一种深地取芯的钻探系统技术方案

一种深地取芯的钻探系统，属于地质勘探技术领域。其特征在于：包括钻探装置（5），钻探装置（5）包括驱动电机（9），在驱动电机（9）的外部设置有驱动钻探装置（5）轴向移动的驱动机构，在驱动电机（9）的底部可转动的设置有钻孔机构，驱动电机（9）的电机轴（11）与钻孔机构固定，电机轴（11）为空心轴，钻孔机构为空心结构，电机轴（11）和钻孔机构轴心腔体上下对接，取芯装置（15）放置在电机轴（11）和钻孔机构的轴心腔体内。在本深地取芯的钻探系统中，在钻探装置内设置有驱动电机，驱动电机带动钻孔机构转动进行钻孔，从根本上克服了驱动电机因钻杆过长而扭力不足的情况，以使得该钻机与传统钻机相比能钻进更深的距离。比能钻进更深的距离。比能钻进更深的距离。

【技术实现步骤摘要】
一种深地取芯的钻探系统


[0001]一种深地取芯的钻探系统，属于地质勘探


技术介绍

[0002]地层钻探取芯是进行地质勘探的重要手段，是进行工程地质勘察、矿物勘探、地层岩性勘探、地层年代划分、古气候及地质构造运动推演的重要技术手段，目前所应用的钻机在进行深层地质勘探时，往往需要在钻井口架设笨重的机架、使用高扭矩的钻机，对岩层进行钻孔，最后达到预定深度之后通过取芯装置进行取芯操作。
[0003]但是在进行钻探过程中，受到井壁的摩擦力等因素的影响，钻机的扭矩传达到深部地层的钻头时出现扭力损失，达不到预定的深度，造成取芯失败。同时，为了防止井壁变形，需要将钻杆及钻头提出井外才能进行下套管等护壁措施，这些影响使得钻进效率大打折扣。
[0004]因此设计一种自带动力，以避免现有技术中深层钻孔时因扭力下降而导致取芯失败的技术方案，成为本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种在钻探装置内设置有驱动电机，驱动电机带动钻孔机构转动进行钻孔，从根本上克服了驱动电机因钻杆过长而扭力不足的情况，以使得该钻机与传统钻机相比能钻进更深距离的深地取芯的钻探系统。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：该深地取芯的钻探系统，其特征在于：包括钻探装置，钻探装置包括驱动电机，在驱动电机的外部设置有驱动钻探装置轴向移动的驱动机构，在驱动电机的底部可转动的设置有钻孔机构，驱动电机的电机轴与钻孔机构固定，电机轴为空心轴，钻孔机构为空心结构，电机轴和钻孔机构轴心腔体上下对接，取芯装置放置在电机轴和钻孔机构的轴心腔体内。
[0007]优选的，钻孔机构包括扩张钻、钻杆和钻头，电机轴在扩张钻的内部与之固定，钻杆同心固定在在扩张钻下端，钻头固定在钻杆的底部。
[0008]优选的，驱动机构包括固定在驱动外壳表面的铰接装置，机械臂一端安装在铰接装置处，在铰接装置处设置有驱动机械臂转动的电机，机械臂的另一端设置有驱动轮，在机械臂处设置有带动驱动轮转动的电机。
[0009]优选的，在扩张钻处还设置有扩孔机构。
[0010]优选的，扩孔机构包括摆动臂，摆动臂一端与扩张钻铰接，另一端安装有扩张锤，扩张钻的外围还套装有扩张滑块，扩张滑块沿扩张钻的轴向上下滑动，扩张滑块位于所有摆动臂的下部。
[0011]优选的，在扩张钻顶部圆形凸台的下表面开设有摆动槽，摆动槽，沿扩张钻的轴线开设，并在扩张钻的外圈均匀开设有多个，摆动臂铰接在摆动槽内。
[0012]优选的，扩孔机构包括活动槽，活动槽沿扩张钻的径向开设，并在扩张钻的外圈均匀开设有多个，在每一个活动槽内，分别可伸缩的安装有一个扩张齿。
[0013]优选的，还设置有与钻探装置对接的取芯冷却管，在取芯冷却管内形成第一通道，钻探装置内设置有第二通道，在钻孔机构内形成第三通道，第一通道、第二通道以及第三通道自上而下依次对接。
[0014]优选的，取芯冷却管包括取芯管以及套装在取芯管外圈的钻井液管，取芯管和钻井液管之间为第一通道，取芯管与空心的电机轴对接，钻井液管与驱动外壳的顶部端口对接；在驱动电机的外部套装有驱动外壳，驱动电机和驱动外壳之间形成第二通道；在扩张钻内开设有若干扩张钻通道，在钻杆内轴向开设有钻杆通道，钻杆通道与其中一条扩张钻通道对接，在钻头内开设有与钻杆通道对接的钻头通道，扩张钻通道、钻杆通道以及钻头通道对接形成第三通道。
[0015]优选的，驱动机构设置在驱动外壳的表面，钻孔机构可转动的卡装在驱动外壳的下端口处。
[0016]与现有技术相比，本专利技术所具有的有益效果是：1、在本深地取芯的钻探系统中，在钻探装置内设置有驱动电机，驱动电机带动钻孔机构转动进行钻孔，从根本上克服了驱动电机因钻杆过长而扭力不足的情况，以使得该钻机与传统钻机相比能钻进更深的距离。真正地克服了钻机在钻进到一定深度后扭力不足的问题，加大钻进深度，能够应用于实际，便于在本领域内推广应用。
[0017]2、由于扩张钻连接在驱动电机的中空轴上，上缘与动力系统外壳滑动连接，保证了在钻进过程中扩张钻发生转动而驱动电机不发生转动。扩张钻内部开设有允许钻井液通过的空洞和管道，能够使得钻井液在其中通过并在扩张钻表面喷出。同时扩张钻表面布设有螺纹，增大了扩张钻与围岩之间的作用力，提高钻进效率。
[0018]3、由于钻杆与钻头内部设置有钻井液通道，能够使得钻井液在其下部喷出，起到冷却钻头和钻杆的目的。
[0019]4、由于驱动电机1外侧安装有驱动外壳，能起到很好的保护电机的作用，避免因上方落石而阻碍驱动电机的运行。同时驱动外壳与驱动电机之间存在一定空间，能够允许钻井液在其中通过，起到冷却电机的作用，避免电机因过热而停止运行。驱动外壳上部开设有钻井液释放孔，允许钻井液从中喷出，起到将周围岩土体吹走的作用。
[0020]5、通过设置下支撑机构，使得能够通过控制指令来控制铰接装置的伸展和收缩，从而起到将驱动电机固定在钻孔壁上的作用，防止驱动电机在钻进过程中晃动。驱动器顶端滚轮的存在减小了驱动器与钻孔壁之间的摩擦力，能够让驱动电机沿着钻孔壁上下运动。
[0021]6、由于电缆由两根主线组成，其间以三角形结构联结，提高了结构的稳定性。电缆具有较强的强度，能够将钻具从钻井中带出。驱动电机所需的电源线能固定在电缆上，为钻机提供电源，防止电源线在钻进过程中被破坏。
[0022]7、由于钻井液管套在取芯套管外部，钻井液管、取芯管分别与驱动外壳、驱动电机连接，两者之间固定装置刚性连接，构成双层管结构，钻井液能够在其间通过。同时，双层管结构之间通过刚性结构支撑，将两者之间的相对位置固定，防止发生偏斜。双层管结构、驱
动外壳、扩张钻的钻井液释放孔、钻头钻井液通道构成完整的冷却系统，避免钻具在钻进过程中温度过高。同时可以利用钻井液的压力将钻孔中的土石清出。
[0023]8、由于双层管结构的任意位置处都可以加装加压泵，能够使通过钻井液管内部的流体压力增大从而避免驱动电机因过热导致钻井液流通不畅以及随深度增加钻井液难以到达井底的问题。
[0024]9、由于钻井液管外侧设置有上支撑机构，能够起到在钻进过程中支撑钻井液管的作用，使其保持竖直状态，防止其在钻进中发生偏斜。
[0025]10、由于护管具有较强的弹性和强度，使得护管能够到达一定深度后利用自身的弹性将其撑开，固定在钻孔壁上，对钻孔壁起到支撑作用，防止钻孔壁周围的松散岩土体掉落而影响钻进工作。
[0026]11、由于支撑体能够实现在向下钻进时张开，起到扩孔作用，同时向上移动时，支撑体收缩，使得钻机在护管护壁工作进行完之后仍能从钻孔中将钻机提出地面。
附图说明
[0027]图1为深地取芯的钻探系统工作示意图。
[0028]图2为实施例1深地取芯的钻探系统剖视图。
[0029]图3为图2中A处放大图。
[0030]图4为图2中B处放大图。
[0031]图5为图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深地取芯的钻探系统，其特征在于：包括钻探装置（5），钻探装置（5）包括驱动电机（9），在驱动电机（9）的外部设置有驱动钻探装置（5）轴向移动的驱动机构，在驱动电机（9）的底部可转动的设置有钻孔机构，驱动电机（9）的电机轴（11）与钻孔机构固定，电机轴（11）为空心轴，钻孔机构为空心结构，电机轴（11）和钻孔机构轴心腔体上下对接，取芯装置（15）放置在电机轴（11）和钻孔机构的轴心腔体内。2.根据权利要求1所述的深地取芯的钻探系统，其特征在于：钻孔机构包括扩张钻（12）、钻杆（13）和钻头（14），电机轴（11）在扩张钻（12）的内部与之固定，钻杆（13）同心固定在在扩张钻（12）下端，钻头（14）固定在钻杆（13）的底部。3.根据权利要求1所述的深地取芯的钻探系统，其特征在于：驱动机构包括固定在驱动外壳（10）表面的铰接装置（31），机械臂（30）一端安装在铰接装置（31）处，在铰接装置（31）处设置有驱动机械臂（30）转动的电机，机械臂（30）的另一端设置有驱动轮（29），在机械臂（30）处设置有带动驱动轮（29）转动的电机。4.根据权利要求2所述的深地取芯的钻探系统，其特征在于：在扩张钻（12）处还设置有扩孔机构。5.根据权利要求4所述的深地取芯的钻探系统，其特征在于：扩孔机构包括摆动臂（24），摆动臂（24）一端与扩张钻（12）铰接，另一端安装有扩张锤（25），扩张钻（12）的外围还套装有扩张滑块（26），扩张滑块（26）沿扩张钻（12）的轴向上下滑动，扩张滑块（26）位于所有摆动臂（24）的下部。6.根据权利要求5所述的深地取芯的钻探系统，其特征在于：在扩张钻（12）顶部...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志远，任宇鹏，李猛，许国辉，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：