CN119507828B - 一种防岩屑沉积的智能钻井工具及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻井工程领域，特别涉及一种防岩屑沉积的智能钻井工具及其操作方法，包括上接头、下接头、搅拌组件和控制组件；搅拌组件包括中间管体、直线电机、齿条轴、齿条、齿轮、齿轮轴、限位弹簧、旋盖、叶片组件、锁紧螺母、垫片、电线和套筒；控制组件包括滑块、伸缩组件、压力传感器、位置传感器和控制箱；所述搅拌组件负责破碎与搅拌岩屑；所述控制组件根据岩屑沉积情况与实际工况智能调整叶片组件的工作方式、工作转速和工作位置。本发明的有益效果是：结构简单，可以实现智能控制，能够有效地防止岩屑沉积和清除岩屑床，提高了钻进效率，缩短了钻井周期，降低了钻井成本。

Description

一种防岩屑沉积的智能钻井工具及其操作方法

技术领域

本发明涉及钻井工程领域，特别涉及一种防岩屑沉积的智能钻井工具及其操作方法。

背景技术

在长水平井的钻进过程中，因重力作用会导致岩屑易沉积在环空低边并形成岩屑床，由此不仅会引发阻卡问题，严重影响钻井时效，还可能造成恶性卡钻事故。此外，岩屑床的堆积还会增大井底ECD，进而可能压漏、压裂地层，并降低机械钻速。

对于未沉积的岩屑，目前主要采用优化钻井液性能、调整钻井液流速和流量以及调整钻柱转速等方法来清除。但这些方法都有一定局限，优化钻井液性能操作复杂且成本高，钻井液流速过高或钻柱转速过高会对套管的稳定性造成影响。

对于已沉积的岩屑床，现场通常采用三种方式清除，即机械破床、水力清洗以及机械与水力复合清除。对于机械破床方式，机械破床工具易造成钻具轴线在长斜度段和水平段与井眼轴线不重合，更易引起卡钻现象；水力清洗方式会受地面泵设备及地层压力等因素限制，同时若水力控制不当会造成套管损伤；机械与水力复合清除的清除效果更好，但也同时具有机械破床与水力清洗的局限性。

总的来说，当前的防岩屑沉积方式受制于外部工况参数，且不能根据岩屑的浓度与沉积情况自动调节，无法实现高效清除岩屑。

本专利提出了一种防岩屑沉积的智能钻井工具及其操作方法，可根据岩屑沉积情况与实际工况自动调整操作参数，有效地防止未沉积的岩屑沉积，并对已经沉积的岩屑床进行破碎和清除，从而高效、低成本地解决长水平井钻进过程中易出现的卡钻、降低机械钻速等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种防岩屑沉积的智能钻井工具及其操作方法，以解决上述背景技术中提出的长水平井钻进时因岩屑沉积造成的卡钻和降低机械钻速等问题。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种防岩屑沉积的智能钻井工具，包括上接头、下接头、搅拌组件和控制组件；搅拌组件包括中间管体、直线电机、齿条轴、齿条、齿轮、齿轮轴、限位弹簧、旋盖、叶片组件、锁紧螺母、垫片、电线和套筒，中间管体一端内壁开设内螺纹，与上接头的外螺纹一端螺纹连接，中间管体另一端外表面开设外螺纹，与下接头的内螺纹一端螺纹连接，齿轮轴上加工有花键；叶片组件包括叶片和刀片；控制组件包括滑块、伸缩组件、压力传感器、位置传感器和控制箱；伸缩组件包括外壳、电磁铁、缓冲弹簧和销轴；

所述搅拌组件包括中间管体、直线电机、齿条轴、齿条、齿轮、齿轮轴、限位弹簧、旋盖、叶片组件、锁紧螺母、垫片、电线和套筒，直线电机通过电机轴凸台与齿条轴凹槽连接，齿条轴通过螺纹与齿条连接，齿轮轴与滑块接触，齿轮轴上加工有花键，齿轮与齿轮轴通过花键连接，限位弹簧一端安装在旋盖上，另一端与齿轮轴上的花键接触，旋盖与中间管体通过螺纹连接，叶片组件与齿轮轴通过螺纹连接并在连接处上方安装有垫片和锁紧螺母，防止叶片组件掉落；工作时，齿条与齿轮将直线电机的直线运动转换为叶片组件的旋转运动；

所述叶片组件包括叶片和刀片，叶片用于搅拌岩屑，防止岩屑沉积，刀片用于破碎已沉积的岩屑床，其中叶片的数量为a，a≥2，刀片的数量为b，b≥2；

所述控制组件包括滑块、伸缩组件、压力传感器、位置传感器和控制箱，伸缩组件通过螺纹安装在齿条轴上并控制滑块的运动，滑块运动推动齿轮轴做伸缩运动，从而带动叶片组件做伸缩运动，压力传感器检测齿轮轴的旋转阻力信息，位置传感器检测套管与中间管体之间的距离信息，控制箱实时采集并处理压力传感器和位置传感器所检测的信息，并根据检测信息调整叶片组件的工作方式、工作位置和工作转速；

所述伸缩组件包括外壳、电磁铁、缓冲弹簧和销轴，缓冲弹簧一端安装在外壳内部，另一端安装在销轴端部；当叶片组件需要调整工作位置时，控制箱给电磁铁通电，销轴伸出并卡进滑块右侧的导向轴孔内，直线电机带动滑块运动，从而调整叶片组件的工作位置；当叶片组件不需要调整工作位置时，控制箱给电磁铁断电，销轴收回至外壳内部，滑块停止运动，叶片组件保持工作位置；

所述搅拌组件数量为m，m≥1；

所述控制组件数量为n，n=m≥1；

搅拌组件首尾之间采用螺纹连接。

一种防岩屑沉积的智能钻井工具的操作方法，包括以下步骤：

S1：系统通电，齿轮与齿条将直线电机的直线运动转换为叶片组件的旋转运动，控制箱实时采集并处理压力传感器和位置传感器所检测的信息；

S2：控制箱判断中间管体与套管之间的距离D是否周期性变化，若是，判定为钻杆旋转，执行步骤S3；若否，判定为钻杆不旋转，执行步骤S4；

S3：控制箱判断钻杆旋转一周时齿轮轴的旋转阻力峰值E与M的大小关系，若E≤M，判定岩屑浓度不影响钻井工作，执行步骤S5；若E>M，判定岩屑浓度影响钻井工作，执行步骤S7；

其中M为设定岩屑浓度下齿轮轴的旋转阻力；

S4：控制箱判断齿轮轴的旋转阻力F与M的大小关系，若F≤M，判定岩屑浓度不影响钻井工作，执行步骤S5；若F>M，判定岩屑浓度影响钻井工作，执行步骤S9；

S5：控制箱判断R-r-e-h-d与1.5x的大小关系，若R-r-e-h-d≥1.5x，控制箱控制齿轮轴伸出0.5x，执行步骤S2；若R-r-e-h-d<1.5x，执行步骤S6；

其中R为套管半径；r为中间管体半径；e为偏心距；x为齿轮轴端部与套管之间允许的最小距离；h为安装时齿轮轴端部到中间管体的距离；d为齿轮轴在步骤S5和S6中伸出的总距离；

S6：控制箱判断R-r-e-h-d与x的大小关系，若R-r-e-h-d>x，控制箱控制齿轮轴伸出R-r-e-h-d-x，执行步骤S2；若R-r-e-h-d=x，判定齿轮轴达到极限位置，齿轮轴端部与套管之间保持最小距离x不动，执行步骤S2；

S7：控制箱判断中间管体与套管之间的距离D与R-r-0.5e的大小关系，若D>R-r-0.5e，判定叶片组件处于环空高位，控制箱控制叶片组件在不触碰套管与中间管体的条件下做伸缩运动，执行步骤S7；若D≤R-r-0.5e，判定叶片组件处于环空低位，执行步骤S8；

S8：控制箱将齿轮轴的伸出距离调整为d，并判断钻杆旋转一周时齿轮轴的旋转阻力峰值E与N的大小关系，若E≥N，控制箱降低叶片组件的工作转速并延长工作时间，执行步骤S3；若E<N，控制箱提高叶片组件的工作转速，执行步骤S3；

N为叶片组件达到强度极限80%时齿轮轴的旋转阻力；

S9: 控制箱判断齿轮轴的旋转阻力F与N的大小关系，若F≥N，控制箱降低叶片组件的工作转速并延长工作时间，执行步骤S4；若F<N，控制箱提高叶片组件的工作转速，执行步骤S4。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、对于未沉积的岩屑，本发明不再依赖于钻井液性能、钻井液流速和流量以及钻柱转速等参数，而是通过智能控制叶片组件的旋转运动和伸缩运动，使岩屑浮于环空，并辅助钻井液将岩屑带出环空；

二、对于已经沉积的岩屑床，本发明不再受制于传统岩屑床清除工具的局限性，而是通过智能控制叶片组件的工作转速与工作位置，逐层破碎并搅拌岩屑；

三、本发明可以根据岩屑沉积情况和工况智能选取操作方法，降低了钻井成本，提高了钻井过程中的安全性，且清除岩屑效果更好，效率更高，解决了因岩屑沉积造成的卡钻、憋钻和降低机械钻速等难题。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1中A的局部放大图；

图3为叶片组件的结构示意图；

图4为齿轮轴与电机轴连接处的结构示意图；

图5为伸缩组件的结构示意图；

图6为多个搅拌组件和控制组件组合时的外观示意图；

图7为本发明的控制流程图；

图8为图7中T1框图的内容示意图；

图9为图7中T2框图的内容示意图；

图10为图7中T3框图的内容示意图；

图11为本发明控制流程中使用的几何参数示意图。

图中：1—上接头；2—中间管体；3—叶片组件；301—叶片；302—刀片；4—齿条；5—旋盖；6—锁紧螺母；7—垫片；8—齿轮轴；801—花键；802—齿轮轴端部；9—限位弹簧；10—齿轮；11—压力传感器；12—滑块；1201—导向轴孔；13—齿条轴；1301—齿条轴凹槽；14—伸缩组件；1401—外壳；1402—电磁铁；1403—缓冲弹簧；1404—销轴；15—位置传感器；16—直线电机；1601—电机轴凸台；17—控制箱；18—电线；19—下接头；20—套筒。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图5所示，本发明包括上接头1、下接头19、搅拌组件和控制组件；搅拌组件包括中间管体2、直线电机16、齿条轴13、齿条4、齿轮10、齿轮轴8、限位弹簧9、旋盖5、叶片组件3、锁紧螺母6、垫片7、电线18和套筒20，中间管体2一端内壁开设内螺纹，与上接头1的外螺纹一端螺纹连接，中间管体2另一端外表面开设外螺纹，与下接头19的内螺纹一端螺纹连接，齿轮轴8上加工有花键801；叶片组件3包叶片301和刀片302；控制组件包括滑块12、伸缩组件14、压力传感器11、位置传感器15和控制箱17；伸缩组件14包括外壳1401、电磁铁1402、缓冲弹簧1403和销轴1404。

如图1、图2、图3、图4所示，搅拌组件包括中间管体2、直线电机16、齿条轴13、齿条4、齿轮10、齿轮轴8、限位弹簧9、旋盖5、叶片组件3、锁紧螺母6、垫片7、电线18和套筒20，直线电机16通过电机轴凸台1601与齿条轴凹槽1301连接，齿条轴13通过螺纹与齿条4连接，齿轮轴8与滑块12接触，齿轮轴8上加工有花键801，齿轮10与齿轮轴8通过花键801连接，限位弹簧9一端安装在旋盖5上，另一端与齿轮轴8上的花键801接触，旋盖5与中间管体2通过螺纹连接，叶片组件3与齿轮轴8通过螺纹连接并在连接处上方安装有垫片7和锁紧螺母6，防止叶片组件3掉落；工作时，齿条4与齿轮10将直线电机16的直线运动转换为叶片组件3的旋转运动；

所述叶片组件3包括叶片301和刀片302，叶片301用于搅拌岩屑，防止岩屑沉积，刀片302用于破碎已沉积的岩屑，其中叶片301的数量为a，a≥2，刀片302的数量为b，b≥2。

如图2、图5所示，控制组件包括滑块12、伸缩组件14、压力传感器11、位置传感器15和控制箱17，伸缩组件14通过螺纹安装在齿条轴13上并控制滑块12的运动，滑块12运动推动齿轮轴8做伸缩运动，从而带动叶片组件3做伸缩运动，压力传感器11检测齿轮轴8的旋转阻力信息，位置传感器15检测套管与中间管体2之间的距离信息，控制箱17实时采集并处理压力传感器11和位置传感器15所检测的信息，并根据检测信息调整叶片组件3的工作方式、工作位置和工作转速；

所述滑块12右侧加工有导向轴孔1201，且有斜度一侧表面光滑，与套筒20接触一侧表面粗糙，当滑块12没有受到来自直线电机16的推拉力时，通过滑块12与套筒20之间的摩擦力来保证滑块12不动；

所述伸缩组件14包括外壳1401、电磁铁1402、缓冲弹簧1403和销轴1404，缓冲弹簧1403一端安装在外壳1401内部，另一端安装在销轴1404端部；当叶片组件3需要调整工作位置时，控制箱17给电磁铁1402通电，销轴1404伸出并卡进滑块12右侧的导向轴孔1201内，直线电机16带动滑块12运动，从而调整叶片组件3的工作位置；当叶片组件3不需要调整工作位置时，控制箱17给电磁铁1402断电，销轴1404收回至外壳1401内部，滑块12停止运动，叶片组件3保持工作位置。

如图6所示，搅拌组件与控制组件的数量可以根据需要自由选取，搅拌组件数量为m，m≥1，控制组件数量为n，n=m≥1，图中搅拌组件的数量m=控制组件的数量n=3，搅拌组件首尾之间采用螺纹连接。

如图7、图8、图9、图10、图11所示，一种防岩屑沉积的智能钻井工具的操作方法，包括以下步骤：

S1：系统通电，齿轮10与齿条4将直线电机16的直线运动转换为叶片组件3的旋转运动，控制箱17实时采集并处理压力传感器11和位置传感器15所检测的信息；

S2：控制箱17判断中间管体2与套管之间的距离D是否周期性变化，若是，判定为钻杆旋转，执行步骤S3；若否，判定为钻杆不旋转，执行步骤S4；

S3：控制箱17判断钻杆旋转一周时齿轮轴8的旋转阻力峰值E与M的大小关系，若E≤M，判定岩屑浓度不影响钻井工作，执行步骤S5；若E>M，判定岩屑浓度影响钻井工作，执行步骤S7；

其中M为设定岩屑浓度下齿轮轴8的旋转阻力；

S4：控制箱17判断齿轮轴8的旋转阻力F与M的大小关系，若F≤M，判定岩屑浓度不影响钻井工作，执行步骤S5；若F>M，判定岩屑浓度影响钻井工作，执行步骤S9；

S5：控制箱17判断R-r-e-h-d与1.5x的大小关系，若R-r-e-h-d≥1.5x，控制箱17控制齿轮轴8伸出0.5x，执行步骤S2；若R-r-e-h-d<1.5x，执行步骤S6；

其中R为套管半径；r为中间管体2半径；e为偏心距；x为齿轮轴端部802与套管之间允许的最小距离；h为安装时齿轮轴端部802到中间管体2的距离；d为齿轮轴8在步骤S5 和S6中伸出的总距离；

S6：控制箱17判断R-r-e-h-d与x的大小关系，若R-r-e-h-d>x，控制箱17控制齿轮轴8伸出R-r-e-h-d-x，执行步骤S2；若R-r-e-h-d=x，判定齿轮轴8达到极限位置，齿轮轴端部802与套管之间保持最小距离x不动，执行步骤S2；

S7：控制箱17判断中间管体2与套管之间的距离D与R-r-0.5e的大小关系，若D>R-r-0.5e，判定叶片组件3处于环空高位，控制箱17控制叶片组件3在不触碰套管与中间管体2的条件下做伸缩运动，执行步骤S7；若D≤R-r-0.5e，判定叶片组件3处于环空低位，执行步骤S8；

S8：控制箱17将齿轮轴8的伸出距离调整为d，并判断钻杆旋转一周时齿轮轴8的旋转阻力峰值E与N的大小关系，若E≥N，控制箱17降低叶片组件3的工作转速并延长工作时间，执行步骤S3；若E<N，控制箱17提高叶片组件3的工作转速，执行步骤S3；

N为叶片组件3达到强度极限80%时齿轮轴8的旋转阻力；

S9: 控制箱17判断齿轮轴8的旋转阻力F与N的大小关系，若F≥N，控制箱17降低叶片组件3的工作转速并延长工作时间，执行步骤S4；若F<N，控制箱17提高叶片组件3的工作转速，执行步骤S4；

所述步骤S6中，当齿轮轴端部802与套管之间的距离为x时，叶片组件3与套管之间有间隙，不会触碰到套管；

所述步骤S7中，中间管体2与套管之间的距离D最小值为R-r-e，最大值为R-r+e；

所述步骤S8、S9中，控制箱17通过调整直线电机16的功率大小来控制叶片组件3的工作转速。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

Claims (2)

1.一种防岩屑沉积的智能钻井工具，其特征在于，包括上接头(1)、下接头(19)、搅拌组件和控制组件；搅拌组件包括中间管体(2)、直线电机(16)、齿条轴(13)、齿条(4)、齿轮(10)、齿轮轴(8)、限位弹簧(9)、旋盖(5)、叶片组件(3)、锁紧螺母(6)、垫片(7)、电线(18)和套筒(20)，中间管体(2)一端内壁开设内螺纹，与上接头(1)的外螺纹一端螺纹连接，中间管体(2)另一端外表面开设外螺纹，与下接头(19)的内螺纹一端螺纹连接，齿轮轴(8)上加工有花键(801)；叶片组件(3)包叶片(301)和刀片(302)；控制组件包括滑块(12)、伸缩组件(14)、压力传感器(11)、位置传感器(15)和控制箱(17)；伸缩组件(14)包括外壳(1401)、电磁铁(1402)、缓冲弹簧(1403)和销轴(1404)；

所述搅拌组件包括中间管体(2)、直线电机(16)、齿条轴(13)、齿条(4)、齿轮(10)、齿轮轴(8)、限位弹簧(9)、旋盖(5)、叶片组件(3)、锁紧螺母(6)、垫片(7)、电线(18)和套筒(20)，直线电机(16)通过电机轴凸台(1601)与齿条轴凹槽(1301)连接，齿条轴(13)通过螺纹与齿条(4)连接，齿轮轴(8)与滑块(12)接触，齿轮轴(8)上加工有花键(801)，齿轮(10)与齿轮轴(8)通过花键(801)连接，限位弹簧(9)一端安装在旋盖(5)上，另一端与齿轮轴(8)上的花键(801)接触，旋盖(5)与中间管体(2)通过螺纹连接，叶片组件(3)与齿轮轴(8)通过螺纹连接并在连接处上方安装有垫片(7)和锁紧螺母(6)，防止叶片组件(3)掉落；工作时，齿条(4)与齿轮(10)将直线电机(16)的直线运动转换为叶片组件(3)的旋转运动；

所述叶片组件(3)包括叶片(301)和刀片(302)，叶片(301)用于搅拌岩屑，防止岩屑沉积，刀片(302)用于破碎已沉积的岩屑，其中叶片(301)的数量为a，a≥2，刀片(302)的数量为b，b≥2；

所述控制组件包括滑块(12)、伸缩组件(14)、压力传感器(11)、位置传感器(15)和控制箱(17)，伸缩组件(14)通过螺纹安装在齿条轴(13)上并控制滑块(12)的运动，滑块(12)运动推动齿轮轴(8)做伸缩运动，从而带动叶片组件(3)做伸缩运动，压力传感器(11)检测齿轮轴(8)的旋转阻力信息，位置传感器(15)检测套管与中间管体(2)之间的距离信息，控制箱(17)实时采集并处理压力传感器(11)和位置传感器(15)所检测的信息，并根据检测信息调整叶片组件(3)的工作方式、工作位置和工作转速；

所述伸缩组件(14)包括外壳(1401)、电磁铁(1402)、缓冲弹簧(1403)和销轴(1404)，缓冲弹簧(1403)一端安装在外壳(1401)内部，另一端安装在销轴(1404)端部；当叶片组件(3)需要调整工作位置时，控制箱(17)给电磁铁(1402)通电，销轴(1404)伸出并卡进滑块(12)右侧的导向轴孔(1201)内，直线电机(16)带动滑块(12)运动，从而调整叶片组件(3)的工作位置；当叶片组件(3)不需要调整工作位置时，控制箱(17)给电磁铁(1402)断电，销轴(1404)收回至外壳(1401)内部，滑块(12)停止运动，叶片组件(3)保持工作位置；

所述搅拌组件数量为m，m≥1；

所述控制组件数量为n，n＝m≥1；

当搅拌组件需要串联多个时，搅拌组件之间通过中间管体(2)上的外螺纹和内螺纹螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的一种防岩屑沉积的智能钻井工具的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：系统通电，齿轮(10)与齿条(4)将直线电机(16)的直线运动转换为叶片组件(3)的旋转运动，控制箱(17)实时采集并处理压力传感器(11)和位置传感器(15)所检测的信息；

S2：控制箱(17)判断中间管体(2)与套管之间的距离D是否周期性变化，若是，判定为钻杆旋转，执行步骤S3；若否，判定为钻杆不旋转，执行步骤S4；

S3：控制箱(17)判断钻杆旋转一周时齿轮轴(8)的旋转阻力峰值E与M的大小关系，若E≤M，判定岩屑浓度不影响钻井工作，执行步骤S5；若E>M，判定岩屑浓度影响钻井工作，执行步骤S7；

其中M为设定岩屑浓度下齿轮轴(8)的旋转阻力；

S4：控制箱(17)判断齿轮轴(8)的旋转阻力F与M的大小关系，若F≤M，判定岩屑浓度不影响钻井工作，执行步骤S5；若F>M，判定岩屑浓度影响钻井工作，执行步骤S10；

S5：控制箱(17)判断R-r-e-h-d与1.5x的大小关系，若R-r-e-h-d≥1.5x，控制箱(17)控制齿轮轴(8)伸出0.5x，执行步骤S2；若R-r-e-h-d<1.5x，执行步骤S6；

其中R为套管半径；r为中间管体(2)半径；e为偏心距；x为齿轮轴端部(802)与套管之间允许的最小距离；h为安装时齿轮轴端部(802)到中间管体(2)的距离；d为齿轮轴(8)在步骤S5和S6中伸出的总距离；

S6：控制箱(17)判断R-r-e-h-d与x的大小关系，若R-r-e-h-d>x，控制箱(17)控制齿轮轴(8)伸出R-r-e-h-d-x，执行步骤S2；若R-r-e-h-d＝x，判定齿轮轴(8)达到极限位置，齿轮轴端部(802)与套管之间保持最小距离x不动，执行步骤S2；

S7：控制箱(17)判断中间管体(2)与套管之间的距离D与R-r-0.5e的大小关系，若D>R-r-0.5e，判定叶片组件(3)处于环空高位，执行步骤S8；若D≤R-r-0.5e，判定叶片组件(3)处于环空低位，执行步骤S9；

S8：控制箱(17)控制叶片组件(3)在不触碰套管与中间管体(2)的条件下做伸缩运动，执行步骤S7；

S9：控制箱(17)将齿轮轴(8)的伸出距离调整为d，并判断钻杆旋转一周时齿轮轴(8)的旋转阻力峰值E与N的大小关系，若E≥N，控制箱(17)降低叶片组件(3)的工作转速并延长工作时间，执行步骤S3；若E<N，控制箱(17)提高叶片组件(3)的工作转速，执行步骤S3；

N为叶片组件(3)达到强度极限80％时齿轮轴(8)的旋转阻力；

S10：控制箱(17)判断齿轮轴(8)的旋转阻力F与N的大小关系，若F≥N，控制箱(17)降低叶片组件(3)的工作转速并延长工作时间，执行步骤S4；若F<N，控制箱(17)提高叶片组件(3)的工作转速，执行步骤S4。