提供一种可自供切削和冲击动力的多功能钻头对于提高钻井勘探取样的安全性就具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种多功能致密岩地质勘探钻头及其工作方法，本发明能够在钻井中实现蠕动前进钻孔，还能进行曲线钻孔，在借助切削轮切割破碎致密岩的同时使用高压水对致密岩进行冲击，还能够进行取样操作。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多功能致密岩地质勘探钻头，包括掘进部、破碎部和切削部，掘进部、破碎部和切削部由上至下依次连接，掘进部的顶部设置有高压进水管连接头和排污管连接头，掘进部的底部与破碎部的顶部活动连接，切削部的顶部与破碎部的底部转动连接，掘进部内设置有高压供水环腔和排污通道，高压进水管连接头的下端与高压供水环腔连通，排污管连接头的下端与排污通道连通，破碎部内设置有冲刷环腔，冲刷环腔内部设有与排污通道对接的破碎通道，高压供水环腔通过若干根高压软管与冲刷环腔连通，切削部设置有上下通透且与破碎通道对接的切削通道，切削部上开设有若干个上下通透的高压喷水通道，各个高压喷水通道的上端口与冲刷环腔连通，切削部内设置有与各个高压喷水通道的下端口对接的高压喷水环腔，切削部的底部转动设置有若干个圆周阵列的切削轮，切削部的底部安装有若干根与高压喷水环腔对接的高压喷管，各个高压喷管的喷口分别朝向各个切削轮设置，掘进部的外圆周和破碎部的外圆周上均沿周向圆周阵列设置有若干个与井壁紧压接触的支撑机构。
掘进部包括掘进筒体，掘进筒体的顶部和底部均敞口，掘进筒体的顶部固定连接有上法兰端盖，掘进筒体的底部固定连接有下法兰端盖，上法兰端盖和下法兰端盖的中部均开设有上下通透的排污孔，上法兰端盖和下法兰端盖之间固定连接有排污管道，排污管道内形成所述的排污通道，排污管道上端口和下端口分别对应与上侧排污孔和下侧排污孔对接，排污管连接头的下端固定连接在上法兰端盖的中部并与上侧排污孔对接，排污管道的外圆与掘进筒体的内圆之间形成所述的高压供水环腔，高压进水管连接头设置有四个，四个高压进水管连接头圆周阵列设置在排污管连接头的四周，四个高压进水管连接头的下端固定安装在上法兰端盖上并与高压供水环腔连通，下法兰端盖的中部固定连接有波纹管，波纹管的上端口与下侧排污孔对接，高压软管设置有四根，四根高压软管圆周阵列设置在波纹管的四周，四根高压软管的上端固定安装在下法兰端盖上并与高压供水环腔连通，下法兰端盖的外边缘上固定安装有四个圆周阵列设置的第一液压油缸，第一液压油缸竖向设置，第一液压油缸的活塞杆向下伸出缸体，第一液压油缸的缸体顶部铰接在下法兰端盖上。
破碎部包括破碎筒体，破碎筒体的顶部和底部均敞口，破碎筒体内同中心设置有摩擦圆管，摩擦圆管的上端与破碎筒体内顶部一体成型固定连接，摩擦圆管的内径与排污孔内径相同，摩擦圆管的外径小于破碎筒体的内径，摩擦圆管的下端位于破碎筒体内下侧部，破碎筒体内顶部安装有套在摩擦圆管的顶部外圆周上的第一推力轴承，第一推力轴承的外圆与破碎筒体内圆接触，摩擦圆管的外圆周上套设有若干个第一水封，摩擦圆管的下侧部外圆周上固定套设有导电滑环，摩擦圆管的底部外圆周上套设有深沟球轴承，波纹管的下端固定连接在破碎筒体的上表面中部并与摩擦圆管的上端口对接， 四个第一液压油缸的活塞杆下端铰接在破碎筒体的上表面外边沿，四根高压软管的下端固定安装在破碎筒体的上表面，破碎筒体的上表面开设有四个高压水流射道，四根高压软管的下端分别与四个高压水流射道的上端对接，破碎筒体的内侧壁上侧部四周开设有四个高压水流射孔，四个高压水流射道的下端分别通向四个高压水流射孔，摩擦圆管的内壁沿轴向均匀开设有摩擦长槽，摩擦圆管内部形成所述的破碎通道，破碎筒体的底部一体成型有管柱。
切削部包括切削筒体，切削筒体的顶部和底部均敞口，切削筒体内部形成所述的切削通道，切削筒体的顶部同中心一体成型固定连接有导流筒体，导流筒体的顶部和底部均敞口，导流筒体的底部内圆固定连接有辐板支架，导流筒体内同中心设置有破碎轴，破碎轴的下端固定连接在辐板支架的中部，导流筒体插接在破碎筒体内且套在摩擦圆管的外部，导流筒体的外圆与破碎筒体的内圆之间形成所述的冲刷环腔，破碎轴伸入到摩擦圆管中，破碎轴上沿轴向一体成型有螺旋切削刀片，导流筒体的外圆周沿轴向一体成型有与螺旋切削刀片旋向相反的螺旋导流叶片，导流筒体的上侧部外圆一体成型有若干块圆周阵列设置的旋转叶片，导流筒体的上端外圆固定连接有环形板，导流筒体的顶部外圆周套设有第二推力轴承，第二推力轴承的外圆与破碎筒体的内圆接触，第二推力轴承的上表面与环形板的下表面紧压接触，环形板的上表面内边沿与第一推力轴承的下表面外边沿顶压接触，各个第一水封、导电滑环和深沟球轴承均嵌设在导流筒体和摩擦圆管之间，四个高压水流射孔的喷射方向分别对应朝向各个旋转叶片设置，切削筒体的顶部沿周向开设有顶部敞口的转动环槽，管柱对应转动安装在转动环槽中，转动环槽内设置有套设在管柱外圆周上的第二水封；
切削筒体的底部固定安装有取芯座，取芯座的中部设置有上下通透且与切削通道对接的取芯通道，取芯座的底部固定连接有排渣座，排渣座的中部设置有上下通透且与排渣通道对接的排渣通道，各个高压喷水通道均竖直贯通设置在切削筒体、取芯座和排渣座的偏心部，切削筒体和取芯座的底部均开设有弧形安置槽，上侧的弧形安置槽与切削通道的下端口对应连接，下侧的弧形安置槽与取芯通道的下端口对应连接，切削通道的下端口内壁一侧和取芯通道的下端口内壁一侧均安装有防水电机，防水电机竖直设置，两个防水电机的动力轴上端均固定连接有挡板，上侧的挡板对应滑动在上侧的弧形安置槽中并用于封堵切削通道的下端口，下侧的挡板对应滑动在下侧的弧形安置槽中并用于封堵取芯通道的下端口，两个防水电机均通过防水电缆与导电滑环连接，排渣座的中部开设有环形凹槽，排渣座的底部固定安装有切削法兰座，切削法兰座的中部开设有上下通透且与排渣通道对接的排渣孔，切削法兰座的顶部与环形凹槽之间形成所述的高压喷水环腔，切削法兰座的底部固定连接有上小下大的圆锥形聚渣斗，圆锥形聚渣斗的上端口与排渣孔对接，切削法兰座的底部外边沿圆周阵列设置有若干根支柱，各个切削轮分别对应转动在各根支柱上，各个切削轮的中心轴均沿切削法兰座的径向设置，各个切削轮的切削面均朝向切削法兰座的中心设置，各个切削轮的中心轴内端均固定安装有驱动叶轮，各根高压喷管均固定安装在切削法兰座，各根高压喷管的喷口分别向下朝向各个驱动叶轮的上侧部设置。
掘进筒体的外圆周和破碎筒体的外圆周上均开设有四个圆周阵列设置的安装槽，前侧的安装槽的下侧和前侧均敞口，每个安装槽中均安装有所述的支撑机构，前侧的支撑机构包括铰接支座、竖直支撑压板和第二液压油缸，铰接支座通过若干根螺钉固定安装在前侧的安装槽底部，竖直支撑压板沿左右方向竖向设置且位于前侧的安装槽前方，第二液压油缸的缸体底部铰接在铰接支座的上侧部，第二液压油缸的活塞杆向前下方伸出，第二液压油缸的活塞杆前端铰接在竖直支撑压板的后侧面中部，竖直支撑压板的后侧面中部下侧铰接有第一连杆，第一连杆向后上倾斜设置，第一连杆的后侧部与铰接支座的下侧部之间铰接有两根平行的第二连杆，竖直支撑压板的前侧面为粗糙面。
一种多功能致密岩地质勘探钻头的工作方法，具体包括以下步骤：
（1）、首先通过钻进设备向地层钻井，直至钻到致密岩层，然后将四个高压进水管连接头的上端通过五通管与高压进水管线（包括高压水泵）连接，排污管连接头的上端与排污管线（包括排污泵）连接；
（2）、通过高压进水管线和排污管线将该多功能致密岩地质勘探钻头下入钻井底部，通过掘进部上的四个支撑机构将掘进部固定支撑在钻井内壁，使该多功能致密岩地质勘探钻头保持稳定，然后通过四个第一液压油缸的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再通过破碎部上的四个支撑机构将破碎部固定支撑在钻井内壁，再将掘进部上的四个支撑机构收回与钻井内壁分离，通过四个第一液压油缸的活塞杆收缩将掘进部向下移动一段距离，再通过掘进部上的四个支撑机构将掘进部固定支撑在钻井内壁，使该多功能致密岩地质勘探钻头保持稳定，再将破碎部上的四个支撑机构收回与钻井内壁分离，然后通过四个第一液压油缸的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再通过破碎部上的四个支撑机构将破碎部固定支撑在钻井内壁，如此，重复上述操作，实现该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进，当需要转向时，控制一个第一液压油缸动作即可实现，破碎部和切削部相对掘进部发生倾斜转向；
（3）、在该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进过程中，切削部和破碎部对致密岩进行破碎作业；
（4）、当到达某一指定位置时，通过切削部进行取样操作，取样完成后将高压进水管线和排污管线同步向上收起，将该多功能致密岩地质勘探钻头从钻井中提出，取出样品。
步骤（2）具体为：通过高压进水管线和排污管线将该多功能致密岩地质勘探钻头下入钻井底部，启动掘进筒体上的四个第二液压油缸，掘进筒体上的四个第二液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上，从而使掘进筒体固定在钻井中，然后通过四个第一液压油缸的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再启动破碎筒体上的四个第二液压油缸，破碎筒体上的四个第二液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上，从而使破碎筒体固定在钻井中，再将掘进筒体上的四个第二液压油缸活塞杆收回与钻井内壁分离，通过四个第一液压油缸的活塞杆收缩将掘进部向下移动一段距离，再使掘进筒体上的四个第二液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上，使掘进筒体固定在钻井中，将破碎筒体上的四个第二液压油缸活塞杆收回与钻井内壁分离，然后通过四个第一液压油缸的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再使破碎筒体上的四个第二液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上，从而使破碎筒体固定在钻井中，如此，重复上述操作，实现该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进，当需要转向时，控制一个第一液压油缸动作即可实现，破碎部和切削部相对掘进部发生倾斜转向。
步骤（3）具体为：在该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进过程中，高压进水管线通过四个高压进水管连接头向掘进部内的高压供水环腔中注入高压水，高压水再通过四根高压软管进入四个高压水流射道中，高压水经四个高压水流射孔喷射进入冲刷环腔中并冲击导流筒体上侧部外圆周上的各块旋转叶片，驱动导流筒体高速旋转，导流筒体带动切削部整体旋转，高压水在冲刷环腔中经螺旋导流叶片旋转加速向下冲入各个高压喷水通道，高压水再经各个高压喷水通道进入高压喷水环腔中，最后，高压水通过各根高压喷管喷出，部分高压水冲击各个驱动叶轮驱使各个切削轮高速转动，部分高压水冲击在需要开采的致密岩上，进行破碎作业，同时各个切削轮转动对致密岩进行切削破碎，由于钻井底部空间较小，且排污泵的作用，高压水会反向向圆锥形聚渣斗聚集并向上回流，使致密岩碎渣送入圆锥形聚渣斗中，并向上通过排渣孔、排渣通道、取芯通道和切削通道进入到破碎通道中，并在高速旋转的螺旋切削刀片作用下进一步切割破碎，同时与摩擦圆管内壁的摩擦长槽进行摩擦破碎，之后通过波纹管进入排污管道，最后通过排污管道排出掘进筒体并经排污管连接头和排污管线排出到地面，其中初始时，两块挡板均位于偏心处，取芯通道和切削通道均打开。
步骤（4）具体为：当到达某一指定位置时，启动上侧的防水电机，将上侧的挡板转动至中心处封堵切削通道的下端口，则破碎的致密岩样品进入取芯通道中，然后启动下侧的防水电机，将下侧的挡板转动至中心处封堵取芯通道的下端口，如此，完成取样，将高压进水管线和排污管线同步向上收起，将该多功能致密岩地质勘探钻头从钻井中提出，取出样品。
本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体地说，本发明能够在钻井中实现蠕动前进钻孔，还能进行曲线钻孔，在借助切削轮切割破碎致密岩的同时使用高压水对致密岩进行冲击，还能够进行取样操作。
附图说明
图1是本发明的轴测图。
图2是本发明的主视图。
图3是本发明的剖视图。
图4是本发明的破碎部的结构示意图。
图5是本发明的切削部去掉排渣座、切削法兰座和各个切削轮后的轴测图。
图6是本发明的切削部去掉切削法兰座和各个切削轮后的轴测图一。
图7是本发明的切削部去掉切削法兰座和各个切削轮后的轴测图二。
图8是本发明的切削部去掉切削法兰座和各个切削轮后的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例。
如图1-图8所示，一种多功能致密岩地质勘探钻头，包括掘进部、破碎部和切削部，掘进部、破碎部和切削部由上至下依次连接，掘进部的顶部设置有高压进水管连接头1和排污管连接头2，掘进部的底部与破碎部的顶部活动连接，切削部的顶部与破碎部的底部转动连接，掘进部内设置有高压供水环腔3和排污通道4，高压进水管连接头1的下端与高压供水环腔3连通，排污管连接头2的下端与排污通道4连通，破碎部内设置有冲刷环腔5，冲刷环腔5内部设有与排污通道4对接的破碎通道6，高压供水环腔3通过若干根高压软管7与冲刷环腔5连通，切削部设置有上下通透且与破碎通道6对接的切削通道8，切削部上开设有若干个上下通透的高压喷水通道9，各个高压喷水通道9的上端口与冲刷环腔5连通，切削部内设置有与各个高压喷水通道9的下端口对接的高压喷水环腔10，切削部的底部转动设置有若干个圆周阵列的切削轮11，切削部的底部安装有若干根与高压喷水环腔10对接的高压喷管12，各个高压喷管12的喷口分别朝向各个切削轮11设置，掘进部的外圆周和破碎部的外圆周上均沿周向圆周阵列设置有若干个与井壁紧压接触的支撑机构。
掘进部包括掘进筒体13，掘进筒体13的顶部和底部均敞口，掘进筒体13的顶部固定连接有上法兰端盖14，掘进筒体13的底部固定连接有下法兰端盖15，上法兰端盖14和下法兰端盖15的中部均开设有上下通透的排污孔16，上法兰端盖14和下法兰端盖15之间固定连接有排污管道17，排污管道17内形成所述的排污通道4，排污管道17上端口和下端口分别对应与上侧排污孔16和下侧排污孔16对接，排污管连接头2的下端固定连接在上法兰端盖14的中部并与上侧排污孔16对接，排污管道17的外圆与掘进筒体13的内圆之间形成所述的高压供水环腔3，高压进水管连接头1设置有四个，四个高压进水管连接头1圆周阵列设置在排污管连接头2的四周，四个高压进水管连接头1的下端固定安装在上法兰端盖14上并与高压供水环腔3连通，下法兰端盖15的中部固定连接有波纹管18，波纹管18的上端口与下侧排污孔16对接，高压软管7设置有四根，四根高压软管7圆周阵列设置在波纹管18的四周，四根高压软管7的上端固定安装在下法兰端盖15上并与高压供水环腔3连通，下法兰端盖15的外边缘上固定安装有四个圆周阵列设置的第一液压油缸19，第一液压油缸19竖向设置，第一液压油缸19的活塞杆向下伸出缸体，第一液压油缸19的缸体顶部铰接在下法兰端盖15上。
破碎部包括破碎筒体20，破碎筒体20的顶部和底部均敞口，破碎筒体20内同中心设置有摩擦圆管21，摩擦圆管21的上端与破碎筒体20内顶部一体成型固定连接，摩擦圆管21的内径与排污孔16内径相同，摩擦圆管21的外径小于破碎筒体20的内径，摩擦圆管21的下端位于破碎筒体20内下侧部，破碎筒体20内顶部安装有套在摩擦圆管21的顶部外圆周上的第一推力轴承22，第一推力轴承22的外圆与破碎筒体20内圆接触，摩擦圆管21的外圆周上套设有若干个第一水封23，摩擦圆管21的下侧部外圆周上固定套设有导电滑环24，摩擦圆管21的底部外圆周上套设有深沟球轴承25，波纹管18的下端固定连接在破碎筒体20的上表面中部并与摩擦圆管21的上端口对接， 四个第一液压油缸19的活塞杆下端铰接在破碎筒体20的上表面外边沿，四根高压软管7的下端固定安装在破碎筒体20的上表面，破碎筒体20的上表面开设有四个高压水流射道（图未示），四根高压软管7的下端分别与四个高压水流射道的上端对接，破碎筒体20的内侧壁上侧部四周开设有四个高压水流射孔59，四个高压水流射道的下端分别通向四个高压水流射孔59，摩擦圆管21的内壁沿轴向均匀开设有摩擦长槽26，摩擦圆管21内部形成所述的破碎通道6，破碎筒体20的底部一体成型有管柱27。
切削部包括切削筒体28，切削筒体28的顶部和底部均敞口，切削筒体28内部形成所述的切削通道8，切削筒体28的顶部同中心一体成型固定连接有导流筒体29，导流筒体29的顶部和底部均敞口，导流筒体29的底部内圆固定连接有辐板支架30，导流筒体29内同中心设置有破碎轴31，破碎轴31的下端固定连接在辐板支架30的中部，导流筒体29插接在破碎筒体20内且套在摩擦圆管21的外部，导流筒体29的外圆与破碎筒体20的内圆之间形成所述的冲刷环腔5，破碎轴31伸入到摩擦圆管21中，破碎轴31上沿轴向一体成型有螺旋切削刀片32，导流筒体29的外圆周沿轴向一体成型有与螺旋切削刀片旋向相反的螺旋导流叶片33，导流筒体29的上侧部外圆一体成型有若干块圆周阵列设置的旋转叶片34，导流筒体29的上端外圆固定连接有环形板35，导流筒体29的顶部外圆周套设有第二推力轴承36，第二推力轴承36的外圆与破碎筒体20的内圆接触，第二推力轴承36的上表面与环形板35的下表面紧压接触，环形板35的上表面内边沿与第一推力轴承22的下表面外边沿顶压接触，各个第一水封23、导电滑环24和深沟球轴承25均嵌设在导流筒体29和摩擦圆管21之间，四个高压水流射孔59的喷射方向分别对应朝向各个旋转叶片34设置，切削筒体28的顶部沿周向开设有顶部敞口的转动环槽37，管柱27对应转动安装在转动环槽37中，转动环槽37内设置有套设在管柱27外圆周上的第二水封38；
切削筒体28的底部固定安装有取芯座39，取芯座39的中部设置有上下通透且与切削通道8对接的取芯通道40，取芯座39的底部固定连接有排渣座41，排渣座41的中部设置有上下通透且与排渣通道对接的排渣通道42，各个高压喷水通道9均竖直贯通设置在切削筒体28、取芯座39和排渣座41的偏心部，切削筒体28和取芯座39的底部均开设有弧形安置槽43，上侧的弧形安置槽43与切削通道8的下端口对应连接，下侧的弧形安置槽43与取芯通道40的下端口对应连接，切削通道8的下端口内壁一侧和取芯通道40的下端口内壁一侧均安装有防水电机44，防水电机44竖直设置，两个防水电机44的动力轴上端均固定连接有挡板45，上侧的挡板45对应滑动在上侧的弧形安置槽43中并用于封堵切削通道8的下端口，下侧的挡板45对应滑动在下侧的弧形安置槽43中并用于封堵取芯通道40的下端口，两个防水电机44均通过防水电缆（图未示）与导电滑环24连接，排渣座41的中部开设有环形凹槽46，排渣座41的底部固定安装有切削法兰座47，切削法兰座47的中部开设有上下通透且与排渣通道42对接的排渣孔48，切削法兰座47的顶部与环形凹槽46之间形成所述的高压喷水环腔10，切削法兰座47的底部固定连接有上小下大的圆锥形聚渣斗49，圆锥形聚渣斗49的上端口与排渣孔48对接，切削法兰座47的底部外边沿圆周阵列设置有若干根支柱50，各个切削轮11分别对应转动在各根支柱50上，各个切削轮11的中心轴均沿切削法兰座47的径向设置，各个切削轮11的切削面均朝向切削法兰座47的中心设置，各个切削轮11的中心轴内端均固定安装有驱动叶轮51，各根高压喷管12均固定安装在切削法兰座47，各根高压喷管12的喷口分别向下朝向各个驱动叶轮51的上侧部设置。
掘进筒体13的外圆周和破碎筒体20的外圆周上均开设有四个圆周阵列设置的安装槽52，前侧的安装槽52的下侧和前侧均敞口，每个安装槽52中均安装有所述的支撑机构，前侧的支撑机构包括铰接支座53、竖直支撑压板54和第二液压油缸55，铰接支座53通过若干根螺钉56固定安装在前侧的安装槽52底部，竖直支撑压板54沿左右方向竖向设置且位于前侧的安装槽52前方，第二液压油缸55的缸体底部铰接在铰接支座53的上侧部，第二液压油缸55的活塞杆向前下方伸出，第二液压油缸55的活塞杆前端铰接在竖直支撑压板54的后侧面中部，竖直支撑压板54的后侧面中部下侧铰接有第一连杆57，第一连杆57向后上倾斜设置，第一连杆57的后侧部与铰接支座53的下侧部之间铰接有两根平行的第二连杆58，竖直支撑压板54的前侧面为粗糙面。
一种多功能致密岩地质勘探钻头的工作方法，具体包括以下步骤：
（1）、首先通过钻进设备向地层钻井，直至钻到致密岩层，然后将四个高压进水管连接头1的上端通过五通管与高压进水管线（包括高压水泵）连接，排污管连接头2的上端与排污管线（包括排污泵）连接；
（2）、通过高压进水管线和排污管线将该多功能致密岩地质勘探钻头下入钻井底部，通过掘进部上的四个支撑机构将掘进部固定支撑在钻井内壁，使该多功能致密岩地质勘探钻头保持稳定，然后通过四个第一液压油缸19的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再通过破碎部上的四个支撑机构将破碎部固定支撑在钻井内壁，再将掘进部上的四个支撑机构收回与钻井内壁分离，通过四个第一液压油缸19的活塞杆收缩将掘进部向下移动一段距离，再通过掘进部上的四个支撑机构将掘进部固定支撑在钻井内壁，使该多功能致密岩地质勘探钻头保持稳定，再将破碎部上的四个支撑机构收回与钻井内壁分离，然后通过四个第一液压油缸19的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再通过破碎部上的四个支撑机构将破碎部固定支撑在钻井内壁，如此，重复上述操作，实现该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进，当需要转向时，控制一个第一液压油缸19动作即可实现，破碎部和切削部相对掘进部发生倾斜转向；
（3）、在该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进过程中，切削部和破碎部对致密岩进行破碎作业；
（4）、当到达某一指定位置时，通过切削部进行取样操作，取样完成后将高压进水管线和排污管线同步向上收起，将该多功能致密岩地质勘探钻头从钻井中提出，取出样品。
步骤（2）具体为：通过高压进水管线和排污管线将该多功能致密岩地质勘探钻头下入钻井底部，启动掘进筒体13上的四个第二液压油缸55，掘进筒体13上的四个第二液压油缸55活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板54固定支撑在钻井内壁上，从而使掘进筒体13固定在钻井中，然后通过四个第一液压油缸19的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再启动破碎筒体20上的四个第二液压油缸55，破碎筒体20上的四个第二液压油缸55活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板54固定支撑在钻井内壁上，从而使破碎筒体20固定在钻井中，再将掘进筒体13上的四个第二液压油缸55活塞杆收回与钻井内壁分离，通过四个第一液压油缸19的活塞杆收缩将掘进部向下移动一段距离，再使掘进筒体13上的四个第二液压油缸55活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板54固定支撑在钻井内壁上，使掘进筒体13固定在钻井中，将破碎筒体20上的四个第二液压油缸55活塞杆收回与钻井内壁分离，然后通过四个第一液压油缸19的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再使破碎筒体20上的四个第二液压油缸55活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板54固定支撑在钻井内壁上，从而使破碎筒体20固定在钻井中，如此，重复上述操作，实现该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进，当需要转向时，控制一个第一液压油缸19动作即可实现，破碎部和切削部相对掘进部发生倾斜转向。
步骤（3）具体为：在该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进过程中，高压进水管线通过四个高压进水管连接头1向掘进部内的高压供水环腔3中注入高压水，高压水再通过四根高压软管7进入四个高压水流射道中，高压水经四个高压水流射孔59喷射进入冲刷环腔5中并冲击导流筒体29上侧部外圆周上的各块旋转叶片34，驱动导流筒体29高速旋转，导流筒体29带动切削部整体旋转，高压水在冲刷环腔5中经螺旋导流叶片33旋转加速向下冲入各个高压喷水通道9，高压水再经各个高压喷水通道9进入高压喷水环腔10中，最后，高压水通过各根高压喷管12喷出，部分高压水冲击各个驱动叶轮51驱使各个切削轮11高速转动，部分高压水冲击在需要开采的致密岩上，进行破碎作业，同时各个切削轮11转动对致密岩进行切削破碎，由于钻井底部空间较小，且排污泵的作用，高压水会反向向圆锥形聚渣斗49聚集并向上回流，使致密岩碎渣送入圆锥形聚渣斗49中，并向上通过排渣孔48、排渣通道42、取芯通道40和切削通道8进入到破碎通道6中，并在高速旋转的螺旋切削刀片32作用下进一步切割破碎，同时与摩擦圆管21内壁的摩擦长槽26进行摩擦破碎，之后通过波纹管18进入排污管道17，最后通过排污管道17排出掘进筒体13并经排污管连接头2和排污管线排出到地面，其中初始时，两块挡板45均位于偏心处，取芯通道40和切削通道8均打开。
步骤（4）具体为：当到达某一指定位置时，启动上侧的防水电机44，将上侧的挡板45转动至中心处封堵切削通道8的下端口，则破碎的致密岩样品进入取芯通道40中，然后启动下侧的防水电机44，将下侧的挡板45转动至中心处封堵取芯通道40的下端口，如此，完成取样，将高压进水管线和排污管线同步向上收起，将该多功能致密岩地质勘探钻头从钻井中提出，取出样品。
以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解；依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种多功能致密岩地质勘探钻头，其特征在于：包括掘进部、破碎部和切削部，掘进部、破碎部和切削部由上至下依次连接，掘进部的顶部设置有高压进水管连接头和排污管连接头，掘进部的底部与破碎部的顶部活动连接，切削部的顶部与破碎部的底部转动连接，掘进部内设置有高压供水环腔和排污通道，高压进水管连接头的下端与高压供水环腔连通，排污管连接头的下端与排污通道连通，破碎部内设置有冲刷环腔，冲刷环腔内部设有与排污通道对接的破碎通道，高压供水环腔通过若干根高压软管与冲刷环腔连通，切削部设置有上下通透且与破碎通道对接的切削通道，切削部上开设有若干个上下通透的高压喷水通道，各个高压喷水通道的上端口与冲刷环腔连通，切削部内设置有与各个高压喷水通道的下端口对接的高压喷水环腔，切削部的底部转动设置有若干个圆周阵列的切削轮，切削部的底部安装有若干根与高压喷水环腔对接的高压喷管，各个高压喷管的喷口分别朝向各个切削轮设置，掘进部的外圆周和破碎部的外圆周上均沿周向圆周阵列设置有若干个与井壁紧压接触的支撑机构。
2.根据权利要求1所述的多功能致密岩地质勘探钻头，其特征在于：掘进部包括掘进筒体，掘进筒体的顶部和底部均敞口，掘进筒体的顶部固定连接有上法兰端盖，掘进筒体的底部固定连接有下法兰端盖，上法兰端盖和下法兰端盖的中部均开设有上下通透的排污孔，上法兰端盖和下法兰端盖之间固定连接有排污管道，排污管道内形成所述的排污通道，排污管道上端口和下端口分别对应与上侧排污孔和下侧排污孔对接，排污管连接头的下端固定连接在上法兰端盖的中部并与上侧排污孔对接，排污管道的外圆与掘进筒体的内圆之间形成所述的高压供水环腔，高压进水管连接头设置有四个，四个高压进水管连接头圆周阵列设置在排污管连接头的四周，四个高压进水管连接头的下端固定安装在上法兰端盖上并与高压供水环腔连通，下法兰端盖的中部固定连接有波纹管，波纹管的上端口与下侧排污孔对接，高压软管设置有四根，四根高压软管圆周阵列设置在波纹管的四周，四根高压软管的上端固定安装在下法兰端盖上并与高压供水环腔连通，下法兰端盖的外边缘上固定安装有四个圆周阵列设置的第一液压油缸，第一液压油缸竖向设置，第一液压油缸的活塞杆向下伸出缸体，第一液压油缸的缸体顶部铰接在下法兰端盖上。
3.根据权利要求2所述的多功能致密岩地质勘探钻头，其特征在于：破碎部包括破碎筒体，破碎筒体的顶部和底部均敞口，破碎筒体内同中心设置有摩擦圆管，摩擦圆管的上端与破碎筒体内顶部一体成型固定连接，摩擦圆管的内径与排污孔内径相同，摩擦圆管的外径小于破碎筒体的内径，摩擦圆管的下端位于破碎筒体内下侧部，破碎筒体内顶部安装有套在摩擦圆管的顶部外圆周上的第一推力轴承，第一推力轴承的外圆与破碎筒体内圆接触，摩擦圆管的外圆周上套设有若干个第一水封，摩擦圆管的下侧部外圆周上固定套设有导电滑环，摩擦圆管的底部外圆周上套设有深沟球轴承，波纹管的下端固定连接在破碎筒体的上表面中部并与摩擦圆管的上端口对接， 四个第一液压油缸的活塞杆下端铰接在破碎筒体的上表面外边沿，四根高压软管的下端固定安装在破碎筒体的上表面，破碎筒体的上表面开设有四个高压水流射道，四根高压软管的下端分别与四个高压水流射道的上端对接，破碎筒体的内侧壁上侧部四周开设有四个高压水流射孔，四个高压水流射道的下端分别通向四个高压水流射孔，摩擦圆管的内壁沿轴向均匀开设有摩擦长槽，摩擦圆管内部形成所述的破碎通道，破碎筒体的底部一体成型有管柱。
4.根据权利要求3所述的多功能致密岩地质勘探钻头，其特征在于：切削部包括切削筒体，切削筒体的顶部和底部均敞口，切削筒体内部形成所述的切削通道，切削筒体的顶部同中心一体成型固定连接有导流筒体，导流筒体的顶部和底部均敞口，导流筒体的底部内圆固定连接有辐板支架，导流筒体内同中心设置有破碎轴，破碎轴的下端固定连接在辐板支架的中部，导流筒体插接在破碎筒体内且套在摩擦圆管的外部，导流筒体的外圆与破碎筒体的内圆之间形成所述的冲刷环腔，破碎轴伸入到摩擦圆管中，破碎轴上沿轴向一体成型有螺旋切削刀片，导流筒体的外圆周沿轴向一体成型有与螺旋切削刀片旋向相反的螺旋导流叶片，导流筒体的上侧部外圆一体成型有若干块圆周阵列设置的旋转叶片，导流筒体的上端外圆固定连接有环形板，导流筒体的顶部外圆周套设有第二推力轴承，第二推力轴承的外圆与破碎筒体的内圆接触，第二推力轴承的上表面与环形板的下表面紧压接触，环形板的上表面内边沿与第一推力轴承的下表面外边沿顶压接触，环形板的上表面内边沿与第一推力轴承的下表面外边沿顶压接触，各个第一水封、导电滑环和深沟球轴承均嵌设在导流筒体和摩擦圆管之间，四个高压水流射孔的喷射方向分别对应朝向各个旋转叶片设置，切削筒体的顶部沿周向开设有顶部敞口的转动环槽，管柱对应转动安装在转动环槽中，转动环槽内设置有套设在管柱外圆周上的第二水封；
切削筒体的底部固定安装有取芯座，取芯座的中部设置有上下通透且与切削通道对接的取芯通道，取芯座的底部固定连接有排渣座，排渣座的中部设置有上下通透且与排渣通道对接的排渣通道，各个高压喷水通道均竖直贯通设置在切削筒体、取芯座和排渣座的偏心部，切削筒体和取芯座的底部均开设有弧形安置槽，上侧的弧形安置槽与切削通道的下端口对应连接，下侧的弧形安置槽与取芯通道的下端口对应连接，切削通道的下端口内壁一侧和取芯通道的下端口内壁一侧均安装有防水电机，防水电机竖直设置，两个防水电机的动力轴上端均固定连接有挡板，上侧的挡板对应滑动在上侧的弧形安置槽中并用于封堵切削通道的下端口，下侧的挡板对应滑动在下侧的弧形安置槽中并用于封堵取芯通道的下端口，两个防水电机均通过防水电缆与导电滑环连接，排渣座的中部开设有环形凹槽，排渣座的底部固定安装有切削法兰座，切削法兰座的中部开设有上下通透且与排渣通道对接的排渣孔，切削法兰座的顶部与环形凹槽之间形成所述的高压喷水环腔，切削法兰座的底部固定连接有上小下大的圆锥形聚渣斗，圆锥形聚渣斗的上端口与排渣孔对接，切削法兰座的底部外边沿圆周阵列设置有若干根支柱，各个切削轮分别对应转动在各根支柱上，各个切削轮的中心轴均沿切削法兰座的径向设置，各个切削轮的切削面均朝向切削法兰座的中心设置，各个切削轮的中心轴内端均固定安装有驱动叶轮，各根高压喷管均固定安装在切削法兰座，各根高压喷管的喷口分别向下朝向各个驱动叶轮的上侧部设置。
5.根据权利要求4所述的多功能致密岩地质勘探钻头，其特征在于：掘进筒体的外圆周和破碎筒体的外圆周上均开设有四个圆周阵列设置的安装槽，前侧的安装槽的下侧和前侧均敞口，每个安装槽中均安装有所述的支撑机构，前侧的支撑机构包括铰接支座、竖直支撑压板和第二液压油缸，铰接支座通过若干根螺钉固定安装在前侧的安装槽底部，竖直支撑压板沿左右方向竖向设置且位于前侧的安装槽前方，第二液压油缸的缸体底部铰接在铰接支座的上侧部，第二液压油缸的活塞杆向前下方伸出，第二液压油缸的活塞杆前端铰接在竖直支撑压板的后侧面中部，竖直支撑压板的后侧面中部下侧铰接有第一连杆，第一连杆向后上倾斜设置，第一连杆的后侧部与铰接支座的下侧部之间铰接有两根平行的第二连杆，竖直支撑压板的前侧面为粗糙面。
6.如权利要求5所述的多功能致密岩地质勘探钻头的工作方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）、首先通过钻进设备向地层钻井，直至钻到致密岩层，然后将四个高压进水管连接头的上端通过五通管与高压进水管线（包括高压水泵）连接，排污管连接头的上端与排污管线（包括排污泵）连接；
（2）、通过高压进水管线和排污管线将该多功能致密岩地质勘探钻头下入钻井底部，通过掘进部上的四个支撑机构将掘进部固定支撑在钻井内壁，使该多功能致密岩地质勘探钻头保持稳定，然后通过四个第一液压油缸的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再通过破碎部上的四个支撑机构将破碎部固定支撑在钻井内壁，再将掘进部上的四个支撑机构收回与钻井内壁分离，通过四个第一液压油缸的活塞杆收缩将掘进部向下移动一段距离，再通过掘进部上的四个支撑机构将掘进部固定支撑在钻井内壁，使该多功能致密岩地质勘探钻头保持稳定，再将破碎部上的四个支撑机构收回与钻井内壁分离，然后通过四个第一液压油缸的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再通过破碎部上的四个支撑机构将破碎部固定支撑在钻井内壁，如此，重复上述操作，实现该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进，当需要转向时，控制一个第一液压油缸动作即可实现，破碎部和切削部相对掘进部发生倾斜转向；
（3）、在该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进过程中，切削部和破碎部对致密岩进行破碎作业；
（4）、当到达某一指定位置时，通过切削部进行取样操作，取样完成后将高压进水管线和排污管线同步向上收起，将该多功能致密岩地质勘探钻头从钻井中提出，取出样品。
7.根据权利要求6所述的多功能致密岩地质勘探钻头的工作方法，其特征在于：步骤（2）具体为：通过高压进水管线和排污管线将该多功能致密岩地质勘探钻头下入钻井底部，启动掘进筒体上的四个第二液压油缸，掘进筒体上的四个第二液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上，从而使掘进筒体固定在钻井中，然后通过四个第一液压油缸的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再启动破碎筒体上的四个第二液压油缸，破碎筒体上的四个第二液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上，从而使破碎筒体固定在钻井中，再将掘进筒体上的四个第二液压油缸活塞杆收回与钻井内壁分离，通过四个第一液压油缸的活塞杆收缩将掘进部向下移动一段距离，再使掘进筒体上的四个第二液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上，使掘进筒体固定在钻井中，将破碎筒体上的四个第二液压油缸活塞杆收回与钻井内壁分离，然后通过四个第一液压油缸的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离，再使破碎筒体上的四个第二液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上，从而使破碎筒体固定在钻井中，如此，重复上述操作，实现该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进，当需要转向时，控制一个第一液压油缸动作即可实现，破碎部和切削部相对掘进部发生倾斜转向。
8.根据权利要求7所述的多功能致密岩地质勘探钻头的工作方法，其特征在于：步骤（3）具体为：在该多功能致密岩地质勘探钻头的蠕动前进过程中，高压进水管线通过四个高压进水管连接头向掘进部内的高压供水环腔中注入高压水，高压水再通过四根高压软管进入四个高压水流射道中，高压水经四个高压水流射孔喷射进入冲刷环腔中并冲击导流筒体上侧部外圆周上的各块旋转叶片，驱动导流筒体高速旋转，导流筒体带动切削部整体旋转，高压水在冲刷环腔中经螺旋导流叶片旋转加速向下冲入各个高压喷水通道，高压水再经各个高压喷水通道进入高压喷水环腔中，最后，高压水通过各根高压喷管喷出，部分高压水冲击各个驱动叶轮驱使各个切削轮高速转动，部分高压水冲击在需要开采的致密岩上，进行破碎作业，同时各个切削轮转动对致密岩进行切削破碎，由于钻井底部空间较小，且排污泵的作用，高压水会反向向圆锥形聚渣斗聚集并向上回流，使致密岩碎渣送入圆锥形聚渣斗中，并向上通过排渣孔、排渣通道、取芯通道和切削通道进入到破碎通道中，并在高速旋转的螺旋切削刀片作用下进一步切割破碎，同时与摩擦圆管内壁的摩擦长槽进行摩擦破碎，之后通过波纹管进入排污管道，最后通过排污管道排出掘进筒体并经排污管连接头和排污管线排出到地面，其中初始时，两块挡板均位于偏心处，取芯通道和切削通道均打开。
9.根据权利要求8所述的多功能致密岩地质勘探钻头的工作方法，其特征在于：步骤（4）具体为：当到达某一指定位置时，启动上侧的防水电机，将上侧的挡板转动至中心处封堵切削通道的下端口，则破碎的致密岩样品进入取芯通道中，然后启动下侧的防水电机，将下侧的挡板转动至中心处封堵取芯通道的下端口，如此，完成取样，将高压进水管线和排污管线同步向上收起，将该多功能致密岩地质勘探钻头从钻井中提出，取出样品。
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