CN116201485B - 用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具 - Google Patents

用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具 Download PDF

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Abstract

本发明公开了用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，涉及水力开采技术领域，包括连接块，连接块上设置有微控制器，连接块底部转动连接有驱动杆，驱动杆外周设置有调节稳定停机组件，驱动杆底端设置有一体式切换组件，调节稳定停机组件包括有柱腔体，柱腔体固定在连接块的底面，柱腔体内腔顶端均固定连接有软簧，软簧底端均固定连接有竖杆，通过观察电流变流体仓中电流变液的液位水平状态，以及观察透明材质制造的柱腔体中各软簧的拉伸长度，各竖杆顶端是否齐平，可有效辅助装置调平，使驱动杆在下钻时处于竖直状态，有效避免因驱动杆发生歪斜导致下钻深度数据记录不准确的情况。

Description

用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具
技术领域
本发明涉及水力开采技术领域，具体为用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具。
背景技术
现有技术中，在进行水力开采下钻前，首先需要将设备对准打井的位置并调平，此操作主要是用于驱动转动的钻杆垂直于地面，避免因钻杆歪斜导致深度数据不准确的情况发生，同时也需保持驱动杆的稳定，尽量避免其倾斜导致左右摆动，存在左右摆动时便需停机进行调整，不然影响钻井效果，严重的会导致钻杆的螺纹损坏；
此外，现有技术中，在正式工作时，首先用高压水泵辅助钻头进行钻孔工作，将钻出的泥土冲至地面，从而得到一个通道，第二步，当遇到岩石层的时候，便需更换岩心管进行岩石部分的打穿工作，这种水力开采的方式需来回更换部件，不仅增加了工作人员的劳动强度，而且因开采步骤较多，十分浪费时间，效率较低。
故而我们提出了用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，来解决以上的问题。
发明内容
（一）解决的技术问题
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，提出了一种可自动切换钻头与岩心管的、可辅助调平设备、在驱动转杆左右摆动倾斜时急停的用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，以解决现有技术中存在的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，包括连接块，所述连接块上设置有微控制器，所述连接块底部转动连接有驱动杆，所述驱动杆外周设置有调节稳定停机组件，所述驱动杆底端设置有一体式切换组件；
所述调节稳定停机组件包括有柱腔体，所述柱腔体固定在连接块的底面，所述柱腔体内腔顶端均固定连接有软簧，所述软簧底端均固定连接有竖杆，所述竖杆底端均以万向球头的方式铰接有电流变流体仓；
所述一体式切换组件包括有岩心钻管，所述岩心钻管内壁开设有环槽、竖向导槽，所述环槽与竖向导槽相连通，所述岩心钻管底端设置有滑动柱体，所述滑动柱体底端固定连接有钻头。
作为优选的，所述电流变流体仓内腔壁上均匀等距环设有电导片，所述电流变流体仓内表面开设有环形内槽，所述环形内槽内转动连接有摩擦环柱。
作为优选的，所述环形内槽内均匀等距固定连接有辅助腔体，所述辅助腔体两侧对称活动插接有按压柱，所述按压柱内端固定连接有第一弹簧。
作为优选的，所述按压柱内端面均设置有触点a，所述辅助腔体内壁上对称设置有触点b。
作为优选的，所述滑动柱体内壁上活动插接有反馈片，所述滑动柱体内开设有辅助槽，所述反馈片一部分位于辅助槽中，所述反馈片位于辅助槽内部的表面上固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧另一端固定连接在辅助槽内壁。
作为优选的，所述反馈片位于辅助槽内部的表面上固定连接有触片a，所述辅助槽上且位于触片a的对立面设置有触片b，所述滑动柱体上端固定连接有驱动电机。
作为优选的，所述环槽内均匀等距固定连接有阻挡杆，所述驱动电机轴端固定连接有转盘，所述转盘外表面均匀等距环设有外凸体。
作为优选的，所述电流变流体仓内设置有电流变液，且电流变流体仓外壁上设置有用于观察电流变液的刻度线。
作为优选的，所述反馈片呈弧线形。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
1、通过观察电流变流体仓中电流变液的液位水平状态，以及观察透明材质制造的柱腔体中各软簧的拉伸长度，各竖杆顶端是否齐平，可有效辅助装置调平，使驱动杆在下钻时处于竖直状态，有效避免因驱动杆发生歪斜导致下钻深度数据记录不准确的情况；
2、通过与触点a、触点b有电性连接关系的微控制器控制电导片通电，控制驱动杆停止转动，可进一步使电流变流体仓中通电的电导片会将电流变液从液态变为固态，即此时原先水平的电流变液会呈倾斜固定状，此时通过观察电流变液的形状可间接判断驱动杆的倾斜程度，为后续角度调节提供帮助；
3、通过一体式切换组件的设置，区别于现有技术下当遇到岩石层的时候，需手动更换岩心钻管进行岩石部分的打穿工作的情况，自动更换部件的操作不仅减少了工作人员的劳动强度，而且因整体开采步骤的减少可有效提高工作效率；
4、通过反馈片的设置，当钻头下钻，有上移的土壤会在反馈片弧面状的设置下推挤着反馈片向辅助槽中移动，当钻头遇到岩石时，无法继续下钻时，没有土壤会被再向上转移，不再受到推力的反馈片便会变换位置，以此通过触片a与触片b的辅助可间接通过微控制器控制岩心钻管与钻头的位置变化，这种遇到岩石自动切换的设置，对整体工作提供有利帮助。
附图说明
图1为本发明主体结构图；
图2为本发明中驱动杆与电流变流体仓相关结构图；
图3为本发明中电流变流体仓、环形内槽、辅助腔体相关结构图；
图4为本发明图3中A处结构局部放大图；
图5为本发明中电流变流体仓、摩擦环柱结构拆解图；
图6为本发明中电流变流体仓、电导片相关结构图；
图7为本发明中按压柱、触点a、触点b相关结构图；
图8为本发明中岩心钻管、钻头、滑动柱体相关结构图；
图9为本发明中岩心钻管、滑动柱体相关结构拆解图；
图10为本发明中滑动柱体、阻挡杆、转盘相关结构图；
图11为本发明图10中B处结构局部放大图；
图12为本发明中反馈片、驱动电机、转盘、外凸体相关结构图；
图13为本发明图12中C处结构局部放大图；
图中：
1、连接块；2、微控制器；3、驱动杆；
401、柱腔体；402、软簧；403、竖杆；404、电流变流体仓；405、电导片；406、环形内槽；407、摩擦环柱；408、辅助腔体；409、按压柱；410、第一弹簧；411、触点a；412、触点b；
501、岩心钻管；502、环槽；503、竖向导槽；504、钻头；505、滑动柱体；506、辅助槽；507、反馈片；508、第二弹簧；509、触片a；510、触片b；511、驱动电机；512、阻挡杆；513、转盘；514、外凸体。
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。
本发明的实施例一、
请参照图1至图13所示：本发明提供了用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，包括连接块1，连接块1为本装置与水力开采设备的连接处，连接块1上设置有微控制器2，微控制器2与驱动杆3、电导片405、触点a411、触点b412、触片a509、触片b510之间存在电性连接关系，连接块1底部转动连接有驱动杆3，驱动杆3主要用于带动岩心钻管501进行转动，驱动杆3外周设置有调节稳定停机组件，驱动杆3底端设置有一体式切换组件；
调节稳定停机组件包括有柱腔体401，柱腔体401为透明材质制造，柱腔体401固定在连接块1的底面，柱腔体401内腔顶端均固定连接有软簧402，软簧402底端均固定连接有竖杆403，竖杆403底端均以万向球头的方式铰接有电流变流体仓404，电流变流体仓404内设置有电流变液，且电流变流体仓404外壁上设置有用于观察电流变液的刻度线；
电流变流体仓404内腔壁上均匀等距环设有电导片405，电导片405与触点a411、触点b412之间存在电性连接关系，当触点a411与触点b412接触时，微控制器2会给电导片405通电，以此使通电的电导片405改变电流变液的形态，电流变流体仓404内表面开设有环形内槽406，环形内槽406内转动连接有摩擦环柱407，摩擦环柱407内壁面设计为凸起，以此提高摩擦效果，环形内槽406内均匀等距固定连接有辅助腔体408，辅助腔体408两侧对称活动插接有按压柱409，按压柱409内端固定连接有第一弹簧410，按压柱409内端面均设置有触点a411，当触点a411与触点b412接触时，会使微控制器2控制驱动杆3停止转动，并给电导片405通电，以此间接改变电流变流体仓404中电流变液的形态，以此为倾斜角度提供判断支撑，辅助腔体408内壁上对称设置有触点b412；
一体式切换组件包括有岩心钻管501，岩心钻管501内壁开设有环槽502、竖向导槽503，环槽502与转盘513相适配，竖向导槽503与外凸体514相适配，环槽502与竖向导槽503相连通，岩心钻管501底端设置有滑动柱体505，滑动柱体505通过驱动电机511与转盘513连接，滑动柱体505底端固定连接有钻头504，滑动柱体505内壁上活动插接有反馈片507，反馈片507呈弧线形，随着钻头504下钻，土壤会从反馈片507经过并向上移动，在土移动期间，反馈片507会被挤压着向竖向导槽503中移动，当钻头504碰到岩石时，无法继续向下钻时，由于无法下钻，新钻的土不会在上升中去推压反馈片507，此时反馈片507受到的推力会变小，此时反馈片507会在第二弹簧508的复位中向外移动，滑动柱体505内开设有辅助槽506，反馈片507一部分位于辅助槽506中，反馈片507位于辅助槽506内部的表面上固定连接有第二弹簧508，第二弹簧508另一端固定连接在辅助槽506内壁，反馈片507位于辅助槽506内部的表面上固定连接有触片a509，触片a509与触片b510接触时，驱动电机511不会转动，当触片a509与触片b510不接触时，驱动电机511会进行转动，辅助槽506上且位于触片a509的对立面设置有触片b510，滑动柱体505上端固定连接有驱动电机511，驱动电机511在未转动中，其轴处于锁死状态，环槽502内均匀等距固定连接有阻挡杆512，在工作时，岩心钻管501通过阻挡杆512推挤转盘513上的外凸体514间接使钻头504发生转动，驱动电机511轴端固定连接有转盘513，转动的转盘513会在转动中带着外凸体514远离环槽502，并在岩心钻管501的转动辅助下，外凸体514会进入竖向导槽503，转盘513外表面均匀等距环设有外凸体514。
上述实施例一的工作原理如下：
初始状态下：驱动杆3未与摩擦环柱407接触，软簧402在间接连接的电流变流体仓404的作用下会被拉伸，此时各软簧402的拉伸长度因电流变流体仓404未处于水平状态，拉伸长度不一，（即电流变流体仓404中的电流变液因为电流变流体仓404未调平，所以未均匀分布在电流变流体仓404中，从而导致各软簧402拉伸长度不一）电导片405未通电，按压柱409未被滑动在环形内槽406中的摩擦环柱407按压，第一弹簧410未被压缩，触点a411未与触点b412接触，钻头504位于岩心钻管501下端，未进入到岩心钻管501中；
工作时的初始状态下，触片a509与触片b510相接触，第二弹簧508处于压缩状态，外凸体514位于环槽502中未进入竖向导槽503。
以下为调节稳定停机组件的工作过程：
电流变液通电特性：电流变液在电场的作用下可发生液体到固体的转变，当外加电场强度大大低于某个临界值时，电流变液呈液态；当电场强度大大高于这个临界值时，它就变成固态；在电场强度的临界值附近，这种悬浮液的粘滞性随电场强度的增加而变大。
在使用时，首先在人工调整下尽力将与连接块1连接的驱动杆3调整为竖直状态，此时的电流变流体仓404会趋于水平状态，但电流变流体仓404中的电流变液在重力的作用下仍然分布不均，即此时通过铰接的竖杆403会拉着各个软簧402处于不同的拉伸长度，继续对装置调平，并在电流变流体仓404上刻度线的辅助下观察电流变流体仓404中的电流变液的状态，同时可通过观察透明材质制造的柱腔体401中各软簧402的拉伸长度，以及各竖杆403顶端是否齐平，以此进一步对装置进行调平工作，在这种操作中可有效辅助装置调平，使驱动杆3在下钻时处于竖直状态，有效避免因驱动杆3发生歪斜导致下钻深度数据记录不准确的情况；
更进一步的，当驱动杆3在长期下钻工作过程中发生倾斜时，原先未与摩擦环柱407接触的驱动杆3会和摩擦环柱407发生接触，同时由于驱动杆3一直处于转动状态，驱动杆3会在与摩擦环柱407摩擦接触中带着摩擦环柱407在环形内槽406中转动，进一步的，可参考图6、图7，在环形内槽406中转动的摩擦环柱407会在转动中抵到按压柱409，并将按压柱409向辅助腔体408内按压，此时按压柱409上设置的触点a411会逐渐靠近并接触到触点b412，此时第一弹簧410被压缩，与触点a411、触点b412有电性连接关系的微控制器2便会控制电导片405通电，控制驱动杆3停止转动，进一步的，电流变流体仓404中通电的电导片405会将电流变液从液态变为固态，即此时原先水平的电流变液会呈倾斜固定状，通过观察电流变液的形状可间接判断驱动杆3的倾斜程度，为后续角度调节提供帮助；
上述工作过程请参考图1至图7。
以下为一体式切换组件的工作过程：
更进一步的，可参考图12、图13，在钻头504下钻过程中，钻松的土壤会在钻头504的继续下移过程中从钻头504的中部向上移动，进一步的，上移的土壤会在反馈片507弧面状的设置下推挤着反馈片507向辅助槽506中移动，此时触片a509会与触片b510接触，此时与其有电性连接关系的微控制器2并不会控制驱动电机511发生转动，进一步的，当钻头504遇到岩石时，无法继续下钻时，此时便没有土壤会被向上转移，由于没有土壤转移给反馈片507产生推力，原先压缩的第二弹簧508便会将反馈片507向外推动，触片a509与触片b510不再接触，此时与其有电性连接关系的微控制器2便会控制驱动电机511发生转动，可参考图10、图11，转动的外凸体514会顺时针转动，并在转动中移动至竖向导槽503的下方，并在岩心钻管501有下移趋势的作用下，从环槽502中转移至竖向导槽503中，此时，可参考图10，滑动柱体505不再被间接限制在岩心钻管501底端，而是间接通过竖向导槽503在岩心钻管501中向上滑动，此时的岩心钻管501会逐渐靠近并接触到岩石层，并对其进行下钻动作，钻出的岩石会顶着钻头504以此间接使滑动柱体505以及转盘513在岩心钻管501中向上滑动，使得岩心钻管501对钻掉的岩石进行收集，即通过一体式切换组件的设置，区别于现有技术下当遇到岩石层的时候，需手动更换岩心钻管501进行岩石部分的打穿工作的情况，自动更换部件的操作不仅减少了工作人员的劳动强度，而且因整体开采步骤的减少可有效提高工作效率；
更进一步的，通过反馈片507的设置，当钻头504下钻，有上移的土壤会在反馈片507弧面状的设置下推挤着反馈片507向辅助槽506中移动，当钻头504遇到岩石时，无法继续下钻时，没有土壤会被再向上转移，不再受到推力的反馈片507便会变换位置，以此通过触片a509与触片b510的辅助可间接通过微控制器2控制岩心钻管501与钻头504的位置变化，这种遇到岩石自动切换的设置，对整体工作提供有利帮助。
上述工作过程请参考图1、图8至图13。
总述：
通过调节稳定停机组件的设置，可以快速有效地辅助驱动杆3的竖直调整工作，避免在下钻时影响深度的测算，同时用于调平辅助的电流变流体仓404中的电流变液也会在后续驱动杆3倾斜时间接为整体工作提供服务，当驱动杆3倾斜与摩擦环柱407接触时，间接跟随驱动杆3倾斜的电流变流体仓404中的电流变液会在电导片405的作用下变为固态，可观察电流变液在电流变流体仓404中的倾斜程度，以此判断驱动杆3的倾斜程度，进一步的，在一体式切换组件的设置下，当钻头504钻至岩石层时，会自动切换岩心钻管501对其岩石层的下钻工作，无需人工手动切换，省时省力，且提高了效率。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，包括连接块(1)，其特征在于：所述连接块(1)上设置有微控制器(2)，所述连接块(1)底部转动连接有驱动杆(3)，所述驱动杆(3)外周设置有调节稳定停机组件，所述驱动杆(3)底端设置有一体式切换组件；
所述调节稳定停机组件包括有柱腔体(401)，所述柱腔体(401)固定在连接块(1)的底面，所述柱腔体(401)内腔顶端均固定连接有软簧(402)，所述软簧(402)底端均固定连接有竖杆(403)，所述竖杆(403)底端均以万向球头的方式铰接有电流变流体仓(404)；
所述一体式切换组件包括有岩心钻管(501)，所述岩心钻管(501)内壁开设有环槽(502)、竖向导槽(503)，所述环槽(502)与竖向导槽(503)相连通，所述岩心钻管(501)底端设置有滑动柱体(505)，所述滑动柱体(505)底端固定连接有钻头(504)。
2.根据权利要求1所述的用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，其特征在于：所述电流变流体仓(404)内腔壁上均匀等距环设有电导片(405)，所述电流变流体仓(404)内表面开设有环形内槽(406)，所述环形内槽(406)内转动连接有摩擦环柱(407)。
3.根据权利要求2所述的用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，其特征在于：所述环形内槽(406)内均匀等距固定连接有辅助腔体(408)，所述辅助腔体(408)两侧对称活动插接有按压柱(409)，所述按压柱(409)内端固定连接有第一弹簧(410)。
4.根据权利要求3所述的用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，其特征在于：所述按压柱(409)内端面均设置有触点a(411)，所述辅助腔体(408)内壁上对称设置有触点b(412)。
5.根据权利要求1所述的用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，其特征在于：所述滑动柱体(505)内壁上活动插接有反馈片(507)，所述滑动柱体(505)内开设有辅助槽(506)，所述反馈片(507)一部分位于辅助槽(506)中，所述反馈片(507)位于辅助槽(506)内部的表面上固定连接有第二弹簧(508)，所述第二弹簧(508)另一端固定连接在辅助槽(506)内壁。
6.根据权利要求5所述的用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，其特征在于：所述反馈片(507)位于辅助槽(506)内部的表面上固定连接有触片a(509)，所述辅助槽(506)上且位于触片a(509)的对立面设置有触片b(510)，所述滑动柱体(505)上端固定连接有驱动电机(511)。
7.根据权利要求6所述的用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，其特征在于：所述环槽(502)内均匀等距固定连接有阻挡杆(512)，所述驱动电机(511)轴端固定连接有转盘(513)，所述转盘(513)外表面均匀等距环设有外凸体(514)。
8.根据权利要求1所述的用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，其特征在于：所述电流变流体仓(404)内设置有电流变液，且电流变流体仓(404)外壁上设置有用于观察电流变液的刻度线。
9.根据权利要求5所述的用于钻孔水力开采的智能伸缩式水力开采钻具，其特征在于：所述反馈片(507)呈弧线形。
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