CN219197310U - 一种可测量孔底钻进参数的钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可测量孔底钻进参数的钻具，包括钻头和钻杆，钻杆的两端分别连接钻头和钻机，还包括：套筒，套筒位于钻头内，且套筒和钻头的内周壁之间形成环形的容纳腔。测量组件位于容纳腔内，测量组件包括钻压测量桥路、扭矩测量桥路和信号传输单元。钻压测量桥路和扭矩测量桥路均连接信号传输单元，信号传输单元连接钻机。其有益效果是，钻机能够实时获知钻头处的钻压信息和扭矩信息，并根据需求通过钻杆实时调节施加在钻头上的钻压和扭矩，提高了对钻头上的钻压和扭矩的调节精度，避免钻杆发生折断等孔内事故。

Description

一种可测量孔底钻进参数的钻具

技术领域

本实用新型涉及地质勘探技术领域，尤其涉及一种可测量孔底钻进参数的钻具。

背景技术

钻具是一种钻孔勘探装置，其包括钻机、钻杆和钻头，钻机的驱动端通过短杆连接钻头。当钻机施加在钻杆上的钻压和扭矩一定时，随着钻头钻进深度的增加，钻杆传递至钻头上的钻压和扭矩逐渐减小，进而导致钻进效率降低。如果随着钻进深度的增加持续增大钻机施加在钻杆上的钻压和扭矩，易发生钻杆折断等孔内事故。

现有技术中，仅能获知钻机施加在钻杆上的钻压和扭矩数值，无法实时采集钻头承受的钻压和扭矩，仅靠经验相应调整施加在钻头上的钻压和扭矩以进行长距离的钻进。但这种钻压和扭矩的调整方式的精度较低，易造成误判，引发钻杆折断等孔内事故，从而延长施工周期并增加施工成本。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本实用新型提供一种可测量孔底钻进参数的钻具，其解决了现有技术中仅靠经验相应调整施加在钻头上的钻压和扭矩，存在钻压和扭矩的调整方式的精度较低，引发钻杆折断等孔内事故，延长施工周期并增加施工成本的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：

本实用新型实施例提供一种可测量孔底钻进参数的钻具，包括钻头、钻杆和钻机，所述钻杆的两端分别连接所述钻头和所述钻机，还包括：

套筒，所述套筒位于所述钻头内，且所述套筒和所述钻头的内周壁之间形成环形的容纳腔；

测量组件，所述测量组件位于所述容纳腔内，所述测量组件包括钻压测量桥路、扭矩测量桥路和信号传输单元；

所述钻压测量桥路和所述扭矩测量桥路均连接所述信号传输单元，所述信号传输单元连接所述钻机。

根据本实用新型，所述钻压测量桥路包括第一应变片和第二应变片，所述第一应变片的延伸方向平行于所述钻头的轴向，所述第二应变片的延伸方向垂直于所述钻头的轴向；

所述扭矩测量桥路包括第三应变片，所述第三应变片的延伸方向与所述钻头的轴向间的夹角为°。

根据本实用新型，所述第一应变片、所述第二应变片和所述第三应变片的设置数量均为多个；

多个所述第一应变片、多个第二应变片和多个所述第三应变片均沿所述容纳腔的周向等距间隔设置。

根据本实用新型，还包括：

内管总成，所述内管总成包括内管总成主体、取芯管和捞矛头(；

所述内管总成主体靠近所述钻头的一端设置所述取芯管，所述取芯管插接在所述套筒内，所述取芯管能够存储岩心；

所述内管总成主体远离所述钻头的一端设置捞矛头，所述捞矛头能够带动所述内管总成整体沿自身轴向移动；

所述内管总成主体上设置数据存储模块，所述数据存储模块连接所述主控发射模块。

根据本实用新型，所述套筒为筒体，所述套筒的第一端抵靠所述钻头的钻进端的内侧，所述套筒的第二端和所述钻头的连接端齐平；

所述可测量孔底钻进参数的钻具还包括：

扩孔器，所述扩孔器的第一端设置阶梯结构，所述阶梯结构的端面抵靠所述套筒的第二端和所述钻头的连接端；

外管，所述外管的第一端抵靠所述扩孔器的第二端；

弹卡室，所述弹卡室的第一端抵靠所述外管的第二端；

联轴器，所述联轴器的第一端和所述弹卡室的第一端连接；

所述套筒、所述扩孔器、所述外管、所述弹卡室和所述联轴器依次连通并形成容纳所述内管总成的内管总成容纳腔，所述内管总成能够沿自身轴向移动的设置在所述内管总成容纳腔内。

根据本实用新型，还包括稳定环；

所述稳定环位于所述套筒的第二端、所述扩孔器的内周壁和所述外管的第一端形成的稳定环容纳腔内，所述稳定环套设在所述取芯管的外周；所述稳定环的内周壁设置槽体，所述槽体沿所述稳定环的轴向延伸。

根据本实用新型，所述外管的第二端的内周壁设置环形槽；

所述可测量孔底钻进参数的钻具还包括：

扶正环，所述扶正环位于所述环形槽和所述弹卡室的第一端形成的扶正环容纳腔内。

根据本实用新型，所述钻杆为空心管体，所述钻杆的第一端连接所述联轴器的第二端。

根据本实用新型，所述钻头为孕镶金刚石钻头。

(三)有益效果

本实用新型的有益效果是：本实用新型的一种可测量孔底钻进参数的钻具，通过设置套筒，并将套筒设置在钻头内，且套筒和钻头的内周壁之间形成环形的容纳腔。将测量组件设置在容纳腔内，测量组件包括钻压测量桥路、扭矩测量桥路和信号传输单元。钻压测量桥路和扭矩测量桥路均连接信号传输单元，信号传输单元连接钻机。钻机能够实时获知钻头处的钻压信息和扭矩信息，并根据需求通过钻杆实时调节施加在钻头上的钻压和扭矩，提高了对钻头上的钻压和扭矩的调节精度，避免钻杆发生折断等孔内事故。

附图说明

图1为本实用新型的可测量孔底钻进参数的钻具的剖视图；

图2为钻头、套筒和测量组件的组装剖视图；

图3为图2中的A-A处示意图；

图4为钻头的示意图。

【附图标记说明】

1：钻头；11：进芯孔；12：出水槽；13：螺纹；

3：套筒；

4：密封圈；

5：测量组件；511：钻压测量桥路；5111：第一应变片；5112：第二应变片；512：扭矩测量桥路；5121：第三应变片；52：信号传输单元；521：传感器电路模块；522：主控发射模块；53：导线；54：电源；

6：内管总成；60：内管总成主体；61：数据存储模块；62：捞矛头；63：取芯管；

71：扩孔器；72：外管；73：稳定环；74：弹卡室；75：扶正环；76：联轴器。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。其中，本文所提及的“左”、“右”等方位名词以图1的定向为参照。

参见图1-4，本发明提供一种可测量孔底钻进参数的钻具，钻进参数包括钻压和扭矩。本可测量孔底钻进参数的钻具包括钻头1、钻杆、套筒3和测量组件5。

钻杆的两端分别连接钻头1和钻机。钻机通过钻杆向钻头1施加钻压和扭矩，以驱动钻头1钻进。套筒3位于钻头1内，且套筒3和钻头1的内周壁之间形成环形的容纳腔。测量组件5位于容纳腔内，测量组件5包括钻压测量桥路511、扭矩测量桥路512和信号传输单元52。钻压测量桥路511和扭矩测量桥路512均连接信号传输单元52，信号传输单元52连接钻机。钻压测量桥路511能够采集钻头1的钻压并将钻压信息传输至信号传输单元52，扭矩测量桥路512能够采集钻头1的扭矩并将扭矩信息传输至信号传输单元52，信号传输单元52能够将钻压信息和扭矩信息传输至钻机。

在钻头1的钻进过程时，钻压测量桥路511能够实时采集钻头1承受的钻压，扭矩测量桥路512能够实时采集钻头1承受的扭矩，进而由钻压测量桥路511将钻压信息传输至信号传输单元，扭矩测量桥路512将扭矩信息传输至信号传输单元52，并由信号传输单元52将钻压信息和扭矩信息传输至钻机，钻机能够实时获知钻头1处的钻压信息和扭矩信息，并根据需求通过钻杆实时调节施加在钻头1上的钻压和扭矩，提高了对钻头1上的钻压和扭矩的调节精度，避免钻杆发生折断等孔内事故，且适用于钻具的长距离钻进。同时，由套筒3将测量组件5集成在钻头1上，方便加工装卸，且成本较低。

具体地，钻压测量桥路511包括第一应变片5111和第二应变片5112。

第一应变片5111的延伸方向平行于钻头1的轴向。第二应变片5112的延伸方向垂直于钻头1的轴向。由第一应变片5111和第二应变片5112采集钻头1所承受的钻压，钻压的方向与钻头1的轴向一致。当钻头1承受钻压时，第一应变片5111和第二应变片5112均会发生形变，第一应变片5111和第二应变片5112形变产生的包含钻压信息的电信号均传输至信号传输单元52。

优选地，第一应变片5111和第二应变片5112的设置数量均为多个。多个第一应变片5111和多个第二应变片5112均沿容纳腔的周向等距间隔设置，分别将多个第一应变片5111和多个第二应变片5112所采集的钻压信息进行数值计算，以抵消温度、弯矩等干扰因素的影响，提高钻压信息的测量精度。

更优选地，第一应变片5111和第二应变片5112的设置数量均为偶数个，以在计算钻压信息的数值时，相对设置的两个第一应变片5111以及相对设置的第二应变片5112均能够相互抵消温度、弯矩等干扰因素的影响，提高钻压信息的测量精度。为便于安装，第一应变片5111和第二应变片5112的设置数量均为四个。

具体地，扭矩测量桥路512包括第三应变片5121。

第三应变片5121的延伸方向与钻头1的轴向间的夹角为45°。由第三应变片5121采集钻头1所承受的扭矩。当钻头1承受扭矩时，第三应变片5121能够发生形变并能将形变产生的包含扭矩信息的电信号均传输至信号传输单元52。

优选地，第三应变片5121的设置数量均为多个。多个第三应变片5121沿容纳腔的周向等距间隔设置，将多个第三应变片5121所采集的扭矩信息进行相应数值计算，以抵消温度、弯矩等干扰因素的影响，提高扭矩信息的测量精度。

更优选地，第三应变片5121的设置数量为偶数个，以在计算扭矩信息的数值时，相对设置的两个第三应变片5121能够相互抵消温度、弯矩等干扰因素的影响，提高扭矩信息的测量精度。为便于安装，第三应变片5121的设置数量为四个。

进一步，第一应变片5111、第二应变片5112和第三应变片5121沿容纳腔的轴向间隔设置。

进一步，第一应变片5111、第二应变片5112和第三应变片5121粘贴在钻头1的内周壁上。

进一步，信号传输单元52包括传感器电路模块521和主控发射模块522。

传感器电路模块521包括信号调理电路、单片机集成电路、二次转换电路、数据存储芯片。信号调理电路能够接受并放大钻压测量桥路511传输的钻压信息以及扭矩测量桥路512传输的扭矩信息，并将放大后的钻压信息和扭矩信息传输至单片机集成电路进行信号处理，单片机集成电路将经信号处理后的钻压信息和扭矩信息传输至二次转换电路进行信号转换，二次转换电路将信号转换后的钻压信息和扭矩信息传输至数据存储芯片存储，二次转换电路能将信号转换后的钻压信息和扭矩信息经主控发射模块522传输至钻机，以使钻机获知钻头1处的钻压和扭矩。

进一步，钻压测量桥路511和扭矩测量桥路512分别通过导线53连接传感器电路模块521，传感器电路模块521通过导线53和主控发射模块522连接。

进一步，测量组件5还包括电源54。电源54通过导线53连接第一应变片5111、第二应变片5112、第三应变片5121、传感器电路模块521和主控发射模块522，以向上述部件供电。

进一步，套筒3为筒体。套筒3的轴向截面为对称的两个L型。套筒3的第一端抵靠钻头1的钻进端的内侧，套筒3的第二端和钻头1的连接端齐平。套筒3的第一端和钻头1的钻进端之间以及套筒3的第二端和钻头1的连接端之间均设置密封圈4，密封圈4用于密封套筒3和钻头1连接处的封闭，以保证套筒3和钻头1的内周壁之间形成的环形的容纳腔的密封性。

进一步，本可测量孔底钻进参数的钻具还包括内管总成6。

内管总成6包括内管总成主体60和取芯管63。内管总成主体60靠近钻头1的一端设置取芯管63，取芯管63插接在套筒3内，取芯管63用于存储岩心。内管总成主体60远离钻头1的一端设置捞矛头62，捞矛头62能够带动内管总成6整体沿自身轴向移动以打捞内管总成6整体。

当本可测量孔底钻进参数的钻具钻进地层时，岩土由钻头1进入取芯管63内，取芯管63存储岩土形成的岩心。

具体地，内管总成主体60上设置数据存储模块61。数据存储模块61连接主控发射模块522。数据存储模块61能够接受并存储主控发射模块522传输的信号转换后的钻压信息和扭矩信息，数据存储模块61还能供工作人员读取钻头1的钻压信息和扭矩信息。

进一步，可测量孔底钻进参数的钻具还包括扩孔器71、外管72、弹卡室74和联轴器76。

扩孔器71的第一端设置阶梯结构，阶梯结构的端面抵靠套筒3的第二端和钻头1的连接端，以对套筒3轴向定位，保证套筒3和钻头1的内周壁之间形成的环形的容纳腔的密封性。外管72的第一端抵靠扩孔器71的第二端。外管72的第二端抵靠弹卡室74的第一端。弹卡室74的第二端和联轴器76的第一端连接。联轴器76的第二端和钻杆的第一端连接。

套筒3、扩孔器71、外管72、弹卡室74和联轴器76依次连通并形成容纳内管总成6的内管总成容纳腔，内管总成6能够沿自身轴向移动的设置在内管总成容纳腔内。弹卡室74的内周壁和内管总成主体60上的弹卡配合作业，用于限定内管总成沿自身轴向向右移动的位置。

捞矛头62能够带动内管总成6整体沿自身轴向移动并脱离内管总成容纳腔以打捞内管总成6整体，取出取芯管63内存储的岩心后，再次将内管总成6送入内管总成容纳腔内。通过捞矛头62打捞内管总成6整体时，能够由数据存储模块61读取钻压信息和扭矩信息。

进一步，可测量孔底钻进参数的钻具还包括稳定环73。

稳定环73位于套筒3的第二端、扩孔器71的内周壁和外管72的第一端形成的稳定环容纳腔内，稳定环容纳腔用于对稳定环73轴向定位。稳定环73套设在取芯管63的外周，稳定环73用于限定取芯管63的径向位置。稳定环73的内周壁设置槽体，槽体沿稳定环73的轴向延伸，槽体用于供钻井液流通。外管72的第二端的内周壁设置环形槽。

进一步，可测量孔底钻进参数的钻具还包括扶正环75。

扶正环75位于外管72的环形槽和弹卡室74的第一端形成的扶正环容纳腔内，扶正环容纳腔内用于对扶正环75进行轴向定位。扶正环75套设在内管总成6的内管总成主体60的外周，扶正环75和内管总成主体60的外周上的锥面结构配合，用于限定内管总成6沿自身轴向向左移动的位置。在弹卡室74和扶正环75对内管总成6左右移动位置的限定下，能够避免内管总成6沿自身轴向窜动。

具体地，外管72的第一端设置阶梯结构，阶梯结构的端面抵靠扩孔器71的第二端，阶梯结构的侧壁和扩孔器71第二端的内周壁螺纹连接。弹卡室74的第一端设置阶梯结构，阶梯结构的端面抵靠外管72的第二端，阶梯结构的侧壁和外管72第二端的内周壁螺纹连接。联轴器76的第一端设置阶梯结构，阶梯结构的端面弹卡室74的第二端，阶梯结构的侧壁和弹卡室74第二端的内周壁螺纹连接。

进一步，主控发射模块522向钻机传输钻压信息和扭矩信息的方式包括如下两种类型：

第一种类型：主控发射模块522通过导线53将钻压信息和扭矩信息传输至钻机。套筒3、扩孔器71、外管72、弹卡室74和联轴器76上均设置沿各自轴向延伸的导线孔，导线孔用于穿设主控发射模块522和钻机之间的导线53。

第二种类型：主控发射模块522通过电磁波、泥浆脉冲等无线传输方式将钻压信息和扭矩信息传输至钻机。

进一步，钻杆为空心管体。钻杆的第一端连接联轴器76的第二端。

进一步，钻头1为孕镶金刚石钻头，孕镶金刚石钻头沿钻头的轴向设置多层金刚石，钻头1的掘进端的端面磨损后，钻头1内部的金刚石能够继续钻进，延长了钻头1的使用寿命。

具体地，钻头1的中心设置进芯孔11，进芯孔11连通取芯管63，钻头1钻进时岩土能够由进芯孔11进入取芯管63内。

钻头1的的钻进端的唇面为宽马蹄形，其上设置多列出水槽组，多列出水槽组沿钻头1的周向间隔设置，每列出水槽组包括多个出水槽12，多个出水槽12沿钻头1的径向间隔设置，该设置方式的出水槽12利于排渣。钻进时的钻井液能够依次流经内管总成6和联轴器76之间的间隙、内管总成6和弹卡室74之间的间隙、内管总成6和扶正环75之间的间隙、内管总成6和外管72之间的间隙、稳定环73上的槽体、内管总成6和套筒3之间的间隙、钻头1上的进芯孔11以及出水槽12排出。

稳定环73上的槽体、进芯孔11和出水槽12后排出。

钻头1的连接端的周向设置螺纹13，扩孔器71的阶梯结构的侧壁和钻头1的连接端螺纹连接。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，是指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行改动、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种可测量孔底钻进参数的钻具，包括钻头(1)和钻杆，所述钻杆的两端分别连接所述钻头(1)和钻机，其特征在于，还包括：

套筒(3)，所述套筒(3)位于所述钻头(1)内，且所述套筒(3)和所述钻头(1)的内周壁之间形成环形的容纳腔；

测量组件(5)，所述测量组件(5)位于所述容纳腔内，所述测量组件(5)包括钻压测量桥路(511)、扭矩测量桥路(512)和信号传输单元(52)；

所述钻压测量桥路(511)和所述扭矩测量桥路(512)均连接所述信号传输单元(52)，所述信号传输单元(52)连接所述钻机。

2.如权利要求1所述的可测量孔底钻进参数的钻具，其特征在于，

所述钻压测量桥路(511)包括第一应变片(5111)和第二应变片(5112)，所述第一应变片(5111)的延伸方向平行于所述钻头(1)的轴向，所述第二应变片(5112)的延伸方向垂直于所述钻头(1)的轴向；

所述扭矩测量桥路(512)包括第三应变片(5121)，所述第三应变片(5121)的延伸方向与所述钻头(1)的轴向间的夹角为45°。

3.如权利要求2所述的可测量孔底钻进参数的钻具，其特征在于，

所述第一应变片(5111)、所述第二应变片(5112)和所述第三应变片(5121)的设置数量均为多个；

多个所述第一应变片(5111)、多个第二应变片(5112)和多个所述第三应变片(5121)均沿所述容纳腔的周向等距间隔设置。

4.如权利要求1所述的可测量孔底钻进参数的钻具，其特征在于，还包括：

内管总成(6)，所述内管总成(6)包括内管总成主体(60)、取芯管(63)和捞矛头(62；

所述内管总成主体(60)靠近所述钻头(1)的一端设置所述取芯管(63)，所述取芯管(63)插接在所述套筒(3)内，所述取芯管(63)能够存储岩心；

所述内管总成主体(60)远离所述钻头(1)的一端设置捞矛头(62)，所述捞矛头(62)能够带动所述内管总成(6)整体沿自身轴向移动；

所述内管总成主体(60)上设置数据存储模块(61)，所述数据存储模块(61)连接主控发射模块(522)。

5.如权利要求4所述的可测量孔底钻进参数的钻具，其特征在于，所述套筒(3)为筒体，所述套筒(3)的第一端抵靠所述钻头(1)的钻进端的内侧，所述套筒(3)的第二端和所述钻头(1)的连接端齐平；

所述可测量孔底钻进参数的钻具还包括：

扩孔器(71)，所述扩孔器(71)的第一端设置阶梯结构，所述阶梯结构的端面抵靠所述套筒(3)的第二端和所述钻头(1)的连接端；

外管(72)，所述外管(72)的第一端抵靠所述扩孔器(71)的第二端；

弹卡室(74)，所述弹卡室(74)的第一端抵靠所述外管(72)的第二端；

联轴器(76)，所述联轴器(76)的第一端和所述弹卡室(74)的第一端连接；

所述套筒(3)、所述扩孔器(71)、所述外管(72)、所述弹卡室(74)和所述联轴器(76)依次连通并形成容纳所述内管总成(6)的内管总成容纳腔，所述内管总成(6)能够沿自身轴向移动的设置在所述内管总成容纳腔内。

6.如权利要求5所述的可测量孔底钻进参数的钻具，其特征在于，

所述主控发射模块(522)通过导线(53)和所述钻机连接；所述套筒(3)、所述扩孔器(71)、所述外管(72)、所述弹卡室(74)和所述联轴器(76)上均设置沿各自轴向延伸的导线孔，所述导线孔用于穿设所述主控发射模块(522)和所述钻机之间的所述导线(53)；

或者，所述内管总成主体(60)上设置数据存储模块(61)，所述数据存储模块(61)连接所述主控发射模块(522)。

7.如权利要求5所述的可测量孔底钻进参数的钻具，其特征在于，还包括稳定环(73)；

所述稳定环(73)位于所述套筒(3)的第二端、所述扩孔器(71)的内周壁和所述外管(72)的第一端形成的稳定环容纳腔内，所述稳定环(73)套设在所述取芯管(63)的外周；所述稳定环(73)的内周壁设置槽体，所述槽体沿所述稳定环(73)的轴向延伸。

8.如权利要求5所述的可测量孔底钻进参数的钻具，其特征在于，所述外管(72)的第二端的内周壁设置环形槽；

所述可测量孔底钻进参数的钻具还包括：

扶正环(75)，所述扶正环(75)位于所述环形槽和所述弹卡室(74)的第一端形成的扶正环容纳腔内。

9.如权利要求6所述的可测量孔底钻进参数的钻具，其特征在于，所述钻杆为空心管体，所述钻杆的第一端连接所述联轴器(76)的第二端。

10.如权利要求1所述的可测量孔底钻进参数的钻具，其特征在于，所述钻头(1)为孕镶金刚石钻头。

Images