定向钻探系统及定向钻探方法技术方案

本发明专利技术涉及定向钻探系统及定向钻探方法，其包括机架、取样组件和若干滚轮，取样组件包括安装架、升降件、伺服电机和取样杆，安装架上转动连接有若干转动杆，所有转动杆的底部均设有钻头，所有钻头上均设有容纳腔和卡接组件；机架上设有联动组件、若干脱离件、若干限位件和若干带动件。在取样过程中，先通过伺服电机带动取样杆旋转，再通过升降件带动安装架下降，然后卡接组件将运动抵触于脱离件，钻头将被固定在地底，取样杆将旋转深入到地底内进行土质取样。当取样完成后，先通过伺服电机带动取样杆反向转动，再通过升降件带动安装架上升，取样杆将从地底转出，从而完成了土质的取样。本发明专利技术提高了取样效率。

Directional drilling system and method

【技术实现步骤摘要】
定向钻探系统及定向钻探方法
本专利技术涉及地质勘测的
，尤其是涉及定向钻探系统及定向钻探方法。
技术介绍
在地质勘探过程中，需要对土质进行取样分析，现有的取样装置结构死板，功能单一，不便于地质勘测使用。通过检索，中国专利公告号CN109060416A公开了一种地质勘探用钻探取样装置，包括升降机构和固定机构，固定机构的上方设有升降机构，固定机构由第一支撑底板、万向轮、第二支撑底板、取样孔、限位滑杆、缓冲弹簧、限位插销、第一固定板、第二固定板、固定顶板、配重铁、固定滑槽、第一电动伸缩杆、固定滑块、升降滑块等组成，本专利技术结构紧凑，便于地质勘测使用，通过设置了固定电机和固定钻头，在土壤取样时，便于通过固定钻头将取样装置进行固定，方便快捷，增加了取样装置工作时的稳定性，通过设置了配重铁和第二电动伸缩杆，通过在配重铁的作用下，取样时无需人工施加压力，实现自动取样，降低了工人的劳动强度，大大增加了土壤取样的工作效率。上述中的现有技术方案存在以下缺陷：在取样过程中，需要先通过第一电动伸缩杆和固定电机带动固定钻头钻入到地底，从而对本装置进行固定；然后再通过第二电动伸缩杆和伺服电机带动取样杆深入到地底进行取样。故土质的取样需要工人依次操作四组固定电机、四组第一电动伸缩杆、伺服电机和第二电动伸缩杆，操作较为麻烦，因此需要改进。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供定向钻探系统，提高了取样效率。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：定向钻探系统，包括机架、取样组件和若干设于机架底部的滚轮，取样组件包括安装架、设于机架上并用于带动安装架升降的升降件、固定在安装架底部的伺服电机和连接于伺服电机输出轴的取样杆，安装架上转动连接有若干绕取样杆呈周向设置的转动杆，所有转动杆的底部均设有钻头，所有钻头上均设有供转动杆转动嵌设并供转动杆沿竖直方向滑动的容纳腔和用于将转动杆卡接固定的卡接组件；机架上设有带动所有转动杆与取样杆同步转动的联动组件、若干供卡接组件运动抵触从而促使卡接组件取消对转动杆卡接状态的脱离件、若干避免转动杆脱离于容纳腔的限位件和若干带动脱离于脱离件的卡接组件将转动杆卡接固定的带动件。通过采用上述技术方案，在取样过程中，先通过伺服电机带动取样杆旋转，在联动组件的作用下，转动杆与钻头也将同步转动；再通过升降件带动安装架下降，使得钻头钻入到地底内，保证了机架和取样杆的稳定性；然后卡接组件将运动抵触于脱离件，脱离件将促使卡接件取消对转动杆的卡接固定，此时钻头将被固定在地底，而无需继续向下深入；转动杆将在容纳腔内转动下降，转动杆侧壁与容纳腔腔壁之间的摩擦力将继续保证机架和取样杆的稳定性；之后取样杆将旋转深入到地底内进行土质取样。当取样完成后，先通过伺服电机带动取样杆反向转动，再通过升降件带动安装架上升，取样杆将从地底转出，从而完成了土质的取样；随后，转动杆将继续在容纳腔内上升，在限位件的作用下，转动杆将带动钻头上升使得卡接组件脱离于脱离件，此时带动件将带动卡接组件将转动杆卡接固定，然后钻头将被转动杆带动转动并从地底转出。因此，仅需控制伺服电机和升降件即可完成土质的取样，从而提高了取样效率。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述卡接组件包括若干周向开设在钻头侧壁上的贯穿槽、若干滑动嵌设在对应贯穿槽内的卡接件、若干周向开设在转动杆侧壁上的卡接槽和推动所有卡接件均卡接在对应卡接槽内的推动件，所有贯穿槽均连通于容纳腔。通过采用上述技术方案，推动件将推动所有卡接件均卡接在对应的卡接槽内，从而将转动杆卡接固定在钻头上，保证了钻头和转动杆的同步转动。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述推动件为滑动套设在钻头外的推动环，推动环朝向卡接件的一端设有朝钻头轴线倾斜的推动面，所有卡接件均从卡接槽内穿出并抵触于推动面。通过采用上述技术方案，滑动推动环使得推动面压紧于所有卡接件，即可促使所有卡接件均卡接在对应的卡接槽内，从而方便将转动杆卡接固定在钻头上。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述脱离件设于推动环的下方，推动面倾斜朝下。通过采用上述技术方案，在安装架的下降过程中，推动环的下端将抵紧于脱离件，使得推动环无法与钻头同步下降，故推动面将脱离于卡接件，使得卡接件脱离于卡接槽，从而取消了卡接组件对转动杆的卡接固定。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述带动件为弹簧，弹簧的两端分别固定连接于推动环和钻头。通过采用上述技术方案，当推动环的下端抵紧于脱离件后，弹簧将被压缩并促使推动面脱离于卡接件，从而取消了卡接组件对转动杆的卡接固定；当转动杆带动钻头上升后，弹簧将回复至自然状态并促使推动面将所有卡接件均推入到对应的卡接槽内，从而再次将转动杆卡接固定在钻头上，以便钻头从地底转出。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述容纳腔包括连通于贯穿槽的第一圆腔和连通于第一圆腔并位于第一圆腔下方的第二圆腔，第一圆腔的腔口面积小于第二圆腔的腔口面积，限位件为固定在转动杆上并转动嵌设在第二圆腔内的限位盘；当限位盘抵触于第二圆腔的顶部腔壁时，卡接槽将对应于贯穿槽。通过采用上述技术方案，当安装架上升使得限位盘抵触于第二圆腔的顶部腔壁时，卡接槽将对应于贯穿槽，随后限位盘将带动钻头上升并促使弹簧回复至自然状态，弹簧将带动推动环下滑使得卡接件卡入到卡接槽内，此时钻头将被转动杆带动转动并从地底转出。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述转动杆共设有四组，联动组件包括固定套设在伺服电机输出轴外的主动皮带轮和四组固定套设在对应转动杆外的从动皮带轮，主动皮带轮和其中两组从动皮带轮上套设有同步皮带，主动皮带轮和另外两组从动皮带轮上也套设有同步皮带。通过采用上述技术方案，在同步皮带的作用下，所有转动杆和钻头均将与取样杆同步同向转动，使得四组钻头能够同步钻入到地底内，从而提高了取样效率。本专利技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述机架上固定有两组供对应的同步皮带套设的竖杆，竖杆包括从上至下依次设置的大直径部、渐变部和小直径部，大直径部的直径大于小直径部的直径，渐变部呈倒圆台状设置；当卡接组件抵触于脱离件后，同步皮带将抵触于渐变部。通过采用上述技术方案，当卡接组件抵触于脱离件后，卡接组件将取消对转动杆的卡接固定，转动杆将在容纳腔内转动下降；然后同步皮带将经过渐变部运动至小直径部，使得同步皮带松弛，转动杆将停止转动，从而减小了转动杆对容纳腔腔壁的磨损。当取样完成后，安装架带动取样杆上升，同步皮带将经过渐变部运动至大直径部，此时同步皮带将张紧，转动杆将在容纳腔内转动，从而能够带动钻头从地底转出。本专利技术的另一目的是提供定向钻探方法，提高了取样效率。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：定向钻探方法，包括以下步骤：S1、先将机架推动至指定的位置，再通过伺服电机带动取样杆转动，并通过升降件带动安装架、取样杆、转动杆和钻头同步下降；S2、通过同步皮带的联动促使转动杆和钻头转动，使得钻头旋转钻入到地底内；...

【技术保护点】
1.定向钻探系统，包括机架（1）、取样组件（2）和若干设于机架（1）底部的滚轮（11），取样组件（2）包括安装架（21）、设于机架（1）上并用于带动安装架（21）升降的升降件、固定在安装架（21）底部的伺服电机（23）和连接于伺服电机（23）输出轴的取样杆（24），其特征在于：安装架（21）上转动连接有若干绕取样杆（24）呈周向设置的转动杆（31），所有转动杆（31）的底部均设有钻头（3），所有钻头（3）上均设有供转动杆（31）转动嵌设并供转动杆（31）沿竖直方向滑动的容纳腔（32）和用于将转动杆（31）卡接固定的卡接组件（5）；机架（1）上设有带动所有转动杆（31）与取样杆（24）同步转动的联动组件（4）、若干供卡接组件（5）运动抵触从而促使卡接组件（5）取消对转动杆（31）卡接状态的脱离件（6）、若干避免转动杆（31）脱离于容纳腔（32）的限位件和若干带动脱离于脱离件（6）的卡接组件（5）将转动杆（31）卡接固定的带动件。/n

【技术特征摘要】
1.定向钻探系统，包括机架（1）、取样组件（2）和若干设于机架（1）底部的滚轮（11），取样组件（2）包括安装架（21）、设于机架（1）上并用于带动安装架（21）升降的升降件、固定在安装架（21）底部的伺服电机（23）和连接于伺服电机（23）输出轴的取样杆（24），其特征在于：安装架（21）上转动连接有若干绕取样杆（24）呈周向设置的转动杆（31），所有转动杆（31）的底部均设有钻头（3），所有钻头（3）上均设有供转动杆（31）转动嵌设并供转动杆（31）沿竖直方向滑动的容纳腔（32）和用于将转动杆（31）卡接固定的卡接组件（5）；机架（1）上设有带动所有转动杆（31）与取样杆（24）同步转动的联动组件（4）、若干供卡接组件（5）运动抵触从而促使卡接组件（5）取消对转动杆（31）卡接状态的脱离件（6）、若干避免转动杆（31）脱离于容纳腔（32）的限位件和若干带动脱离于脱离件（6）的卡接组件（5）将转动杆（31）卡接固定的带动件。


2.根据权利要求1所述的定向钻探系统，其特征在于：所述卡接组件（5）包括若干周向开设在钻头（3）侧壁上的贯穿槽（51）、若干滑动嵌设在对应贯穿槽（51）内的卡接件（52）、若干周向开设在转动杆（31）侧壁上的卡接槽（53）和推动所有卡接件（52）均卡接在对应卡接槽（53）内的推动件，所有贯穿槽（51）均连通于容纳腔（32）。


3.根据权利要求2所述的定向钻探系统，其特征在于：所述推动件为滑动套设在钻头（3）外的推动环（54），推动环（54）朝向卡接件（52）的一端设有朝钻头（3）轴线倾斜的推动面（541），所有卡接件（52）均从卡接槽（53）内穿出并抵触于推动面（541）。


4.根据权利要求3所述的定向钻探系统，其特征在于：所述脱离件（6）设于推动环（54）的下方，推动面（541）倾斜朝下。


5.根据权利要求4所述的定向钻探系统，其特征在于：所述带动件为弹簧（55），弹簧（55）的两端分别固定连接于推动环（54）和钻头（3）。


6.根据权利要求5所述的定向钻探系统，其特征在于：所述容纳腔（32）包括连通于贯穿槽（51）的第一圆腔（321）和连通于第一圆腔（321）并位于第一圆腔（321）下方的第二圆腔（322），第一圆腔（321）的腔口面积小于第二圆腔（322）的腔口面积，限位件为固定在转动杆（31）上并转动嵌设在第二圆腔（322）内的限位盘（33）；当限位盘（33）抵触于第二圆腔（322）的顶部腔壁时，卡接槽（53）将对应于贯穿槽（5...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈必权，陈寒勇，何万通，王利斌，
申请(专利权)人：中煤浙江勘测设计有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33