CN115807620A - 一种钻探设备及钻探方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钻进设备领域，具体涉及一种钻探设备及钻探方法。获取钻头向下钻探时钻头受到的应力大小和受到的应力方向；钻头受到的应力大于预设值时，对钻头受到应力的部位进行喷水，并对受到应力方向相反一侧的钻探装置侧壁提供支撑力；钻头受到的应力减小至小于预设值时，结束对钻头受到应力部位的喷水，关闭对装置侧壁的支撑。受到应力方向相反一侧的钻探装置侧壁提供支撑力，以防止装置整体顺着应力方向的一侧倾斜，并防止钻探装置在钻头向下钻探时产生剧烈震动，进而影响钻探精度，从而保证钻头竖直向下钻探并增强装置的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及钻进设备领域，具体涉及一种钻探设备及钻探方法。
背景技术
现有地质钻机在工作过程中钻机和钻杆的均产生振动，震动会造成钻头的偏转，脱离了原设计钻孔方位，不能保证采集的地质资料的真实性，从而影响后续的工程施工。同时当钻头一侧接触到地层中的硬质材质时，钻头受到的应力使钻头的轴线发生倾斜，进而在钻头继续向下钻探时，钻机会产生剧烈振动，极易造成设备的损毁。随着钻探深度的增大钻机的整体偏移量逐渐的上升，进而使钻出的孔洞难以合格。
发明内容
本发明提供一种钻探方法，以解决现有的钻探设备向下钻探过程中遇到硬物产生剧烈震动的问题。
本发明的一种钻探方法采用如下技术方案：
一种钻探方法，包括以下步骤：
S100：获取钻头向下钻探时钻头受到的应力大小和受到的应力方向；
S200：钻头受到的应力大于预设值时，对钻头受到应力的部位进行喷水，并对受到应力方向相反一侧的钻探装置侧壁提供支撑力；
S300：钻头受到的应力减小至小于预设值时，结束对钻头受到应力部位的喷水，关闭对装置侧壁的支撑。
进一步地，在步骤S100中还包括以下步骤：
将钻头向下钻头过程中产生的泥浆向上排出。
进一步地，在步骤S200中还包括以下步骤：
支撑装置位于钻头受到的应力方向相反的一侧的伸出钻探装置侧壁。
进一步地，在步骤S200中还包括以下步骤：
钻头受到的应力小于预设值时，对钻头位置进行校正。
一种钻探设备，用于执行上述任意一项所述的钻探方法，包括钻探壳、钻探组件、检测组件、支撑组件、软化组件和校正组件；钻探壳呈筒状；钻探组件包括钻头和钻探轴；钻头能够转动地安装在钻探壳的下端；钻探轴竖直设置，且能够转动地插装在钻探壳内；钻探轴的下端与钻头连接，以带动钻头转动；检测组件用于检测钻头在钻头过程中周壁上受到的应力大小和受到的应力方向；支撑组件包括支撑环和多个支撑部；支撑环套设在钻探壳上端；多个支撑部沿支撑环周向均布；支撑部在支撑环上沿支撑环的径向方向伸缩的设置，以在钻头受到的应力大于预设值时，使受到钻头应力方向相反一侧的支撑部向远离支撑环的方向伸出；软化组件用于在钻头受到的应力大于预设值时，对钻头受到应力的部位进行喷水；校正组件用于在对钻头受到的应力小于预设值时，能对钻头的位置进行校正。
进一步地，软化组件包括多个喷水管和储水箱；支撑环的下端周壁上周向均布有多个喷水孔；喷水管位于钻探壳内；每个喷水管的下端与一个喷水孔连通，以使喷水管中的水能从喷水孔中向下喷出；储水箱位于钻探壳内，储水箱和喷水管的上端连通，以控制钻头受到应力的部位喷水孔的开闭。
进一步地，校正组件包括多个校正弹簧和校正柱；校正柱竖直设置，下端和钻头的轴心出固接，上端与钻探轴的下端连接；多个校正弹簧沿校正柱周向均布；校正弹簧沿校正柱径向方向设置，一端与校正柱连接，另一端与钻探壳内壁连接。
进一步地，一种钻探设备，还包括清淤泵；钻探壳和钻头的连接处设有缺口，以使钻头向下钻探产生的淤泥进入钻探壳内；钻探壳上设有排淤口；清淤泵设置在钻探壳内，用于将钻探壳内的淤泥从排淤口排出。
本发明的有益效果是：本发明的一种钻探方法，向下钻探过程中，在钻头碰到较硬的物块时，钻头会受到物块的应力，同时受到沿应力方向的推力，获取钻头受到的应力大小和受到的应力方向；钻头受到的应力大于预设值时，钻头在应力的推动下产生了偏移，对钻头受到应力的部位进行喷水，以使水对钻头下方的物块进行软化，进而降低物块对钻头的应力，并对受到应力方向相反一侧的钻探装置侧壁提供支撑力，以防止装置整体顺着应力方向的一侧倾斜，并防止钻探装置在钻头向下钻探时产生剧烈震动，进而影响钻探精度，从而保证钻头竖直向下钻探并增强装置的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种钻探方法的实施例的流程图；
图2为本发明的一种钻探设备的实施例的结构示意图；
图3为本发明的一种钻探设备的实施例的结构正剖图；
图4为本发明的一种钻探设备的实施例的内部结构示意图；
图5为图4中A处的局部放大图。
图中：100、钻探壳；110、排淤口；120、缺口；210、钻头；220、钻探轴；230、钻探电机；300、检测组件；400、支撑组件；410、支撑环；411、喷水孔；420、支撑块；510、喷水管；520、储水箱；600、校正组件；610、校正柱；620、校正弹簧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种钻探方法的实施例，如图1至图5所示，一种钻探方法，包括以下步骤：
S100：获取钻头210向下钻探时钻头210受到的应力大小和受到的应力方向，钻头210在向下钻探的过程中，在钻头210碰到较硬的物块时，钻头210会受到物块的应力，同时受到沿应力方向的推力；
S200：钻头210受到的应力大于预设值时，钻头210在应力的推动下产生了偏移，进而使钻头210的轴线产生倾斜，对钻头210受到应力的部位进行喷水，以使水对钻头210下方的物块进行软化，进而降低物块对钻头210的应力，并对钻头210受到应力方向相反一侧的钻探装置侧壁提供支撑力，以防止装置整体顺着应力方向的一侧倾斜，并防止钻探装置在钻头210向下钻探时产生剧烈震动，进而影响钻探精度；
S300：钻头210受到的应力减小至小于预设值时，结束对钻头210受到应力部位的喷水，关闭对装置侧壁的支撑。
在本实施例中，如图1至图3所示，在步骤S100中还包括以下步骤：
将钻头210向下钻头210过程中产生的泥浆向上排出，及时对钻头210向下钻探产生的泥浆进行排出，以防止泥浆影响钻头210的钻探作业。
在本实施例中，如图1至图3所示，在步骤S200中还包括以下步骤：
支撑装置位于钻头210受到的应力方向相反的一侧的伸出钻探装置侧壁，进而给钻探装置提供一个与应力方向相反的支撑力，从而使钻头210使状态保持稳定状态。
在本实施例中，如图1至图3所示，在步骤S200中还包括以下步骤：
钻头210受到的应力小于预设值时，对钻头210位置进行校正，以在钻头210遇到硬度较小的物块时，使钻头210的轴线保持竖直状态，进而使钻头210不会被硬度较小的物块所影响。
本发明的一种钻探设备的实施例，如图2至图5所示，一种钻探设备，用于执行上述实施例中任意一项所述的钻探方法，包括钻探壳100、钻探组件、检测组件300、支撑组件400、软化组件和校正组件600；所述的钻探设备即为上述的钻探方法中的钻探装置；
钻探壳100呈圆筒状，钻探壳100竖直设置，钻探壳100即为上述的钻探方法中的钻探装置的侧壁；钻探组件包括钻头210和钻探轴220；钻头210能够转动地安装在钻探壳100的下端，钻头210和钻探壳100同轴设置，以在钻头210向下钻探时带动钻探壳100同步向下。钻探轴220竖直设置，且能够转动地插装在钻探壳100内，钻探轴220的上端设有钻探电机230，钻探电机230与钻探壳100连接；钻探轴220的下端与钻头210连接，以带动钻头210转动，钻探电机230用于带动钻探轴220转动，进而带动钻头210转动。检测组件300用于检测钻头210在钻头210过程中周壁上受到的应力大小和受到的应力方向，检测组件300呈圆环状，设置在钻头210上端，且和钻头210同轴设置，检测组件300上周向均布有多个感应器，感应器用于感受钻头210不同位置受到的应力大小和方向。
支撑组件400包括支撑环410和多个支撑部，支撑环410套设在钻探壳100上端。多个支撑部沿支撑环410周向均布，每个支撑部包括多个竖直均布的支撑块420；支撑部能在支撑环410的径向方向上伸缩的设置，具体的，支撑块420能够沿支撑环410径向方向伸缩，以在钻头210受到的应力大于预设值时，通知传感器的控制使受到钻头210应力方向相反一侧的支撑部向远离支撑环410的方向伸出，进而使支撑块420和钻探设备向下钻探出的洞的内周壁接触，从而使钻探壳100受到一个和钻头210受到应力相反的支撑力，从而使钻头210保持竖直状态。软化组件用于在钻头210受到的应力大于预设值时，对钻头210受到应力的部位进行喷水，进而对较硬的物块进行软化，从而降低钻头210受到的应力。校正组件600用于在对钻头210受到的应力小于预设值时，能对钻头210的位置进行校正。
在本实施例中，如图3至图5所示，软化组件包括多个喷水管510和储水箱520，支撑环410的下端周壁上周向均布有多个喷水孔411。喷水管510位于钻探壳100内；每个喷水管510的下端与一个喷水孔411连通，以使喷水管510中的水能从喷水孔411中向下喷出，进而能渗透至钻头210下方，并对下方的物块进行软化，从而降低钻头210所受到的应力。储水箱520位于钻探壳100内，储水箱520和喷水管510的上端连通，以控制钻头210受到应力的部位喷水孔411的开闭，且其他部位的喷水孔411处于关闭状态。具体的，检测组件300和储水箱520电性连接，进而使储水箱520能根据钻头210受到应力大小和方向判断是否开启喷水孔411和开启喷水孔411的位置。
在本实施例中，如图2至图5所示，校正组件600包括多个校正弹簧620和校正柱610。校正柱610竖直设置，下端和钻头210的轴心出固接，上端与钻探轴220的下端连接，以使钻探轴220带动钻头210同步转动。多个校正弹簧620沿校正柱610周向均布；校正弹簧620沿校正柱610径向方向设置，一端与校正柱610连接，另一端与钻探壳100内壁连接，校正弹簧620在钻头210工作时，起到缓冲作用。同时，当钻头210受到的应力大于预设值时，校正弹簧620被压缩，从而使钻头210的轴线产生倾斜；当钻头210受到的应力小于预设值时，校正弹簧620的弹力足以克服钻头210受到的应力，从而使钻头210的轴线保持竖直状态。
在本实施例中，如图2至图5所示，一种钻探设备，还包括清淤泵；钻探壳100和钻头210的连接处设有缺口120，且缺口120为多个，多个缺口120沿钻探壳100周向均布，以使钻头210向下钻探产生的淤泥从缺口120处进入钻探壳100内。钻探壳100上设有排淤口110，清淤泵设置在钻探壳100内，用于将钻探壳100内的淤泥从排淤口110排出，已经降低钻头210工作过程中的阻力。
工作时，将钻探电机230打开。钻探电机230带动钻探轴220转动，钻探轴220通过校正柱610带动钻头210转动。
钻头210在转动地过程中向下钻探，进而带动钻探壳100同步向下移动。当钻头210向下钻探触碰到较硬的物块时，物块对钻头210产生应力，进而使检测组件300测得应力值。
当钻头210受到的应力小于预设值时，校正弹簧620的弹力能克服钻头210受到的应力，从而使钻头210的轴线保持竖直状态，进而能使钻头210正常向下钻探。
当钻头210受到的应力大于预设值时，钻头210受到的应力使校正弹簧620被压缩，从而使钻头210的轴线产生倾斜。检测组件300测得应力值大于预设值和应力的方向，并使支撑环410上受到钻头210应力方向相反一侧的支撑块420向远离支撑环410的方向伸出，进而使支撑块420和钻探出的洞的内壁接触，从而对钻探壳100有一个和钻头210受到应力相反的支撑力，进而防止钻头210遇到较硬物块继续向下钻探时产生剧烈震动。同时，检测组件300和储水箱520电性连接，接收到钻头210受到应力的方向，储水箱520将钻头210受到应力部位上方支撑环410上的喷水孔411打开。喷水孔411喷出的水能渗透至钻头210下方，进而对给予钻头210应力的物块进行软化，从而降低钻头210所受到的应力。
钻头210受到的应力减小至小于预设值时，储水箱520关闭喷水孔411，同时支撑块420恢复至初始状态。清淤泵将钻探壳100内的淤泥从排淤口110排出，已经降低钻头210过程中的阻力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种钻探方法，其特征在于：包括以下步骤：
S100：获取钻头向下钻探时钻头受到的应力大小和受到的应力方向；
S200：钻头受到的应力大于预设值时，对钻头受到应力的部位进行喷水，并对受到应力方向相反一侧的钻探装置侧壁提供支撑力；
S300：钻头受到的应力减小至小于预设值时，结束对钻头受到应力部位的喷水，关闭对装置侧壁的支撑。
2.根据权利要求1所述的一种钻探方法，其特征在于：在步骤S100中还包括以下步骤：
将钻头向下钻头过程中产生的泥浆向上排出。
3.根据权利要求1所述的一种钻探方法，其特征在于：在步骤S200中还包括以下步骤：
支撑装置位于钻头受到的应力方向相反的一侧的伸出钻探装置侧壁。
4.根据权利要求1所述的一种钻探方法，其特征在于：在步骤S200中还包括以下步骤：
钻头受到的应力小于预设值时，对钻头位置进行校正。
5.一种钻探设备，用于执行权利要求1-4中任意一项所述的钻探方法，其特征在于：包括：
钻探壳，钻探壳呈筒状；
钻探组件，钻探组件包括钻头和钻探轴；钻头能够转动地安装在钻探壳的下端；钻探轴竖直设置，且能够转动地插装在钻探壳内；钻探轴的下端与钻头连接，以带动钻头转动；
检测组件，检测组件用于检测钻头在钻头过程中周壁上受到的应力大小和受到的应力方向；
支撑组件，支撑组件包括支撑环和多个支撑部；支撑环套设在钻探壳上端；多个支撑部沿支撑环周向均布；支撑部在支撑环上沿支撑环的径向方向伸缩的设置，以在钻头受到的应力大于预设值时，使受到钻头应力方向相反一侧的支撑部向远离支撑环的方向伸出；
软化组件，软化组件用于在钻头受到的应力大于预设值时，对钻头受到应力的部位进行喷水；
校正组件，校正组件用于在对钻头受到的应力小于预设值时，能对钻头的位置进行校正。
6.根据权利要求5所述的一种钻探设备，其特征在于：
软化组件包括多个喷水管和储水箱；支撑环的下端周壁上周向均布有多个喷水孔；喷水管位于钻探壳内；每个喷水管的下端与一个喷水孔连通，以使喷水管中的水能从喷水孔中向下喷出；储水箱位于钻探壳内，储水箱和喷水管的上端连通，以控制钻头受到应力的部位喷水孔的开闭。
7.根据权利要求5所述的一种钻探设备，其特征在于：
校正组件包括多个校正弹簧和校正柱；校正柱竖直设置，下端和钻头的轴心出固接，上端与钻探轴的下端连接；多个校正弹簧沿校正柱周向均布；校正弹簧沿校正柱径向方向设置，一端与校正柱连接，另一端与钻探壳内壁连接。
8.根据权利要求5所述的一种钻探设备，其特征在于：还包括清淤泵；
钻探壳和钻头的连接处设有缺口，以使钻头向下钻探产生的淤泥进入钻探壳内；钻探壳上设有排淤口；清淤泵设置在钻探壳内，用于将钻探壳内的淤泥从排淤口排出。
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