勘探井气动钻探装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了勘探井气动钻探装置，包括钻井钻头、与钻井钻头配套的气动机驱动机构和气压输出机构、地面上的控制机构，以及连接在气动机驱动机构上方的气压推动机构、锚定机构；所述的气压推动机构为由外缸体和气压活塞体组成的中空结构的伸缩气压缸套，其外缸体内设有环形活塞腔，环形气压活塞与环形活塞腔轴向伸缩配合，环形气压活塞的伸出端设有与外缸体等径的伸缩缸体；所述的锚定机构是由前后两组锚定块组成，并通过活塞与径向活塞腔伸缩配合。该装置通过气压推动机构和锚定机构的配合实现相对伸缩运动，并推动装置前进和钻压施加，通过钻头和气动机驱动机构实现装置破岩。
【专利说明】勘探井气动钻探装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及钻井勘探装置领域，具体是一种应用于石油钻井、地质勘探领域的勘探井气动钻探装置。
【背景技术】
[0002]当前钻井勘探过程中主要使用钻机钻井，然后进行井下地质勘探测量。其中钻机设备体积大，搬运、安装费时费力，自动化程度低，钻井费用高，钻探风险大。
[0003]为了解决钻机钻井的问题，相继出现了自动化程度较高的勘探井眼钻探技术，主要包括超小井眼钻井技术、光能钻井技术。其中，超小井眼钻井技术的基础是小型化了的连续软管钻井技术；光能钻井技术是一种采用磁相干辐射光源，能够将电能、化学能以及热能转化为光能，光能被聚集成强烈光束，破碎并伴随熔化和蒸发岩石。这些方式虽然自动化程度提高了，但是设备投入大，设备维护和保养成本高，造成总体钻探成本提高。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于是针对现有技术存在的问题，为独立完成石油钻井地质勘探而提供一种低成本、安全、方便快捷的勘探井气动钻探装置。
[0005]本实用新型的技术方案是。
[0006]勘探井气动钻探装置，包括钻井钻头、与钻井钻头配套的气动机驱动机构和气压输出机构、地面上的控制机构，所述的气压输出机构包括气压机、气压换向机构和高压输气管线，所述的控制机构包括气压输出机构供电控制和气压换向机构换向控制，其特征是:还包括连接在气动机驱动机构上方的气压推动机构、锚定机构；所述的气压推动机构为由外缸体和气压活塞体组成的中空结构的伸缩气压缸套，其外缸体内设有环形活塞腔，环形气压活塞与环形活塞腔轴向伸缩配合，环形气压活塞的伸出端设有与外缸体等径的伸缩缸体；所述的锚定机构是由前后两组锚定块组成，其中前组锚定块是由2个以上锚定块间隔分布在伸缩缸体外周边，并通过活塞与伸缩缸体上设置的径向活塞腔伸缩配合；后组锚定块是由2个以上锚定块间隔分布在外缸体外周边，并通过活塞与外缸体上设置的径向活塞腔伸缩配合；两组锚定块的径向活塞、气动机驱动机构以及外缸体内的环形活塞腔分别通过各自高压输气管线连接到气压换向机构上。
[0007]上述方案还包括设置在气压推动机构上部的井深测量仪和传输电缆，以及与传输电缆连接的显示器。所述钻头为？IX:钻头或者牙轮钻头。
[0008]本实用新型钻探装置采用气动机驱动机构与气压推动机构、锚定机构联动步进工作方式，一是结构紧凑、占用空间小，省略了地面井架结构；二是井下动力全部采用气动方式(高压气源),既节约了设备投入和设备维护费用，也简化了地面控制的手段，更有利于自动化控制的实现；三是井下钻探过程无动力电所产生的电磁干扰，更利于钻探与井下测量同步进行，解决了其它带电驱动方式同步钻井与测量的电磁干扰问题；四是可携带多种地层参数测量装置，实现对地层参数的测量从而完成勘探任务。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为一种勘探井气动钻探装置结构示意图。
[0010]图中标记:1-控制机构；2-气压输出机构；3、4、9、15-高压输气管线；5-井深测量仪；6-外缸体；7-后锚定块；8、16-气缸嘴；10-环形活塞腔套；11-伸缩缸体；12-前锚定块；13-传输电缆；14、18-活塞；17-环形气压活塞；19-气动机进气嘴；20-气动机驱动机构；21-钻井钻头。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步的详细说明。
[0012]参见图1，勘探井气动钻探装置，包括钻井钻头21和气动机驱动机构20，以及固连在气动机驱动机构20上方的气压推动机构、锚定机构和气压输出机构2、地面控制机构1。
[0013]气压推动机构为由外缸体6和气压活塞体组成的中空结构的伸缩气压缸,其外缸体6的环形活塞腔套10内设有环形活塞腔，环形气压活塞17与环形活塞腔套10轴向伸缩配合，环形气压活塞17的伸出端设有与外缸体6等径的伸缩缸体11。
[0014]锚定机构是由前后两组锚定块组成，其中前组锚定块是由四个前锚定块12间隔分布在伸缩缸体11外周边，每个前锚定块12由活塞18和锚定块组成I型结构，并通过活塞18与伸缩缸体11上设置的径向活塞腔径向伸缩配合；后组锚定块是由四个后锚定块7间隔分布在外缸体6外周边，每个后锚定块7由活塞14和锚定块组成I型结构，并通过活塞14与外缸体6上设置的径向活塞腔径向伸缩配合。两组锚定块的径向活塞腔以及外缸体6内的环形活塞腔分别通过各自的气缸嘴8、16连接到高压输气管，最终连接到气压输出机构2。
[0015]气压输出机构2包括气压机、气压换向机构。
[0016]上述实施例中，为了满足钻探和数据测量同步进行的需要，在气压推动机构上部设置井深测量仪5和其它测量系统、传输系统。测量系统为一个独立的地层测量模块，主要安装为实现对地层的勘探目标的各种传感器或测量系统，例如井斜、方位测量系统，伽马、电阻率测量系统，这些可依次沿轴向联结，组成测量仪器串，测量仪器串长度不受限制，上端联结传输系统，下端联结气压推动机构的外缸体。传输系统包括动力电缆和通讯数据传输电缆。
[0017]控制机构包括为气压输出机构提供电力的电源和控制气压换向机构运转的控制系统，以及与测量系统、气压输出机构联动的控制系统。控制系统可以直接采用已有的控制软件实现自动控制。
[0018]气动机驱动装置19优选大功率大扭矩气动马达；钻头21优选钻头或者牙轮钻头。
[0019]工作原理是，装置接受地面控制机构指令向下钻进时，后锚定块伸出撑在地层上，实现外缸体固定，系统加压驱动伸缩缸体向下施加轴向压力，经气动机驱动机构传递至钻头破岩钻进。伸缩缸体行程到底后，前锚定块伸出，锚定在地层上，后锚定块收回，气压系统抽吸，外缸体向钻头方向移动，回至初始状态，后锚定块伸出，前锚定块缩回，循环往复。不断重复这个过程，钻探装置可实现在地层中向下钻进的效果。钻探装置内安装的测量系统可为实时测量地下相关参数系统，当需要某一点的详细或多次重复数据时，可由地面控制机构向自动钻探装置发出指令，前、后锚定块均伸出锚住地层，实现自动钻探装置的稳定，并进行长时间稳态地层测量。
【权利要求】
1.勘探井气动钻探装置，包括钻井钻头、与钻井钻头配套的气动机驱动机构和气压输出机构、地面上的控制机构，所述的气压输出机构包括气压机、气压换向机构和高压输气管线，所述的控制机构包括气压输出机构供电控制和气压换向机构换向控制，其特征是:还包括连接在气动机驱动机构上方的气压推动机构、锚定机构；所述的气压推动机构为由外缸体和气压活塞体组成的中空结构的伸缩气压缸套，其外缸体内设有环形活塞腔，环形气压活塞与环形活塞腔轴向伸缩配合，环形气压活塞的伸出端设有与外缸体等径的伸缩缸体；所述的锚定机构是由前后两组锚定块组成，其中前组锚定块是由2个以上锚定块间隔分布在伸缩缸体外周边，并通过活塞与伸缩缸体上设置的径向活塞腔伸缩配合；后组锚定块是由2个以上锚定块间隔分布在外缸体外周边，并通过活塞与外缸体上设置的径向活塞腔伸缩配合；两组锚定块的径向活塞、气动机驱动机构以及外缸体内的环形活塞腔分别通过各自高压输气管线连接到气压换向机构上。
2.根据权利要求1所述的勘探井气动钻探装置，其特征是还包括设置在气压推动机构上部的井深测量仪和传输电缆，以及与传输电缆连接的显示器。
3.根据权利要求1或2所述的勘探井气动钻探装置，其特征是:所述钻头为PDC钻头或者牙轮钻头。
【文档编号】E21B4/00GK204200074SQ201420565489
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】周金柱, 徐伟, 冯洁 申请人:周金柱