一種自動鑽探裝置製造方法

2023-07-21 03:57:26

一種自動鑽探裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種自動鑽探裝置，包括鑽頭和鑽頭驅動機構，以及固連在鑽頭驅動機構上方的液壓推動機構、錨定機構和液壓輸出機構、地面上的控制機構。該裝置通過液壓推動機構和錨定機構的配合實現相對伸縮運動，並推動裝置前進和鑽壓施加，通過鑽頭和鑽頭驅動機構實現裝置破巖。在此基礎上，配置測量系統和傳輸系統後，實現對地層參數的測量任務。本實用新型的有益效果是：通過自動鑽探裝置在地層中的移動，完成對地層參數的勘探測量，並傳輸至遠程控制界面，實現石油地質無鑽機勘探。
【專利說明】一種自動鑽探裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及鑽井勘探裝置領域，具體是一種應用於石油鑽井、地質勘探領域的自動鑽探裝置。

【背景技術】
[0002]當前主要採用陸地或海上鑽機鑽穿地層，以獲得地層數據。鑽井勘探過程中要使用鑽機，鑽井費用高、鑽探風險大。為了降低鑽井勘探成本，在有電力供應的前提下，採用新的能量傳遞方式形成井眼，是鑽井勘探技術的一次革命。它不需要陸地井場，或海上鑽井平臺，不再時刻需要現場操作人員，也不需要更多後勤保障，還能避開海洋或陸地極惡劣環境對常規鑽井勘探作業的影響。
[0003]目前不使用鑽機實現勘探井眼鑽探的方式主要包括:超小井眼鑽井技術、光能鑽井技術。其中，超小井眼鑽井技術的基礎是小型化了的連續軟管鑽井技術；光能鑽井技術是一種採用磁相干輻射光源，能夠將電能、化學能以及熱能轉化為光能，光能被聚集成強烈光束，破碎並伴隨熔化和蒸發巖石。這些方式僅作為破巖鑽孔的手段，而不能單獨應用作實現鑽井勘探目的的手段。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於是針對現有技術存在的問題，為獨立完成石油鑽井地質勘探而提供一種低成本、安全、方便快捷的自動鑽探裝置。
[0005]本實用新型的技術方案是。
[0006]一種自動鑽探裝置，包括鑽頭8和鑽頭驅動機構7，其特徵是還包括固連在鑽頭驅動機構7上方的液壓推動機構、錨定機構和液壓輸出機構、地面上的控制機構；所述的液壓推動機構為由外缸體3和液壓活塞體5組成的中空結構的伸縮液壓缸,其外缸體3內設有環形活塞腔，環形液壓活塞體5與環形活塞腔軸向配合，環形液壓活塞體5的伸出端設有與外缸體3等徑的伸縮缸體；所述的錨定機構是由前後兩組錨定塊組成，其中前組錨定塊是由2個以上前錨定塊6間隔分布在伸縮缸體外周邊，並與伸縮缸體上設置的徑向活塞腔配合；後組錨定塊是由2個以上後錨定塊4間隔分布在外缸體3外周邊，並與外缸體3上設置的徑向活塞腔配合；兩組錨定塊的徑向活塞腔以及外缸體3內的環形活塞腔分別通過各自的液壓管連接到液壓輸出機構；所述的液壓輸出機構包括液壓機、液壓換向機構；所述的控制機構包括為鑽頭驅動機構7、液壓輸出機構提供電力的電源和控制鑽頭驅動機構7和液壓換向機構運轉的控制系統。
[0007]上述方案還包括設置在液壓推動機構上部的測量系統9和傳輸系統2 ;其中測量系統包括井斜、方位測量系統或/和伽馬、電阻率測量系統；所述的傳輸系統2包括動力電纜和通訊數據傳輸電纜；所述控制機構還包括與測量系統以及液壓輸出機構聯動的控制系統。
[0008]上述方案還包括:所述控制機構還包括與測量系統以及液壓輸出機構聯動的控制系統。所述的鑽頭驅動裝置7大功率大扭矩電動馬達，所述鑽頭8為PDC鑽頭或者牙輪鑽頭或者雷射鑽頭。
[0009]本實用新型自動鑽探裝置應用在石油地質勘探中，將破巖裝置與可分別單獨固定的內、外液壓缸體聯結，通過缸體的交替伸縮，沿前進方向破開巖石，同時隨鑽探裝置整體前行，破巖裝置產生的巖屑逐步堆放於自動鑽探裝置後部，將新鑽探裝置後方的井眼填充密封保障安全鑽井。自動鑽探裝置內置電纜(電力電纜和數據傳輸電纜)包，在前進過程中可不斷釋放電纜，實現自動鑽探裝置與地面電源及數據通信聯結。自動鑽探裝置可攜帶多種地層參數測量裝置，實現對地層參數的測量從而完成勘探任務。
[0010]本實用新型的有益效果是:通過自動鑽探裝置在地層中的移動，完成對地層參數的勘探測量，並傳輸至遠程控制界面，實現石油地質無鑽機勘探。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為一種自動鑽探裝置工作狀態示意圖；
[0012]圖2為後錨定塊與外缸體局部結構示意圖。
[0013]圖中標記:1-電源線；2_傳輸系統(也稱電纜包);3_外缸體；4_後錨定塊；5-環形液壓活塞體；6-前錨定塊；7-鑽頭驅動機構；8-鑽頭；9-測量機構；10-地層；11-地面(遠程)控制機構；12_徑向活塞腔；13_錨定液壓管；14_電纜；15_液壓驅動機構液壓管；16-錨定塊活塞；17_液壓驅動機構的環形活塞腔；18_內置液壓通道。

【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步的詳細說明。
[0015]參見圖1, 一種自動鑽探裝置,包括鑽頭8和鑽頭驅動機構7,以及固連在鑽頭驅動機構7上方的液壓推動機構、錨定機構和液壓輸出機構、地面控制機構。
[0016]液壓推動機構為由外缸體3和液壓活塞體5組成的中空結構的伸縮液壓缸，其外缸體3內設有環形活塞腔，環形液壓活塞體5與環形活塞腔軸向配合，環形液壓活塞體5的伸出端設有與外缸體3等徑的伸縮缸體。參照圖2，錨定機構是由前後兩組錨定塊組成，其中前組錨定塊是由四個前錨定塊6間隔分布在伸縮缸體外周邊，每個前錨定塊6由活塞和定位塊組成T型結構，並通過活塞部分與伸縮缸體上設置的徑向活塞腔徑向伸縮配合；後組錨定塊是由四個後錨定塊4間隔分布在外缸體3外周邊，每個後錨定塊4由活塞和定位塊組成T型結構，並通過活塞部分與外缸體3上設置的徑向活塞腔徑向伸縮配合。兩組錨定塊的徑向活塞腔以及外缸體3內的環形活塞腔分別通過各自的液壓管(液壓管可以是外置如圖1中的13、15，也可以是內置如圖2中的18)連接到液壓輸出機構。
[0017]液壓輸出機構包括液壓機、液壓換向機構，其可以安裝在地面，然後通過液壓軟管接入地下的錨定機構和液壓推動機構上，也可以直接設置在液壓推動機構上或下部，其液壓機可以是自帶電機驅動，也可以是由鑽頭驅動機構來驅動。
[0018]上述實施例中，為了滿足鑽探和數據測量同步進行的需要，在液壓推動機構上部設置測量系統9和傳輸系統2。測量系統9為一個獨立的地層測量模塊，主要安裝為實現對地層的勘探目標的各種傳感器或測量系統，例如井斜、方位測量系統，伽馬、電阻率測量系統，這些可依次沿軸向聯結，組成測量儀器串，測量儀器串長度不受限制，上端聯結傳輸系統2，下端聯結液壓推動機構的外缸體3。傳輸系統2包括動力電纜和通訊數據傳輸電纜。
[0019]控制機構包括為鑽頭驅動機構7、液壓輸出機構提供電力的電源和控制鑽頭驅動機構7和液壓換向機構運轉的控制系統，以及與測量系統、液壓輸出機構聯動的控制系統。控制系統可以直接採用已有的控制軟體實現自動控制。
[0020]鑽頭驅動裝置7優選大功率大扭矩電動馬達；鑽頭8優選PDC鑽頭或者牙輪鑽頭或者雷射鑽頭。
[0021]工作原理是，自動鑽探裝置接受地面控制機構指令向下鑽進時，後錨定塊伸出撐在地層上，實現液壓系統外缸體固定，系統加壓驅動伸縮缸體向下施加軸向壓力，經鑽頭驅動機構傳遞至鑽頭破巖鑽進。伸縮缸體行程到底後，前錨定塊伸出，錨定在地層上，後錨定塊收回，液壓系統抽吸，外缸體向鑽頭方向移動，回至初始狀態，後錨定塊伸出，前錨定塊縮回，循環往復。不斷重複這個過程，自動鑽探裝置可實現在地層中向下鑽進的效果。自動鑽探裝置內安裝的測量系統可為實時測量地下相關參數系統，當需要某一點的詳細或多次重複數據時，可由地面控制機構向自動鑽探裝置發出指令，前、後錨定塊均伸出錨住地層，實現自動鑽探裝置的穩定，並進行長時間穩態地層測量。
【權利要求】
1.一種自動鑽探裝置，包括鑽頭(8)和鑽頭驅動機構(7),其特徵是還包括固連在鑽頭驅動機構(7)上方的液壓推動機構、錨定機構和液壓輸出機構、地面上的控制機構；所述的液壓推動機構為由外缸體(3)和液壓活塞體(5)組成的中空結構的伸縮液壓缸，其外缸體(3)內設有環形活塞腔，環形液壓活塞體(5)與環形活塞腔軸向配合，環形液壓活塞體(5)的伸出端設有與外缸體(3)等徑的伸縮缸體；所述的錨定機構是由前後兩組錨定塊組成，其中前組錨定塊是由2個以上錨定塊(6)間隔分布在伸縮缸體外周邊，並與伸縮缸體上設置的徑向活塞腔配合；後組錨定塊是由2個以上錨定塊(4)間隔分布在外缸體(3)外周邊，並與外缸體(3)上設置的徑向活塞腔配合；兩組錨定塊的徑向活塞腔以及外缸體(3)內的環形活塞腔分別通過各自的液壓管連接到液壓輸出機構；所述的液壓輸出機構包括液壓機、液壓換向機構；所述的控制機構包括為鑽頭驅動機構(了)、液壓輸出機構提供電力的電源和控制鑽頭驅動機構(7)和液壓換向機構運轉的控制系統。
2.根據權利要求1所述的自動鑽探裝置，其特徵是還包括設置在液壓推動機構上部的測量系統(9)和傳輸系統口);其中測量系統包括井斜、方位測量系統或/和伽馬、電阻率測量系統；所述的傳輸系統(2)包括動力電纜和通訊數據傳輸電纜；所述控制機構還包括與測量系統以及液壓輸出機構聯動的控制系統。
3.根據權利要求1或2所述的自動鑽探裝置，其特徵是:所述的鑽頭驅動裝置(7)大功率大扭矩電動馬達，所述鑽頭(8)為鑽頭或者牙輪鑽頭或者雷射鑽頭。
【文檔編號】E21B47/00GK204200072SQ201420559097
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月27日 優先權日:2014年9月27日
【發明者】謝慧, 周燕, 董懷榮, 江正清, 曲剛 申請人:中國石油化工集團公司, 中石化勝利石油工程有限公司鑽井工藝研究院