CN112593881B - 一种多功能页岩地质勘探钻头及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种多功能页岩地质勘探钻头及其工作方法，包括自上而下依次同轴向连接的钻杆连接系统、辅助动力系统、转接系统、取样系统和切削系统，辅助动力系统和转接系统的外圆之间设有锁死系统，辅助动力系统和转接系统的内部同轴向设有螺旋传送叶轮。本发明可以在井口通过钻杆传送输送动力下工作，也可以通过钻头自身施力系统完成页岩样品的获取，为页岩的探勘开发提供了新的技术手段；本发明中的各部件方便安装和拆卸，具有取样和钻进的功能，可以利用钻杆的钻进及旋转动力，也可以利用自身的动力进行操作。

Description

一种多功能页岩地质勘探钻头及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种页岩油气勘探机械设备，具体涉及一种多功能页岩地质勘探钻头及其工作方法。

背景技术

页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页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，因此亟需设计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

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种结构紧凑、操作方便、具有自供切削和冲击动力的多功能页岩地质勘探钻头及其工作方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种多功能页岩地质勘探钻头，包括自上而下依次同轴向连接的钻杆连接系统、辅助动力系统、转接系统、取样系统和切削系统，辅助动力系统和转接系统的外圆之间设有锁死系统，辅助动力系统和转接系统的内部同轴向设有螺旋传送叶轮。

钻杆连接系统包括钻杆连接器、第一驱动电机和驱动套筒，钻杆连接器上端部同轴向连接若干节钻杆直至勘探井的井口，第一驱动电机安装在钻杆连接器的内部下侧，第一驱动电机的定子与钻杆连接器内壁固定连接；驱动套筒同轴向安装在第一驱动电机的转子内壁，驱动套筒的外圈与第一驱动电机的转子内壁固定连接，驱动套筒的内圈与螺旋传送叶轮的上端部外圆固定连接。

辅助动力系统包括上固定筒、第二驱动电机、滚珠轴承、伸缩气缸、连接座、施力气缸和助推杆，钻杆连接器下端部与上固定筒的上端部通过螺纹固定连接，上固定筒的外壁沿圆周方向均匀开设有四个矩形安装槽，矩形安装槽的长度方向平行于上固定筒的中心线，伸缩气缸的缸体端部通过上销轴转动连接在矩形安装槽的上端内部，施力气缸的缸体端部通过下销轴转动连接在矩形安装槽的下端内部，连接座固定设在施力气缸的缸体上侧部，伸缩气缸的伸缩杆下端与连接座通过铰链转动连接，施力气缸的伸缩杆顶端沿径向方向开设有一个通孔，通孔的中心线平行于上销轴和下销轴，助推杆为弧心角为90°的弧形杆结构，助推杆穿过通孔并通过安装螺钉与施力气缸的伸缩杆顶端固定连接，上固定筒的外圆在四个矩形安装槽的上部开设有一道圆环容纳槽，当伸缩气缸和施力气缸都收缩时，伸缩气缸和施力气缸隐藏到矩形安装槽内，助推杆收回到圆环容纳槽内部。

转接系统包括转接套筒，转接套筒的外壁沿圆周方向均匀设有至少三个扩壁肩，转接套筒的上端部同轴线伸入到上固定筒下端内部，滚珠轴承安装在转接套筒外圆和上固定筒内圈之间，滚珠轴承内圈与转接套筒外圆过盈装配，滚珠轴承外圆与上固定筒内圈过盈装配，第二驱动电机同轴线安装在上固定筒下端部的外部，第二驱动电机的定子上端与上固定筒固定连接，第二驱动电机的转子下端与转接套筒固定连接。

取样系统包括取样外筒体、取样筒、丝杠和取样电机，转接套筒下端与取样外筒体上端同轴向螺纹固定连接，取样筒同轴线设置在取样外筒体内部，取样筒的内孔为六棱柱孔，取样外筒体下端口处固定设有下固定导向环，下固定导向环的内径等于取样筒的外径，取样筒的上端设有外径大取样筒外径的导向盘，导向盘外圆与取样外筒体内壁滑动连接，取样筒外圆与下固定导向环内圈滑动连接，导向盘上在取样筒的外部开设有两个上下通透的内螺纹孔，两个内螺纹孔关于取样筒的中心线对称布置，丝杠设有两根，取样电机设有两个，丝杠平行与取样筒的中心线，取样电机固定设在取样外筒体上端口内部，取样电机的主轴通过联轴器与丝杠上端连接，丝杠向下穿过内螺纹孔并与内螺纹孔螺纹连接。

切削系统包括下固定筒、切削轮和自锁式安装座，取样外筒体下端部与下固定筒上端部固定连接，下固定筒下部沿一体设有四个沿下固定筒圆周方向均匀布置的弧形板，弧形板的内侧壁左右间隔固定设有两个定位凸块，自锁式安装座的外侧面设有与定位凸块对应卡接配合的两个定位槽，自锁式安装座通过一个沉头螺钉与弧形板连接，自锁式安装座通过定位槽与定位凸块的配合方式来实现自锁，自锁式安装座的内侧设有轮轴，切削轮安装在轮轴上，切削轮下部凸出弧形板的下侧边，切削轮上沿圆周方向开设有六个第一插孔，自锁式安装座上设有与其中两个第一插孔相对应的第二插孔，第一插孔和第二插孔之间通过定位螺栓连接。

锁死系统包括两个半圆连接环，两个半圆连接环套设置在上固定筒下部与转接套筒上部之间，两个半圆连接环的上部通过至少三个上连接螺钉与上固定筒连接，两个半圆连接环的下部通过至少三个下连接螺钉与转接套筒连接。

一种多功能页岩地质勘探钻头的工作方法，包括以下两种工作模式：

（1）井口提供动力工作模式：钻杆下端与钻杆连接器上端连接，井口设有驱动钻杆旋转和向下钻进的动力装置；将锁死系统安装到辅助动力系统和转接系统的外圆之间，即将两个半圆连接环采用上连接螺钉及下连接螺钉将上固定筒下端与转接套筒上端固定连接在一起，转接套筒下端与取样外筒体上端连接，取样外筒体与下固定筒上端固定连接；控制施力气缸的伸缩杆收缩到最短状态，控制伸缩气缸的伸缩杆收缩将施力气缸全部缩入矩形安装槽内，此时助推环也收缩隐藏到圆环容纳槽内部，然后启动取样电机，取样电机驱动丝杠旋转，与丝杠螺纹连接的导向盘沿取样外筒体向下移动，取样筒也沿下固定导向环向下移动，取样筒进入到四个切削轮内部继续向下移动，取样筒下端口尖锐，取样筒扎入到页岩内部，然后启动井口的动力装置，驱动钻杆和整个钻头旋转，由于取样筒的内孔为六棱柱孔，进入取样筒的岩样也为六棱柱状，取样筒旋转，这样就很容易将取样筒下端口处的岩样与页岩扭断，从而完成取样；

在不需要进行取样的工况下，可以去掉取样系统，上固定筒直接和切削系统的下固定筒上端固定连接，在井口的动力装置通过钻杆传送冲击和切削动力的情况下，切削轮将页岩切割击碎成碎石，然后启动第一驱动电机，第一驱动电机的转子驱动通过驱动套筒带动螺旋传送叶轮旋转，将井底的碎石屑和泥土带出井底并向上输送到钻杆内，起钻后再从钻杆内取出碎石屑和泥土；

（2）自供动力工作模式：该模式不需要井口设置的动力装置，当需要取样时，去掉锁死系统的两个半圆连接环，上固定筒和转接套筒之间解除锁定状态可以相对转动；然后控制伸缩气缸将施力气缸向外推出矩形安装槽，控制施力气缸将其伸长状态，直至助推杆与井壁接触，施力气缸的伸缩杆继续伸长，即可给切削系统提供向下的压力；启动取样电机，取样电机驱动丝杠旋转，与丝杠螺纹连接的导向盘沿取样外筒体向下移动，取样筒也沿下固定导向环向下移动，取样筒进入到四个切削轮内部继续向下移动，取样筒下端口尖锐，取样筒扎入到页岩内部，然后启动第二驱动电机旋转，由于滚珠轴承的设置，第二驱动电机的转子驱动转接套筒旋转，上固定筒不旋转，转接套筒从而带动取样外筒体和取样筒旋转旋转，由于取样筒的内孔为六棱柱孔，进入取样筒的岩样也为六棱柱状，取样筒旋转，这样就很容易将取样筒下端口处的岩样与页岩扭断，从而完成取样；

当不需要取样时，去掉取样系统，同时去掉锁死系统的两个半圆连接环，上固定筒和转接套筒之间解除锁定状态可以相对转动；然后控制伸缩气缸将施力气缸向外推出矩形安装槽，控制施力气缸将其伸长状态，直至助推杆与井壁接触，施力气缸的伸缩杆继续伸长，即可给切削系统提供向下的压力；同时启动第二驱动电机旋转，由于滚珠轴承的设置，第二驱动电机的转子驱动转接套筒旋转，上固定筒不旋转，转接套筒从而带动切削系统的下固定筒旋转，切削轮将页岩切割击碎成碎石；然后启动第一驱动电机，第一驱动电机的转子驱动通过驱动套筒带动螺旋传送叶轮旋转，将井底的碎石屑和泥土带出井底并向上输送到钻杆内，起钻后再从钻杆内取出碎石屑和泥土。

当工作一段时间后，切削轮磨损较为严重时，可通过旋转切削轮的方位并切换另外两个第一插孔与两个第二插孔对应的方式，可实现切削轮三次以上利用。

转接套筒外壁的扩壁肩在钻杆和钻头旋转条件下可以实现井眼的扩张，当更换具有不同回转直径扩壁肩的转接套筒时，可以将井眼扩张到不同的大小。

采用上述技术方案，本发明具有以下技术效果：

1、本发明可以在井口通过钻杆传送输送动力下工作，也可以通过钻头自身施力系统完成页岩样品的获取，为页岩的探勘开发提供了新的技术手段。

2、本发明的助推杆的圆弧形增加了井壁的受力面积，使得在井壁图纸较为松的精度也可以较好的使用该发明的自供动力工作模式。伸缩气缸、连接座、施力气缸和助推杆在不使用时也可以隐藏起来。

3、本发明中的切削轮可通过旋转方位并切换固定孔的方式，可实现三次以上利用，大大节省了页岩地质勘探成本。

4、本发明中的各部件方便安装和拆卸，具有取样和钻进的功能，可以利用钻杆的钻进及旋转动力，也可以利用自身的动力进行操作。

5、本发明中的各个电机均具有防水结构，气缸的高压气管和电机的供电线均沿钻杆布置。

6、本发明可以通过更换具有不同高度扩壁肩的转接头，可以实现不同直径井眼的扩张。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的轴向剖视结构示意图；

图3是图2中A处的局部放大图；

图4是图2中B处的局部放大图；

图5是图2中C处的局部放大图；

图6是转接系统的张开示意图；

图7是取样系统的轴向剖视图；

图8是下固定筒的立体结构图；

图9是切削轮的自锁式安装座的立体结构图。

具体实施方式

如图1-图9所示，本发明的一种多功能页岩地质勘探钻头，包括自上而下依次同轴向连接的钻杆连接系统1、辅助动力系统2、转接系统3、取样系统4和切削系统5，辅助动力系统2和转接系统3的外圆之间设有锁死系统6，辅助动力系统2和转接系统3的内部同轴向设有螺旋传送叶轮7。

钻杆连接系统1包括钻杆连接器8、第一驱动电机9和驱动套筒10，钻杆连接器8上端部同轴向连接若干节钻杆直至勘探井的井口，第一驱动电机9安装在钻杆连接器8的内部下侧，第一驱动电机9的定子与钻杆连接器8内壁固定连接；驱动套筒10同轴向安装在第一驱动电机9的转子内壁，驱动套筒10的外圈与第一驱动电机9的转子内壁固定连接，驱动套筒10的内圈与螺旋传送叶轮7的上端部外圆固定连接。

辅助动力系统2包括上固定筒11、第二驱动电机12、滚珠轴承13、伸缩气缸14、连接座15、施力气缸16和助推杆17，钻杆连接器8下端部与上固定筒11的上端部通过螺纹固定连接，上固定筒11的外壁沿圆周方向均匀开设有四个矩形安装槽18，矩形安装槽18的长度方向平行于上固定筒11的中心线，伸缩气缸14的缸体端部通过上销轴转动连接在矩形安装槽18的上端内部，施力气缸16的缸体端部通过下销轴转动连接在矩形安装槽18的下端内部，连接座15固定设在施力气缸16的缸体上侧部，伸缩气缸14的伸缩杆下端与连接座15通过铰链转动连接，施力气缸16的伸缩杆顶端沿径向方向开设有一个通孔，通孔的中心线平行于上销轴和下销轴，助推杆17为弧心角为90°的弧形杆结构，助推杆17穿过通孔并通过安装螺钉19与施力气缸16的伸缩杆顶端固定连接，上固定筒11的外圆在四个矩形安装槽18的上部开设有一道圆环容纳槽20，当伸缩气缸14和施力气缸16都收缩时，伸缩气缸14和施力气缸16隐藏到矩形安装槽18内，助推杆17收回到圆环容纳槽20内部。

转接系统3包括转接套筒21，转接套筒21的外壁沿圆周方向均匀设有至少三个扩壁肩22，转接套筒21的上端部同轴线伸入到上固定筒11下端内部，滚珠轴承13安装在转接套筒21外圆和上固定筒11内圈之间，滚珠轴承13内圈与转接套筒21外圆过盈装配，滚珠轴承13外圆与上固定筒11内圈过盈装配，第二驱动电机12同轴线安装在上固定筒11下端部的外部，第二驱动电机12的定子上端与上固定筒11固定连接，第二驱动电机12的转子下端与转接套筒21固定连接。

取样系统4包括取样外筒体23、取样筒24、丝杠25和取样电机26，转接套筒21下端与取样外筒体23上端同轴向螺纹固定连接，取样筒24同轴线设置在取样外筒体23内部，取样筒24的内孔为六棱柱孔，取样外筒体23下端口处固定设有下固定导向环27，下固定导向环27的内径等于取样筒24的外径，取样筒24的上端设有外径大取样筒24外径的导向盘28，导向盘28外圆与取样外筒体23内壁滑动连接，取样筒24外圆与下固定导向环27内圈滑动连接，导向盘28上在取样筒24的外部开设有两个上下通透的内螺纹孔，两个内螺纹孔关于取样筒24的中心线对称布置，丝杠25设有两根，取样电机26设有两个，丝杠25平行与取样筒24的中心线，取样电机26固定设在取样外筒体23上端口内部，取样电机26的主轴通过联轴器与丝杠25上端连接，丝杠25向下穿过内螺纹孔并与内螺纹孔螺纹连接。

切削系统5包括下固定筒29、切削轮30和自锁式安装座31，取样外筒体23下端部与下固定筒29上端部固定连接，下固定筒29下部沿一体设有四个沿下固定筒29圆周方向均匀布置的弧形板32，弧形板32的内侧壁左右间隔固定设有两个定位凸块33，自锁式安装座31的外侧面设有与定位凸块33对应卡接配合的两个定位槽34，自锁式安装座31通过一个沉头螺钉35与弧形板32连接，自锁式安装座31通过定位槽34与定位凸块33的配合方式来实现自锁，自锁式安装座31的内侧设有轮轴36，切削轮30安装在轮轴36上，切削轮30下部凸出弧形板32的下侧边，切削轮30上沿圆周方向开设有六个第一插孔37，自锁式安装座31上设有与其中两个第一插孔37相对应的第二插孔38，第一插孔37和第二插孔38之间通过定位螺栓40连接。

锁死系统6包括两个半圆连接环39，两个半圆连接环39套设置在上固定筒11下部与转接套筒21上部之间，两个半圆连接环39的上部通过至少三个上连接螺钉与上固定筒11连接，两个半圆连接环39的下部通过至少三个下连接螺钉与转接套筒21连接。

一种多功能页岩地质勘探钻头的工作方法，包括以下两种工作模式：

（1）井口提供动力工作模式：钻杆下端与钻杆连接器8上端连接，井口设有驱动钻杆旋转和向下钻进的动力装置；将锁死系统6安装到辅助动力系统2和转接系统3的外圆之间，即将两个半圆连接环39采用上连接螺钉及下连接螺钉将上固定筒11下端与转接套筒21上端固定连接在一起，转接套筒21下端与取样外筒体23上端连接，取样外筒体23与下固定筒29上端固定连接；控制施力气缸16的伸缩杆收缩到最短状态，控制伸缩气缸14的伸缩杆收缩将施力气缸16全部缩入矩形安装槽18内，此时助推环也收缩隐藏到圆环容纳槽20内部，然后启动取样电机26，取样电机26驱动丝杠25旋转，与丝杠25螺纹连接的导向盘28沿取样外筒体23向下移动，取样筒24也沿下固定导向环27向下移动，取样筒24进入到四个切削轮30内部继续向下移动，取样筒24下端口尖锐，取样筒24扎入到页岩内部，然后启动井口的动力装置，驱动钻杆和整个钻头旋转，由于取样筒24的内孔为六棱柱孔，进入取样筒24的岩样也为六棱柱状，取样筒24旋转，这样就很容易将取样筒24下端口处的岩样与页岩扭断，从而完成取样；

在不需要进行取样的工况下，可以去掉取样系统4，上固定筒11直接和切削系统5的下固定筒29上端固定连接，在井口的动力装置通过钻杆传送冲击和切削动力的情况下，切削轮30将页岩切割击碎成碎石，然后启动第一驱动电机9，第一驱动电机9的转子驱动通过驱动套筒10带动螺旋传送叶轮7旋转，将井底的碎石屑和泥土带出井底并向上输送到钻杆内，起钻后再从钻杆内取出碎石屑和泥土；

（2）自供动力工作模式：该模式不需要井口设置的动力装置，当需要取样时，去掉锁死系统6的两个半圆连接环39，上固定筒11和转接套筒21之间解除锁定状态可以相对转动；然后控制伸缩气缸14将施力气缸16向外推出矩形安装槽18，控制施力气缸16将其伸长状态，直至助推杆17与井壁接触，施力气缸16的伸缩杆继续伸长，即可给切削系统5提供向下的压力；启动取样电机26，取样电机26驱动丝杠25旋转，与丝杠25螺纹连接的导向盘28沿取样外筒体23向下移动，取样筒24也沿下固定导向环27向下移动，取样筒24进入到四个切削轮30内部继续向下移动，取样筒24下端口尖锐，取样筒24扎入到页岩内部，然后启动第二驱动电机12旋转，由于滚珠轴承13的设置，第二驱动电机12的转子驱动转接套筒21旋转，上固定筒11不旋转，转接套筒21从而带动取样外筒体23和取样筒24旋转旋转，由于取样筒24的内孔为六棱柱孔，进入取样筒24的岩样也为六棱柱状，取样筒24旋转，这样就很容易将取样筒24下端口处的岩样与页岩扭断，从而完成取样；

当不需要取样时，去掉取样系统4，同时去掉锁死系统6的两个半圆连接环39，上固定筒11和转接套筒21之间解除锁定状态可以相对转动；然后控制伸缩气缸14将施力气缸16向外推出矩形安装槽18，控制施力气缸16将其伸长状态，直至助推杆17与井壁接触，施力气缸16的伸缩杆继续伸长，即可给切削系统5提供向下的压力；同时启动第二驱动电机12旋转，由于滚珠轴承13的设置，第二驱动电机12的转子驱动转接套筒21旋转，上固定筒11不旋转，转接套筒21从而带动切削系统5的下固定筒29旋转，切削轮30将页岩切割击碎成碎石；然后启动第一驱动电机9，第一驱动电机9的转子驱动通过驱动套筒10带动螺旋传送叶轮7旋转，将井底的碎石屑和泥土带出井底并向上输送到钻杆内，起钻后再从钻杆内取出碎石屑和泥土。

当工作一段时间后，切削轮30磨损较为严重时，可通过旋转切削轮30的方位并切换另外两个第一插孔37与两个第二插孔38对应的方式，可实现切削轮30三次以上利用。

转接套筒21外壁的扩壁肩22在钻杆和钻头旋转条件下可以实现井眼的扩张，当更换具有不同回转直径扩壁肩22的转接套筒21时，可以将井眼扩张到不同的大小。

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 (8)

1.一种多功能页岩地质勘探钻头，其特征在于：包括自上而下依次同轴向连接的钻杆连接系统、辅助动力系统、转接系统、取样系统和切削系统，辅助动力系统和转接系统的外圆之间设有锁死系统，辅助动力系统和转接系统的内部同轴向设有螺旋传送叶轮；

钻杆连接系统包括钻杆连接器、第一驱动电机和驱动套筒，钻杆连接器上端部同轴向连接若干节钻杆直至勘探井的井口，第一驱动电机安装在钻杆连接器的内部下侧，第一驱动电机的定子与钻杆连接器内壁固定连接；驱动套筒同轴向安装在第一驱动电机的转子内壁，驱动套筒的外圈与第一驱动电机的转子内壁固定连接，驱动套筒的内圈与螺旋传送叶轮的上端部外圆固定连接；

辅助动力系统包括上固定筒、第二驱动电机、滚珠轴承、伸缩气缸、连接座、施力气缸和助推杆，钻杆连接器下端部与上固定筒的上端部通过螺纹固定连接，上固定筒的外壁沿圆周方向均匀开设有四个矩形安装槽，矩形安装槽的长度方向平行于上固定筒的中心线，伸缩气缸的缸体端部通过上销轴转动连接在矩形安装槽的上端内部，施力气缸的缸体端部通过下销轴转动连接在矩形安装槽的下端内部，连接座固定设在施力气缸的缸体上侧部，伸缩气缸的伸缩杆下端与连接座通过铰链转动连接，施力气缸的伸缩杆顶端沿径向方向开设有一个通孔，通孔的中心线平行于上销轴和下销轴，助推杆为弧心角为90°的弧形杆结构，助推杆穿过通孔并通过安装螺钉与施力气缸的伸缩杆顶端固定连接，上固定筒的外圆在四个矩形安装槽的上部开设有一道圆环容纳槽，当伸缩气缸和施力气缸都收缩时，伸缩气缸和施力气缸隐藏到矩形安装槽内，助推杆收回到圆环容纳槽内部。

2.根据权利要求1所述的一种多功能页岩地质勘探钻头，其特征在于：转接系统包括转接套筒，转接套筒的外壁沿圆周方向均匀设有至少三个扩壁肩，转接套筒的上端部同轴线伸入到上固定筒下端内部，滚珠轴承安装在转接套筒外圆和上固定筒内圈之间，滚珠轴承内圈与转接套筒外圆过盈装配，滚珠轴承外圆与上固定筒内圈过盈装配，第二驱动电机同轴线安装在上固定筒下端部的外部，第二驱动电机的定子上端与上固定筒固定连接，第二驱动电机的转子下端与转接套筒固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种多功能页岩地质勘探钻头，其特征在于：取样系统包括取样外筒体、取样筒、丝杠和取样电机，转接套筒下端与取样外筒体上端同轴向螺纹固定连接，取样筒同轴线设置在取样外筒体内部，取样筒的内孔为六棱柱孔，取样外筒体下端口处固定设有下固定导向环，下固定导向环的内径等于取样筒的外径，取样筒的上端设有外径大取样筒外径的导向盘，导向盘外圆与取样外筒体内壁滑动连接，取样筒外圆与下固定导向环内圈滑动连接，导向盘上在取样筒的外部开设有两个上下通透的内螺纹孔，两个内螺纹孔关于取样筒的中心线对称布置，丝杠设有两根，取样电机设有两个，丝杠平行与取样筒的中心线，取样电机固定设在取样外筒体上端口内部，取样电机的主轴通过联轴器与丝杠上端连接，丝杠向下穿过内螺纹孔并与内螺纹孔螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的一种多功能页岩地质勘探钻头，其特征在于：切削系统包括下固定筒、切削轮和自锁式安装座，取样外筒体下端部与下固定筒上端部固定连接，下固定筒下部沿一体设有四个沿下固定筒圆周方向均匀布置的弧形板，弧形板的内侧壁左右间隔固定设有两个定位凸块，自锁式安装座的外侧面设有与定位凸块对应卡接配合的两个定位槽，自锁式安装座通过一个沉头螺钉与弧形板连接，自锁式安装座通过定位槽与定位凸块的配合方式来实现自锁，自锁式安装座的内侧设有轮轴，切削轮安装在轮轴上，切削轮下部凸出弧形板的下侧边，切削轮上沿圆周方向开设有六个第一插孔，自锁式安装座上设有与其中两个第一插孔相对应的第二插孔，第一插孔和第二插孔之间通过定位螺栓连接。

5.根据权利要求4所述的一种多功能页岩地质勘探钻头，其特征在于：锁死系统包括两个半圆连接环，两个半圆连接环套设置在上固定筒下部与转接套筒上部之间，两个半圆连接环的上部通过至少三个上连接螺钉与上固定筒连接，两个半圆连接环的下部通过至少三个下连接螺钉与转接套筒连接。

6.采用如权利要求4所述的一种多功能页岩地质勘探钻头的工作方法，其特征在于：包括以下两种工作模式：

（1）井口提供动力工作模式：钻杆下端与钻杆连接器上端连接，井口设有驱动钻杆旋转和向下钻进的动力装置；将锁死系统安装到辅助动力系统和转接系统的外圆之间，即将两个半圆连接环采用上连接螺钉及下连接螺钉将上固定筒下端与转接套筒上端固定连接在一起，转接套筒下端与取样外筒体上端连接，取样外筒体与下固定筒上端固定连接；控制施力气缸的伸缩杆收缩到最短状态，控制伸缩气缸的伸缩杆收缩将施力气缸全部缩入矩形安装槽内，此时助推环也收缩隐藏到圆环容纳槽内部，然后启动取样电机，取样电机驱动丝杠旋转，与丝杠螺纹连接的导向盘沿取样外筒体向下移动，取样筒也沿下固定导向环向下移动，取样筒进入到四个切削轮内部继续向下移动，取样筒下端口尖锐，取样筒扎入到页岩内部，然后启动井口的动力装置，驱动钻杆和整个钻头旋转，由于取样筒的内孔为六棱柱孔，进入取样筒的岩样也为六棱柱状，取样筒旋转，这样就很容易将取样筒下端口处的岩样与页岩扭断，从而完成取样；

在不需要进行取样的工况下，去掉取样系统，上固定筒直接和切削系统的下固定筒上端固定连接，在井口的动力装置通过钻杆传送冲击和切削动力的情况下，切削轮将页岩切割击碎成碎石，然后启动第一驱动电机，第一驱动电机的转子驱动通过驱动套筒带动螺旋传送叶轮旋转，将井底的碎石屑和泥土带出井底并向上输送到钻杆内，起钻后再从钻杆内取出碎石屑和泥土；

（2）自供动力工作模式：该模式不需要井口设置的动力装置，当需要取样时，去掉锁死系统的两个半圆连接环，上固定筒和转接套筒之间解除锁定状态可以相对转动；然后控制伸缩气缸将施力气缸向外推出矩形安装槽，控制施力气缸将其伸长状态，直至助推杆与井壁接触，施力气缸的伸缩杆继续伸长，即可给切削系统提供向下的压力；启动取样电机，取样电机驱动丝杠旋转，与丝杠螺纹连接的导向盘沿取样外筒体向下移动，取样筒也沿下固定导向环向下移动，取样筒进入到四个切削轮内部继续向下移动，取样筒下端口尖锐，取样筒扎入到页岩内部，然后启动第二驱动电机旋转，由于滚珠轴承的设置，第二驱动电机的转子驱动转接套筒旋转，上固定筒不旋转，转接套筒从而带动取样外筒体和取样筒旋转旋转，由于取样筒的内孔为六棱柱孔，进入取样筒的岩样也为六棱柱状，取样筒旋转，这样就很容易将取样筒下端口处的岩样与页岩扭断，从而完成取样；

当不需要取样时，去掉取样系统，同时去掉锁死系统的两个半圆连接环，上固定筒和转接套筒之间解除锁定状态可以相对转动；然后控制伸缩气缸将施力气缸向外推出矩形安装槽，控制施力气缸将其伸长状态，直至助推杆与井壁接触，施力气缸的伸缩杆继续伸长，即可给切削系统提供向下的压力；同时启动第二驱动电机旋转，由于滚珠轴承的设置，第二驱动电机的转子驱动转接套筒旋转，上固定筒不旋转，转接套筒从而带动切削系统的下固定筒旋转，切削轮将页岩切割击碎成碎石；然后启动第一驱动电机，第一驱动电机的转子驱动通过驱动套筒带动螺旋传送叶轮旋转，将井底的碎石屑和泥土带出井底并向上输送到钻杆内，起钻后再从钻杆内取出碎石屑和泥土。

7.根据权利要求6所述的一种多功能页岩地质勘探钻头的工作方法，其特征在于：当工作一段时间后，切削轮磨损较为严重时，通过旋转切削轮的方位并切换另外两个第一插孔与两个第二插孔对应的方式，可实现切削轮三次以上利用。

8.根据权利要求7所述的一种多功能页岩地质勘探钻头的工作方法，其特征在于：转接套筒外壁的扩壁肩在钻杆和钻头旋转条件下可以实现井眼的扩张，当更换具有不同回转直径扩壁肩的转接套筒时，可以将井眼扩张到不同的大小。

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