专利名称：一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，属于钻探 领域。
技术背景众所周知，在回转钻进的基础上叠加一定的冲击功，能够实现冲击回转钻进 能够大幅度提高钻探效率。目前实现冲击的关键设备是冲击器，传统的液动或气 动冲击器由于结构复杂、现场组装技术要求高等因素，现场使用不够理想，且传 统冲击器冲击功和冲击频率不可调，在生产实践中采用的传统钻进方法与钻探冲 击系统不能适应不同地层条件的需要，一旦下钻就很难按不同的地层的需要调节 冲击功和冲击频率。 发明内容为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于孔底涡轮供电的电动冲 击钻探装置，不仅结构简单、调试使用方便、制造成本低、易于维护、可以调节 冲击频率，而且针对不同岩层，只需要利用地表脉冲发生器产生一定的指令即可 达到调节冲击功和冲击频率的目的。实现本发明目的采用的技术方案是一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，至少包括孔底钻头、岩心管、钻杆柱、软管和地表钻探泵，孔底钻头通过岩心管与钻杆柱的一端连接，钻杆柱的另一端通过水龙头与软管的一端连接，软管的另一端与地表钻探泵连接，地表钻探泵通过吸水管与水池连接，其特征在于钻杆柱上设有电动冲击钻具和涡轮发电机组，软管上设有脉冲发生器，脉冲发生器的出水端与软管相连，脉冲发生器的进水端与地表钻探泵连接。所述的电动冲击钻具至少包括压力传感器、信号采集与控制模块、直线电机驱动器、直线电机初级、电机密封筒、直线电机次级、球铰、冲锤、铁砧、下接头，压力传感器通过信号采集与控制模块与直线电机驱动器连接，直线电机初级和直线电机次级的上端密封于电机密封筒内，直线电机次级的下端通过球绞与冲锤链接，铁砧位于电动冲击钻具的底端，通过六方套与下接头固定连接，下接头与通过钻杆柱与岩心管连接，其中球绞处安装防脱销钉防止连接脱落。 所述的涡轮发电机组至少包括涡轮发电机、涡轮发电机固定筒和导线，涡 轮发电机组通过上接头与钻杆柱连接，涡轮发电机外围设有涡轮发电机固定筒， 涡轮发电机通过导线与信号采集与控制模块连接。导线中间设有水密接头。所述的电动冲击钻具和涡轮发电机组外面设有外壳。所述的脉冲发生器至少包括键盘、单片机和电磁阀，键盘上至少设有启动键、 调频键、停止键、设置键、调功键、加大键和减小键。通过控制电磁阀的开与关， 达到调节钻井循环液(泥浆)的压力，再配合电磁阀打开或关闭的时间长短可以 编制出不同脉冲信号。脉冲发生器产生脉冲后由电动冲击钻具内的信号采集模块 采集脉冲数据，通过解析达到控制电动冲击钻具的启动与停止，也可控制调节电 动冲击钻具的冲击功和冲击频率。所述的软管的进水口设有压力表，且压力表位于水龙头与脉冲发生器之间。与现有技术相比，本发明采用上述结构，其结构简单，把孔底涡轮发电机组 和电动冲击钻具作为整个装置的一部分，与钻杆柱一起下入钻孔内，通过地表脉 冲发生器和电动冲击钻具内的信号采集模块的相互协作，利用孔内的孔底涡轮发 电机组作为动力源，达到孔底冲击钻进的目的。本装置对于不同岩层，只需要利 用地表脉冲发生器产生一定的指令即可达到调节冲击功和冲击频率的目的，而不 需要提钻调节，从而克服了传统冲击器冲击功和冲击频率不可调或提钻调节的缺 陷，提高了冲击钻进的可靠性和效率，用于岩层复杂的冲击钻探。
图l是本发明结构示意图。图2是本发明涡轮发电机组、电动冲击钻具结构示意图。图3是A-A向剖视图。图4是B-B向剖视图。图5是C-C向剖视图。图6是本发明的脉冲发生器结构示意图。图中l孔底钻头，2岩心管，3电动冲击钻具，4涡轮发电机组，5钻孔， 6钻杆柱，7水龙头，8软管，9压力表，IO脉冲发生器，ll地表钻探泵，12吸 水管，13水池，14上接头，15涡轮发电机，16涡轮发电机固定筒，17外壳； 18导线，19水密接头，20压力传感器，21信号采集与控制模块，22直线电机 驱动器，23电机初级，24电机密封筒，25电机次级，26球铰，27防脱销钉， 28冲锤，29铁砧，30下接头，3L启动键，32.调频键，33停止键，34.设置键， 35.调功键，36.加大键，37.减小键，38.单片机，39.电磁阀，40.键盘。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探 装置至少包括孔底钻头l、岩心管2、钻杆柱6、软管8、和地表钻探泵ll，孔 底钻头1通过岩心管2与钻杆柱6的一端连接，钻杆柱6的另一端通过水龙头7 与软管8的一端连接，软管8的另一端与地表钻探泵11连接，地表钻探泵11 通过吸水管12与水池13连接，钻杆柱6上设有电动冲击钻具3和涡轮发电机组 4，软管8上设有脉冲发生器10，脉冲发生器10的出水端与软管8相连，脉冲 发生器10的进水端与地表钻探泵11连接，地表钻探泵11的吸水管12与水池 13相连。软管8进水端设有压力表9，且压力表9位于水龙头7与脉冲发生器 IO之间。如图2所示的涡轮发电机组4和电动冲击钻具3的结构示意图，涡轮发电机 组4通过上接头14与钻杆柱6连接，涡轮发电机15外围设有涡轮发电机固定筒 16，涡轮发电机15通过导线18与信号采集与控制模块21连接，导线18中间设 有水密接头19。压力传感器20通过信号采集与控制模块21与直线电机驱动器 22连接，直线电机外壳23和直线电机动子25的上端密封于电机密封筒24内， 直线电机次级25的下端通过球绞26与冲锤28链接，并在球绞26处安装防脱 销钉27，铁砧29位于电动冲击钻具3的底端，通过六方套与下接头30连接， 下接头30通过钻杆柱6与岩心管2连接。电动冲击钻具3和涡轮发电机组4外 面设有外壳17。如图3所示的脉冲发生器(10)至少包括键盘40、单片机38和电磁阀39， 键盘40上设有启动键31、调频键32、停止键33、设置键34、调功键35、加大 键36和减小键37。本发明按以下方式工作将孔底钻头1通过岩心管2、电动冲击钻具3和涡轮发电机组4 一起下入钻 孔5内。电动冲击钻具3内的信号采集与控制模块21通过压力传感器20采集脉 冲发生器10产生的脉冲数据，如果是启动脉冲信号，信号采集与控制模块21
接通直线电机驱动器22的电源(涡轮发电机组4)，驱动直线电机驱动器22使 电动冲击钻具3开始工作，如果是停止脉冲信号，信号采集与控制模块21断开 直线电机驱动器22的电源(涡轮发电机组4)，使电动冲击钻具3停止工作，如 果是调节电动冲击钻具冲击频率或冲击功的脉冲信号，信号采集与控制模块21 调节直线电机驱动器22对直线电机初级23的供电电流和供电频率，从而调节电 动冲击钻具3的冲击功和冲击频率。当遇到需要冲击钻进的岩层时，点击脉冲发 生器键盘40的启动键31,脉冲发生器10开始按设定好的编码规则产生一组启 动指令，电动冲击钻具3内的信号采集与控制模块21采集原始孔底泥浆压力， 之后信号采集与控制模块21通过压力传感器20采集到启动指令，开始接通直线 电机驱动器22的电源，驱动直线电机次级25运动，当岩层的岩性需要调节到一 定冲击频率时，点击脉冲发生器键盘40的调频键32，之后通过脉冲发生器键盘 40的加大键36或减小键37调节冲击频率，调节完毕后脉冲发生器再次产生一 组泥浆脉冲，这次的编码是按照调频编码规则编制，信号采集与控制模块21通 过压力传感器20采集到改变调频指令数据后，控制直线电机驱动器22对直线电 机初级23供电的频率，以达到控制直线电机次级25的往复运动频率，从而改变 冲击钻具3的冲击频率。同样如果欲调节冲击功，点击脉冲发生器键盘40的调 功键35，之后通过脉冲发生器10键盘的加大键36或减小键37调节冲击功，调 节完毕后脉冲发生器产生一组泥浆脉冲，这次的编码是按照调功编码规则编制， 信号采集与控制模块21通过压力传感器20采集到改变调频指令数据后，控制直 线电机驱动器22对直线电机初级23的供电电流，以达到控制直线电机次级25 的往复运动速度，从而改变冲击钻具的冲击功，冲击钻进完毕后，点击脉冲发生 器键盘40的停止键33，脉冲发生器10开始按设定好的编码规则产生一组停止 指令，电动冲击钻具3内的信号采集与控制模块21通过压力传感器20采集到停 止指令，开始断开直线电机驱动器22的电源，基于孔底涡轮发电机组供电的电 动冲击钻探装置停止工作。
权利要求
1. 一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，至少包括孔底钻头(1 )、 岩心管(2)、钻杆柱(6)、软管(8)和地表钻探泵(11)，孔底钻头(1)通 过岩心管(2)与钻杆柱(6)的一端连接，钻杆柱(6)的另一端通过水龙头(7)与软管(8)的一端连接，软管(8)的另一端与地表钻探泵连接，地表 钻探泵通过吸水管与水池连接，其特征在于钻杆柱(6)上设有电动冲击钻 具(3)和涡轮发电机组(4)，软管(8)上设有脉冲发生器(10)，脉冲发生器(10) 的出水端与软管(8)相连，脉冲发生器(10)的进水端与地表钻探泵(11) 连接。
2. 根据权利要求1所述一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，其 特征是电动冲击钻具(3)至少包括压力传感器(20)、信号采集与控制模块(21)、直线电机驱动器(22)、直线电机初级(23)、电机密封筒(24)、直线 电机次级(25)、球铰(26)、冲锤(28)、铁砧(29)和下接头(30)，压力传 感器(20)通过信号采集与控制模块(21)与直线电机驱动器(22)连接，直 线电机初级(23)和直线电机次级(25)的上端密封于电机密封筒(24)内， 直线电机次级(25)的下端通过球绞(26)与冲锤(28)链接，铁砧(29)位 于电动冲击钻具(3)的底端，通过六方套与下接头(30)固定连接，下接头(30)通过钻杆柱(6)与岩心管(2)连接。
3. 根据权利要求1所述一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，其 特征是涡轮发电机组(4)至少包括涡轮发电机(15)、涡轮发电机固定筒(16) 和导线(18)，涡轮发电机组(4)通过上接头(14)与钻杆柱(6)连接，涡 轮发电机(15)外围设有涡轮发电机固定筒(16)，涡轮发电机(15)通过导线(18) 与信号采集与控制模块(21)连接。
4. 根据权利要求1所述一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，其 特征是脉冲发生器(10)至少包括键盘(40)、单片机(38)和电磁阀(39)， 键盘(40)上设有启动键(31)、调频键(32)、停止键(33)、设置键(34)、 调功键(35)、加大键(36)、减小键(37)。
5. 根据权利要求1所述一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，其 特征是球绞(26)处安装防脱销钉(27)。
6. 根据权利要求1所述一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，其 特征是软管(8)的进水口处装有压力表(9)，且压力表(9)位于水龙头(7) 与脉冲发生器(10)之间。
7. 根据权利要求1所述一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，其 特征是电动冲击钻具(3)和涡轮发电机组(4)外面设有外壳(17)。
8. 根据权利要求3所述一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，其 特征是导线(18)中间设有水密接头(19)。
全文摘要
本发明公开了一种基于孔底涡轮发电机组供电的电动冲击钻探装置，它至少包括孔底钻头、岩心管、钻杆柱、软管和地表钻探泵。孔底钻头通过岩心管与钻杆柱的一端连接，钻杆柱的另一端通过水龙头与软管的一端连接，软管的另一端与地表钻探泵连接，地表钻探泵通过吸水管与水池连接，钻杆柱上设有电动冲击钻具和涡轮发电机组，软管上设有脉冲发生器，脉冲发生器的出水端与软管相连，脉冲发生器的进水端与地表钻探泵连接。本发明提供的装置不仅结构简单、调试使用方便、制造成本低、易于维护、可以调节冲击频率，而且针对不同岩层，只需要利用地表脉冲发生器产生一定的指令即可达到调节冲击功和冲击频率的目的。
文档编号E21B6/00GK101144369SQ20071005373
公开日2008年3月19日 申请日期2007年11月2日 优先权日2007年11月2日
发明者卢春华, 翔 吴, 涛 张, 王荣璟, 蒋国盛, 鄢泰宁, 陆洪智 申请人:中国地质大学(武汉)