CN116792028B - 一种水利施工精准定位钻进设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利施工设备技术领域，具体为一种水利施工精准定位钻进设备，包括钻井架，所述钻井架的顶部竖直设置有钻井气缸,钻井气缸的输出端朝下设置且与钻杆的顶部连接，所述钻杆底端内部固定设有驱动钻井组件，驱动钻井组件连接有钻头并能够带动钻头转动,所述钻头能够相对于驱动钻井组件上下滑动，钻杆与钻头的侧端设有水层自动定位装置。本发明在使用时，通过实时比对水层自动定位装置的监测端和钻杆顶端之间的间距，即可精准判断继续下钻的深度，进而使得工作人员能够精准把控开挖沉淀层的深度，本发明反应迅速且效果直观，操作方便。

Description

一种水利施工精准定位钻进设备

技术领域

本发明涉及水利施工设备技术领域，具体为一种水利施工精准定位钻进设备。

背景技术

利用机械设备或人力从地面将地层钻成孔眼的工作称为钻井。通常指勘探或开发石油、天然气等液态和气态矿产而钻凿井眼及大直径供水井的工程。钻井在国民经济建设中的应用极为广泛。

在进行大直径供水井的钻井工程时，在钻到水源后，还需要控制钻头继续深入水源，通常钻井深度需要控制在水层以下半米到一米的距离，进而钻出沉淀层，从而避免影响到上层的水质，沉淀层的深度根据钻井的直径所定，传统的钻井装置在钻井作业中，无法很精准的判断何时钻到水层，进而无法很好的控制钻头对沉淀层钻井深度进行精准把控，进而影响到钻井的水源质量，现有技术缺少一种水利施工钻进设备，钻井时，能够在钻到水层的同时，迅速且很直观的反应给施工人员，进而可以精准把控沉淀层的钻井深度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水利施工精准定位钻进设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水利施工精准定位钻进设备，包括钻井架，所述钻井架的顶部竖直设置有钻井气缸,钻井气缸的输出端朝下设置且与钻杆的顶部连接，所述钻杆底端内部固定设有驱动钻井组件，驱动钻井组件连接有钻头并能够带动钻头转动,所述钻头能够相对于驱动钻井组件上下滑动。

钻杆与钻头的侧端设有水层自动定位装置；所述水层自动定位装置包括浮动组件和锁定组件，所述浮动组件包括滑动槽、滑动块、弹簧、第一连接件和漂浮板，所述钻杆的一侧沿着钻杆的长度方向竖直开设有滑动槽，所述滑动块设置在滑动槽内，且滑动块能够在滑动槽内上下滑动，所述第一连接件水平设置在滑动块远离钻杆一侧的上端，所述弹簧水平设置在第一连接件的下方，且弹簧的一端与滑动块的侧端连接，所述漂浮板的一端与第一连接件的一端转动连接，且漂浮板的转动范围为90度；

所述锁定组件包括锁定圈，所述锁定圈呈环形固定设置在钻头的顶部，且锁定圈位于钻杆的外侧，所述锁定圈能够将漂浮板限位于其内侧，此时漂浮板呈竖直状态，且漂浮板压紧弹簧。

所述第一连接件的顶端固定连接有竖直的标尺杆，所述标尺杆与钻杆平行设置，所述标尺杆的上端设有长度刻度标记。

所述漂浮板的一端开设有转动孔，所述转动孔呈四分之三圆形设置，所述第一连接件一端的两侧分别设置有半圆柱体，半圆柱体卡接在转动孔内，二者能够相对转动。

本发明还包括锁定装置，所述锁定装置设置在钻杆远离水层自动定位装置的一侧，所述锁定装置包括锁定架、安装架、锁定块、锁定槽和锁止杆。所述安装架水平固定设置在钻杆的侧端，所述锁定块的上端与安装架的转动连接，所述锁定块的一端水平设置有长条形的锁定槽，所述锁定架固定设置在钻头的顶端，且锁定架位于锁定块和锁定圈之间，锁定架外侧转动连接有锁止杆，锁止杆为T字形结构，当锁定块竖直设置时，所述锁止杆能够穿过锁定槽，且锁止杆能够将锁定块与锁定架的相对位置固定。

所述驱动钻井组件包括驱动电机和滑动连接件，所述钻杆的底端内部设有安装槽，所述驱动电机固定设置在钻杆底端内部的安装槽内，所述驱动电机的输出端穿出钻杆的底部并与钻杆的底部转动配合，所述滑动连接件的顶部与驱动电机的输出端固定连接，所述滑动连接件下端的均匀设置有多个凸起部，滑动连接件下端伸入钻头上部的凹槽内并与其连接，所述钻头上部的凹槽内侧壁竖直开设有连接槽，所述连接槽的形状及数量均与滑动连接件下端凸起部相匹配，滑动连接件下端凸起部置于对应的连接槽内且二者能够相对滑动，所述滑动连接件能够带动钻头转动且二者通过连接槽和凸起部上下滑动配合。

所述钻井架底部的两端对称设有两组万向自锁轮。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明在使用时，通过实时比对水层自动定位装置的监测端和钻杆顶端之间的间距，即可精准判断继续下钻的深度，进而使得工作人员能够精准把控开挖沉淀层的深度，本发明反应迅速且效果直观，操作方便。

本发明中，钻头独立转动，无需钻杆与钻头一起旋转，进行减轻驱动电机的负载和动力损耗。

本发明中，将转动孔设置为四分之三圆形，当漂浮板完全翻转为水平状态后，第一连接件的两侧会被转动孔的内侧完全抵住，使其无法继续翻转，进而固定好漂浮板的水平状态，使其始终较为稳定的保持在水层的水面上。

本发明中，锁定装置能够保证在移动或者闲置过程中，钻头与钻杆之间处于锁定状态，避免触发水层自动定位装置。

本发明中，通过设置的万向自锁轮，可以很方便的移动本设备至指定钻井区域进行钻井作业，且移动到指定区域后可控制万向自锁轮进行锁定使其无法进行移动，保证本设备在进行钻井作业时的稳定性。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明钻杆与钻头的结构示意图；

图3为本发明钻杆与钻头的爆炸结构示意图；

图4为本发明钻杆与钻头的局部结构剖视图；

图5为本发明中钻杆和水层自动定位装置的局部结构示意图；

图6为图5中A处的放大图；

图7为本发明中浮动组件的侧视图；

图8为本发明中浮动组件的爆炸结构示意图；

图9为本发明中钻杆和驱动钻井组件的爆炸结构示意图；

图10为本发明中钻头和锁定装置的立体结构示意图。

图中：1、钻井架；2、钻井气缸；3、钻杆；4、钻头；5、驱动钻井组件；51、驱动电机；52、滑动连接件；6、水层自动定位装置；61、浮动组件；611、滑动槽；612、滑动块；613、弹簧；614、第一连接件；62、锁定组件；621、漂浮板；622、锁定圈；623、转动孔；63、标尺杆；64、长度刻度标记；7、锁定装置；71、锁定架；72、安装架；73、锁定块；74、锁定槽；75、锁止杆；8、万向自锁轮。

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，本领域普通技术工作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。

请参阅图1至图10，本发明提供一种技术方案：

一种水利施工精准定位钻进设备，包括钻井架1，所述钻井架1的顶部竖直设置有钻井气缸2,钻井气缸2的输出端朝下设置且与钻杆3的顶部连接，所述钻杆3底端内部固定设有驱动钻井组件5，驱动钻井组件5连接有钻头4并能够带动钻头4转动,所述钻头4能够相对于驱动钻井组件5上下滑动。所述钻头4的截面大小大于钻杆3的截面大小。

具体的，所述驱动钻井组件5包括驱动电机51和滑动连接件52，所述钻杆3的底端内部设有安装槽，所述驱动电机51固定设置在钻杆3底端内部的安装槽内，所述驱动电机51的输出端穿出钻杆3的底部并与钻杆3的底部转动配合，所述滑动连接件52的顶部与驱动电机51的输出端固定连接，所述滑动连接件52下端的均匀设置有多个凸起部，钻头4上部开设有凹槽用来与滑动连接件52连接，滑动连接件52下端伸入钻头4上部的凹槽内并与其连接。具体的，所述钻头4上部的凹槽内侧壁竖直开设有连接槽，所述连接槽的形状及数量均与滑动连接件52下端凸起部相匹配，滑动连接件52下端凸起部置于对应的连接槽内，滑动连接件52通过凸起部及连接槽的连接，带动钻头4转动，且二者凸起部及连接槽能够相对滑动。连接槽上端封闭，避免钻头4与滑动连接件52脱离。

钻杆3与钻头4的侧端设有水层自动定位装置6，所述水层自动定位装置6包括浮动组件61和锁定组件62，所述浮动组件61包括滑动槽611、滑动块612、弹簧613、第一连接件614和漂浮板621。所述钻杆3的一侧沿着钻杆3的长度方向竖直开设有滑动槽611，所述滑动块612设置在滑动槽611内，且滑动块612能够在滑动槽611内上下滑动，所述第一连接件614水平设置在滑动块612远离钻杆3一侧的上端，多个所述弹簧613水平设置在第一连接件614的下方，且弹簧613的一端与滑动块612的侧端连接，所述漂浮板621的一端与第一连接件614的一端转动连接，且漂浮板621的转动范围为90度。

所述锁定组件62包括锁定圈622，所述锁定圈622呈环形固定设置在钻头4的顶部，且锁定圈622位于钻杆3的外侧，所述锁定圈622能够将漂浮板621限位于其内侧，此时漂浮板621呈竖直状态，且漂浮板621压紧弹簧613。

所述第一连接件614的顶端固定连接有竖直的标尺杆63，所述标尺杆63与钻杆3平行设置，所述标尺杆63的上端设有长度刻度标记64。

所述漂浮板621的一端开设有转动孔623，所述转动孔623呈四分之三圆形设置，所述第一连接件614一端的两侧分别设置有半圆柱体，半圆柱体卡接在转动孔623内，二者能够相对转动。结合图7、图8来看，当漂浮板621不受限位且在弹簧613的复位作用下，漂浮板621从竖直状态转变为水平状态的过程中，当漂浮板621完全翻转为水平状态后，第一连接件614的两侧会被转动孔623的内侧完全抵住，使其无法继续翻转，进而固定好漂浮板621的水平状态使其始终较为稳定的保持在水层的水面上。

在进行钻井作业的过程中，钻头4在地下持续向下钻进，此时钻头4与地始终接触，钻头4受到向上的反作用力，钻头4的顶部与钻杆3的底部相互靠近且间距稳定不变，此时漂浮板621呈竖直状态且位于锁定圈622的内侧并受到锁定圈622的限位，漂浮板621压缩弹簧613，使弹簧613处于收缩的状态；当钻头4接触到地下的水层后，接触水的瞬间，钻头4的底部受到的反作用力迅速降低，钻头4在转动离心力及惯性作用下，迅速相对于钻杆3的底部向下滑动一段距离，钻头4始终保持转动，钻头4向下滑动的同时带动锁定圈622向下滑动，锁定圈622不再对漂浮板621进行限位，在弹簧613的反作用力下，漂浮板621翻转至水平的状态，钻头4跟随钻杆3继续下移，而漂浮板621在浮力的作用下始终漂浮在水层的上部，漂浮板621及钻杆3产生相对位移，使得滑动块612在滑动槽611内滑动，第一连接件614及标尺杆63均与钻杆3产生相对位移，现场的施工人员观测到钻杆3的顶端与标尺杆63的顶端出现间距，进而可判断出挖到水层，接着通过长度刻度标记64实时监测钻杆3和标尺杆63顶端之间的间距数值，进而精准判断出钻头4挖到水层后的下挖深度，进而实现精准把控沉淀层的开挖深度。

本发明还包括锁定装置7，所述锁定装置7设置在钻杆3远离水层自动定位装置6的一侧，所述锁定装置7包括锁定架71、安装架72、锁定块73、锁定槽74和锁止杆75，所述安装架72水平固定设置在钻杆3的侧端，所述锁定块73的上端与安装架72的转动连接，所述锁定块73的一端水平设置有长条形的锁定槽74，所述锁定架71固定设置在钻头4的顶端，且锁定架71位于锁定块73和锁定圈622之间，锁定架71外侧转动连接有锁止杆75，锁止杆75为T字形结构，当锁定块73竖直设置时，所述锁止杆75能够穿过锁定槽74，且锁止杆75能够将锁定块73与锁定架71的相对位置固定。

在移动或者无需使用钻杆3与钻头4时，为了便于后续使用水层自动定位装置6的定位效果，漂浮板621需要收在锁定圈622内侧且与其抵止，为了避免钻头4向下滑动造成漂浮板621脱离锁定圈622，钻头4的顶部与钻杆3的底部需为相互靠近的状态，为了保持这种状态，可将锁定块73翻转至竖直状态，锁定槽74穿过锁止杆75的侧端，接着九十度旋转锁止杆75，使得锁止杆75的侧端与锁定槽74相互抵止，进而将锁定架71和锁定块73固定在一起，进而确保了在移动或者闲置过程中，钻头4与钻杆3之间处于锁定状态，避免触发水层自动定位装置6，且在钻井作业时，当钻头4与地面接触产生抵止力后，即可再次九十度转动锁止杆75，翻转锁定块73，进而解除钻头4和钻杆3的固定状态，便于后续的水层精准定位工作。

所述钻井架1底部的两端对称设有两组万向自锁轮8。

Claims (5)

1.一种水利施工精准定位钻进设备，包括钻井架（1），所述钻井架（1）的顶部竖直设置有钻井气缸（2）,钻井气缸（2）的输出端朝下设置且与钻杆（3）的顶部连接，其特征在于：所述钻杆（3）底端内部固定设有驱动钻井组件（5），驱动钻井组件（5）连接有钻头（4）并能够带动钻头（4）转动,所述钻头（4）能够相对于驱动钻井组件（5）上下滑动，钻杆（3）与钻头（4）的侧端设有水层自动定位装置（6）；

所述水层自动定位装置（6）包括浮动组件（61）和锁定组件（62），所述浮动组件（61）包括滑动槽（611）、滑动块（612）、弹簧（613）、第一连接件（614）和漂浮板（621），所述钻杆（3）的一侧沿着钻杆（3）的长度方向竖直开设有滑动槽（611），所述滑动块（612）设置在滑动槽（611）内，且滑动块（612）能够在滑动槽（611）内上下滑动，所述第一连接件（614）水平设置在滑动块（612）远离钻杆（3）一侧的上端，所述弹簧（613）水平设置在第一连接件（614）的下方，且弹簧（613）的一端与滑动块（612）的侧端连接，所述漂浮板（621）的一端与第一连接件（614）的一端转动连接，且漂浮板（621）的转动范围为90度；

所述锁定组件（62）包括锁定圈（622），所述锁定圈（622）呈环形固定设置在钻头（4）的顶部，且锁定圈（622）位于钻杆（3）的外侧，所述锁定圈（622）能够将漂浮板（621）限位于其内侧，此时漂浮板（621）呈竖直状态，且漂浮板（621）压紧弹簧（613）；

所述第一连接件（614）的顶端固定连接有竖直的标尺杆（63），所述标尺杆（63）与钻杆（3）平行设置，所述标尺杆（63）的上端设有长度刻度标记（64）。

2.根据权利要求1所述的一种水利施工精准定位钻进设备，其特征在于：所述漂浮板（621）的一端开设有转动孔（623），所述转动孔（623）呈四分之三圆形设置，所述第一连接件（614）一端的两侧分别设置有半圆柱体，半圆柱体卡接在转动孔（623）内，二者能够相对转动。

3.根据权利要求1所述的一种水利施工精准定位钻进设备，其特征在于：还包括锁定装置（7），所述锁定装置（7）设置在钻杆（3）远离水层自动定位装置（6）的一侧，所述锁定装置（7）包括锁定架（71）、安装架（72）、锁定块（73）、锁定槽（74）和锁止杆（75），所述安装架（72）水平固定设置在钻杆（3）的侧端，所述锁定块（73）的上端与安装架（72）的转动连接，所述锁定块（73）的一端水平设置有长条形的锁定槽（74），所述锁定架（71）固定设置在钻头（4）的顶端，且锁定架（71）位于锁定块（73）和锁定圈（622）之间，锁定架（71）外侧转动连接有锁止杆（75），锁止杆（75）为T字形结构，当锁定块（73）竖直设置时，所述锁止杆（75）能够穿过锁定槽（74），且锁止杆（75）能够将锁定块（73）与锁定架（71）的相对位置固定。

4.根据权利要求1所述的一种水利施工精准定位钻进设备，其特征在于：所述驱动钻井组件（5）包括驱动电机（51）和滑动连接件（52），所述钻杆（3）的底端内部设有安装槽，所述驱动电机（51）固定设置在钻杆（3）底端内部的安装槽内，所述驱动电机（51）的输出端穿出钻杆（3）的底部并与钻杆（3）的底部转动配合，所述滑动连接件（52）的顶部与驱动电机（51）的输出端固定连接，所述滑动连接件（52）下端的均匀设置有多个凸起部，滑动连接件（52）下端伸入钻头（4）上部的凹槽内并与其连接，所述钻头（4）上部的凹槽内侧壁竖直开设有连接槽，所述连接槽的形状及数量均与滑动连接件（52）下端凸起部相匹配，滑动连接件（52）下端凸起部置于对应的连接槽内且二者能够相对滑动，所述滑动连接件（52）能够带动钻头（4）转动且二者通过连接槽和凸起部上下滑动配合。

5.根据权利要求1所述的一种水利施工精准定位钻进设备，其特征在于：所述钻井架（1）底部的两端对称设有两组万向自锁轮（8）。