CN202990848U - 一种无钻杆式地质钻探装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无钻杆式地质钻探装置，它是地质钻探机械。由井下动力单元、套管单元、地面综和辅助单元所构成。具体是在空心轴上设置多个相同的电动机转子，每个电动机转子都配套设置对应的定子、定子壳、轴承、密封圈以构成电动机单元体。通过外壳体把电动机单元体完全封闭以形成动力电机组件。外壳体的内部使用绝缘的液体给予填充并设置活塞杆以平衡内外的压差。外壳体与空心轴之间设置轴承和密封圈。动力电机组件设置在井底并为钻头直接提供动力扭矩，因此省掉了钻杆。井内套管底部内壁设置稳定槽，外壁设置纵向锁定翼。外壳体通过稳定翼板与稳定槽配合而获得由套管提供的反扭矩。通过封闭的、带有钢丝绳电缆为动力电机组件完成送电。

Description

一种无钻杆式地质钻探装置

（一）技术领域

本实用新型涉及地质钻探机械，具体说就是一种无钻杆式地质钻探装置。 

（二）背景技术

地质钻探是寻找地下矿藏和研究地质构造的主要手段。现有的钻探设备通常有八大系统：起升、旋转、钻井液循环、传动、控制、动力驱动、钻机底座和钻机设备系统。具体的就是井架、天车、绞车、游动滑车、大钩、动力水龙头、固相控制设备、地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备、震动筛、除砂器、除泥器、离心机和配电。其中，起升、循环和旋转系统是钻机的三大工作机组，其主要目的是通过钻杆把地面上的动力扭矩传送到井底的钻头上，通过钻头对岩石体实施破碎，破碎后的岩石块被动力水龙头所喷射的循环液带到地面，依此完成钻探作业。 

但是，当所钻探的地质深度过大时，钻杆自身在传递动力扭矩时会产生极大地变形和扭曲而影响钻探的继续进行即深度受限。同时，钻杆的造价昂贵，使用与操作极其繁琐，地面上的配套设备也过于庞大。 

现有地质钻探设备技术与方法有如下缺点与不足： 

①造价高，钻探深度受限； 

②操作繁琐，设备庞大，钻探进度缓慢。 

（三）发明内容

本实用新型的目的在于提供一种无钻杆式地质钻探装置，它改变了现有钻探技术中动力扭矩的传递方式，完全取消钻杆。 

具体是在一根空心轴上均匀地设置多个相同的电动机转子，每个电动机转子都配套设置对应的电动机定子、电动机定子壳、轴承、密封圈，它们所形成的电动机单元体在空心轴上是串联关系。 

通过外壳体把空心轴和电动机单元体完全封闭以形成动力电机组件。空心轴就是动力电机组件的动力输出轴。通过封闭的、带有钢丝线的电缆为动力电机组件完成送电。 

动力电机组件设置在井底并为钻头直接提供动力扭矩，因此省掉了钻杆。    

本实用新型的目的是这样实现的：它是由井下动力单元、套管单元和地面综和辅助单元所构成。 

1、井下动力单元是由动力电机组件、送电电缆、动力水龙头、联轴器、钻头组成。 

动力电机组件包括多个相同的电动机转子、多个相同的电动机定子、多个相同的电动机定子壳和轴承，它们经一根空心轴串联后再经外壳体完全封闭则构成动力电机组件。外壳体的内部使用绝缘的液体对所有的空隙处给予填充，外壳体与空心轴之间设置轴承和密封圈。 

外壳体的内壁面上通过若干个短柱与每一台电动机定子壳连接。空心轴的上端与外壳体的上端面一齐，空心轴的下端通过空心的联轴器与钻头连接。外壳体的上端面上设置空心短管，空心短管的内、外侧壁面上均设置螺纹。空心短管的外螺纹根据需要连接配重环，空心短管的内螺纹根据需要连接取芯装置或者是动力水龙头。 

如果是为了取得岩芯和钻探深度，则空心短管的内螺纹连接取芯装置，此时 的动力水龙头则直接插到井底；如果不需要取得岩芯而只是获得钻探深度，则空心短管的内螺纹连接动力水龙头，钻头则使用破碎式的。 

外壳体上端面左侧设置空心细管，空心细管里安置活塞杆，活塞杆的上端露出空心细管的上端口，活塞杆的下端与绝缘的液体接触以保持外壳体之内、外的压力平衡。活塞杆的两端均设置卡簧圈。  

外壳体的外壁面上设置纵向的稳定翼板，稳定翼板动配合地卡在稳定槽里。稳定槽固定在井底部套管的内壁面上，稳定槽是由长条形的金属板条与套管底部的内壁面连接后而形成的，长条形的金属板条的上端互相搭接。稳定槽的底端是封闭的。 

起保护井壁作用的套管从地面一直延伸到井底，在套管的下部之外壁面上设置若干个纵向的、呈三角形突起的锁定翼，突出套管外壁面的锁定翼卡在井壁的岩石体内，依此来增加套管和井壁之间的摩擦力。 

套管实时受到来自井壁的压力、摩擦力、自重力、以及地面上所外露的套管的锁固处理，这样可为套管提供防止在井体里产生转动的阻力。 

因此，当动力电机组件的空心轴为钻头提供扭矩时，套管则为其提供了反扭矩，钻头也就获得了的动力扭矩，依靠动力电机组件的重力对钻头施加压力，钻头则实现向地下钻进的目的。 

通过封闭的、带有钢丝线的电缆为动力电机组件完成送电。 

循环液通过动力水龙头喷出后携带着岩石碎块沿套管返回地面而实现循环。动力水龙头是供循环液通过的管道。 

钢丝绳的一端与外壳体连接，钢丝绳的另一端通过地面上的设备来控制动力电机组件的升、降及调节钻头所受到的压力的大小。 

2、套管单元的套管分为若干节: 套管是随着钻头深度的下进，从地面上的井口处陆续地接入单节的钢材质圆筒而形成的整体长筒即套管，套管从地面井口处一直延伸到井底。井体里的套管不仅起到保护井壁的作用，还对动力电机组件提供反扭矩而使钻头获得动力扭矩。 

3、地面综和辅助单元包括井口之上的全部设备组件。主要设备有：天车、绞车、游动滑车、固相控制设备、地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备、震动筛、除砂器、除泥器、离心机和配电等设备。另需配备一个控制间，根据传感器的信号来控制井底钻头的转速和钻进速度。  

（四）附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。 

图2为本实用新型的A-A截面结构示意图。 

图3为本实用新型的套管底部展开结构示意图。 

（五）具体实施方式

下面结合附图举例对本实用新型作进一步说明。 

实施例1：结合图1，为本实用新型的结构示意图。本实用新型一种无钻杆式地质钻探装置，它是由井下动力单元、套管单元和地面综和辅助单元构成。 

1、井下动力单元是由动力电机组件、送电电缆（17）、联轴器（2）、钻头（1）、动力水龙头（5）组成。 

动力电机组件是由一根空心轴（12）、外壳体（10）、多个相同的电动机转子（14）、多个相同的电动机定子（13）、多个相同的电动机定子壳（11）及轴承和密封圈构成。 

每个电动机转子（14）以串联的方式固定在空心轴（12）上并与电动机定子 （13）和电动机定子壳（11）一起形成电动机单元体。空心轴（12）是电动机单元体的传动轴。电动机单元体经外壳体（10）封闭后构成动力电机组件。空心轴（12）与外壳体（10）之间设置密封圈和轴承。外壳体（10）内部的空隙处用绝缘的液体给予填充。 

空心轴（12）的上端与外壳体（10）的上端面一齐，空心轴（12）的下端通过空心的联轴器（2）与钻头（1）连接。 

外壳体（10）的上端面处设置空心短管（19），空心短管（19）的内、外侧壁面上均设置螺纹。空心短管（19）上的内螺纹连接取芯装置或者是动力水龙头（5）。空心短管（19）上的外螺纹根据需要连接配重环。取芯装置是现有的定型设备。 

电动机单元体中的每个电动机定子壳（11）都与外壳体（10）的内侧壁通过若干个短杆连接固定。 

外壳体（10）上端面左侧所设置的空心细管内设置活塞杆（15），活塞杆（15）的底端与绝缘的液体接触，活塞杆（15）的顶端露出空心细管的顶端，活塞杆（15）的两端均设置卡簧圈。  

通过封闭的、带有钢丝绳的送电电缆（17）为动力电机组件完成送电。 

外壳体（10）的外壁面上设置纵向的稳定翼板（4），稳定翼板（4）动配合地卡在稳定槽（8）里。稳定槽（8）固定在井底部套管（3）的内壁面上，稳定槽（8）是由金属板条（20）与套管（3）底部的内壁面连接后而形成的，金属板条（20）的上端互相搭接固定。稳定槽（8）的底端是封闭的。 

传感器（9）设置在外壳体（10）的里面。动力水龙头（5）是循环液管道的总称，泥浆泵通过动力水龙头（5）把循环液送到井底。 

2、套管单元包括从地面到井底的全部套管（3）。套管（3）是由多个单节的圆筒在井口处依据钻头的下进深度，单节连接后依靠自重和压力送入井体里的长圆筒即套管（3）。套管（3）从地面井口处一直延伸到井底。 

在套管（3）的下部之外壁面上设置若干个纵向的呈三角形突起的锁定翼（6），突出套管（3）外壁面的锁定翼（6）卡在井壁（21）的岩石体（7）内，依此来增加套管（3）和井壁（21）之间的摩擦力。 

套管（3）实时受到来自井壁（21）岩石的压力、摩擦力、自重力、以及地面上所外露的套管（3）的锁固处理，这些力可阻止套管（3）在井体里转动。 

因此，当动力电机组件中的空心轴（12）为钻头（1）提供扭矩时，套管（3）则为动力电机组件提供了反扭矩，钻头（1）也就获得了动力扭矩，依靠动力电机组件的重量、配重环的重量则实现钻头（1）的钻进目的。 

3、地面综和辅助单元包括井口之上的全部设备组件（18）。主要的常规设备有：天车、绞车、游动滑车、大钩、固相控制设备、地面管汇、泥浆罐、泥浆净化设备、泥浆泵、震动筛、除砂器、除泥器、离心机和配电等。 

单独配备的钢丝绳（16）的一端与井下的外壳体（10）连接后通过地面的设备来控制动力电机组件的提升和钻头（1）所受到压力的大小调节。泥浆泵与动力水龙头（5）连接。 

实施例2：结合图2，为本实用新型的A-A截面结构示意图。本实用新型一种无钻杆式地质钻探装置。 

电动机转子（14）固定在空心轴（12）上并与电动机定子（13）和电动机定子壳（11）一起形成电动机单元体。外壳体（10）内侧壁面通过短柱与电动机定子壳（11）连接。 

外壳体（10）的外壁面上设置纵向的稳定翼板（4），稳定翼板（4）动配合地卡在凹形的稳定槽（8）里，稳定槽（8）固定在井底部套管（3）的内壁面上。套管（3）被井壁（21）包围，套管（3）的外壁面上设置若干个纵向的呈三角形突起的锁定翼（6），突出套管（3）外壁面的锁定翼（6）卡在井壁（21）的岩石体（7）内。动力水龙头（5）沿套管（3）的内壁面通过。 

实施例3：结合图3，为本实用新型的套管底部展开结构示意图。本实用新型一种无钻杆式地质钻探装置。 

稳定槽（8）之间是平行和纵向均匀排列的，稳定槽（8）是由金属板条（20）固定在套管（3）的内壁面上而形成的，金属板条（20）的上端互相搭接固定，金属板条（20）的下端封闭的。 

实施例4：结合图1，结合图2，结合图3，本实用新型提供了一种无钻杆式地质钻探装置。 

其原理是：在井底设置的动力电机组件直接为钻头提供动力扭矩，依靠井里的套管为动力电机组件提供反扭矩，因此可以省掉庞大的钻杆。 

Claims (3)

1.一种无钻杆式地质钻探装置，它是由井下动力单元、套管单元和地面综和辅助单元构成；

井下动力单元是由动力电机组件、送电电缆（17）、联轴器（2）、钻头

（1）、动力水龙头（5）组成；

动力电机组件是由一根空心轴（12）、外壳体（10）、多个相同的电动机转子（14）、多个相同的电动机定子（13）、多个相同的电动机定子壳（11）及轴承和密封圈构成；

每个电动机转子（14）以串联的方式固定在空心轴（12）上并与电动机定子（13）和电动机定子壳（11）一起形成电动机单元体；电动机单元体经外壳体（10）封闭后构成动力电机组件；空心轴（12）与外壳体（10）之间设置密封圈和轴承；外壳体（10）内部的空隙处用绝缘的液体给予填充；

空心轴（12）的上端与外壳体（10）的上端面一齐，空心轴（12）的下端通过空心的联轴器（2）与钻头（1）连接；

外壳体（10）的上端面处设置空心短管（19），空心短管（19）的内、外侧壁面上均设置螺纹；空心短管（19）上的内螺纹连接取芯装置或者是动力水龙头（5）；空心短管（19）上的外螺纹根据需要连接配重环；

电动机单元体中的每个电动机定子壳（11）都与外壳体（10）的内侧壁通过若干个短杆连接固定；

外壳体（10）上端面左侧所设置的空心细管内设置活塞杆（15），活塞杆（15）的底端与绝缘的液体接触，活塞杆（15）的顶端露出空心细管的顶端，活塞杆（15）的两端均设置卡簧圈； 

通过封闭的、带有钢丝线的送电电缆（17）为动力电机组件完成送电；

外壳体（10）的外壁面上设置纵向的稳定翼板（4），稳定翼板（4）动配合地卡在稳定槽（8）里；稳定槽（8）固定在井底部套管（3）的内壁面上，稳定槽（8）是由金属板条（20）与套管（3）底部的内壁面连接后而形成的，金属板条（20）的上端互相搭接固定；稳定槽（8）的底端是封闭的； 

套管单元包括从地面到井底的全部套管（3）；套管（3）是由多个单节的圆筒在井口处依据钻头的下进深度，单节连接后依靠自重和压力送入井体里的长圆筒即套管（3）；

套管（3）的下部之外壁面上设置若干个纵向的呈三角形突起的锁定翼（6）；

地面综和辅助单元包括井口之上的全部设备组件（18）；单独配备的钢丝绳（16）的一端与井下的外壳体（10）连接。

2.根据权利要求1所述的一种无钻杆式地质钻探装置,其特征在于：所述的动力水龙头（5）沿套管（3）的内壁面通过。

3.根据权利要求1所述的一种无钻杆式地质钻探装置,其特征在于：所述的稳定槽（8）之间是平行和纵向均匀排列的。 

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