本发明专利技术属于钻井技术领域，具体涉及具有冲击功能的智能空气钻井钻头，包括：冲击器部分和测试部分；其中，冲击器部分包括：逆止阀、配气座、气缸、弹簧A、活塞及导向套；测试部分包括桥路变换电路、桥路激励电路、信号采集电路、信号放大电路、信号滤波电路、系统自校准电路、微控制器；其技术方案是：空气经上接头空腔推开逆止阀，进入配气座和气缸；气缸外侧与外壳有空隙，空气经过气缸径向孔，进入活塞与气缸间的间隙和导向套的周向孔，驱动活塞产生冲击，传递至下部钻头，实现高效破岩；同时，位于活塞下表面的应变片测试冲击应变结果；本发明专利技术涉及钻井领域，具有提速增效、智能测试的效果，能有效提高破岩效率，可适用于石油天然气钻井工程及相关领域。及相关领域。及相关领域。
【技术实现步骤摘要】
具有冲击功能的智能空气钻井钻头
[0001]本专利技术属涉及钻井工程领域，具体涉及一种具有冲击功能的智能空气钻井钻头。
技术介绍
[0002]空气钻井是现如今油气资源勘探开发的关键技术之一，由于在特定区块具有非常突出的提速效果，成为了当今相关领域的研究热点。目前空气钻井过程使用空气锤作为井下破岩工具，它是以压缩空气作为动力的一种冲击工具，其工作原理是利用空气增压设备产生的高压空气，驱动空气锤内的活塞作高频往复运动，活塞通过撞击钻头尾部而将动能传递到钻头上，钻头冲击岩石，然后再通过钻机转盘旋转驱动，形成对井底地层的脉动破碎另一方面空气锤排出的压缩空气对钻头进行冷却，将破碎后的岩屑通过环空返出井口，减少了岩石重复破碎的机会，从而实现对井底冲击钻进的目的。
[0003]空气锤钻井技术具有钻压小、转速低、机械钻速高、防斜能力强、钻头寿命长等技术优势，同时空气作为循环介质，气源来源广、环保，特别适合在干旱缺水地区推广应用。空气锤技术在钻进硬质、复杂、高陡、易斜地层中具有重要的经济效益和社会效益，可优化不同的钻具增强工程实用性。
[0004]测试模块方面，利用应变电阻法，原理是金属丝变形后，金属丝的电阻对应发生改变，以获得被测构件的应变值。应变电阻测量法具有测量范围大、响应带宽高、灵敏度高、应变片易于使用、抗干扰性强、精度高等特点，广泛应用在飞机结构强度测试、船舶结构健康、交通运输、地质勘探、井下测试等相关领域。
技术实现思路
[0005]本专利技术提供具有冲击功能的智能空气钻井钻头，通过控制冲击特性，实现提速增效的同时，位于活塞下表面的采集模块进行测试，提高空气钻井钻头智能化程度。
[0006]具有冲击功能的智能空气钻井钻头，其特征在于，设有上接头(1)、外壳(2)、逆止阀(3)、弹簧A(5)、碟簧组A(4)、配气座(6)、气缸(8)、活塞(9)、导向套(10)、传动套(11)、卡环A(14)、卡环B(15)、钻头(16)、密封橡胶圈(7)、下接头(17)；上接头(1)与外壳(2)通过螺纹连接；外壳(2)与下接头(17)、下接头(17)与钻头(16)为螺纹连接；配气座(5)开有多个周向孔可使空气由此进入气缸(8)内；气缸(8)的上部与中部开有多个径向孔，空气可由此进入气缸(8)与外壳(2)、活塞(9)间的空隙，可实现活塞(9)的往复运动；活塞(9)的中心空气流道与钻头(16)所开中心孔连通，可起到清理岩屑的作用。
[0007]所述测试部分包括：桥路变换电路、桥路激励电路、信号采集电路、信号放大电路、信号滤波电路、自校准电路、微控制器和电阻应变片组成。
[0008]其中，桥路变换电路可以提高应变测量系统的适应性、保证测量的准确性和测量精度，减少因人工操作失误，而导致测量结果与实际偏差较大甚至失败的情况；信号放大电路可以将捕捉的微弱信号，放大至采集电路的接受范围，还可以将较大的信号进行衰减，提高仪器的测量量程；信号滤波电路方案采用两阶双反馈巴特沃斯滤波器，可最大程度过滤
掉信号以外的噪声；信号采集电路方案采用24位ADC作为模数转换器，可将被电路放大、滤波处理后的初始应变信号进行数模转换，保证测量精度。
[0009]由于采用上述技术方案，使本专利技术与现有技术相比具有以下优点:
[0010]本专利技术通过提供具有冲击功能的智能空气钻井钻头，首次将冲击器部分与测试部分相结合，钻头在钻进的同时冲击钻杆不断冲击岩石进行破岩；同时在活塞下表面安装采集模块，实时采集不断撞击而产生的应变；并且其工作效率高，输出性能稳定，提高了施工效率，可用于石油天然气空气钻井中。
[0011]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0012]图1是本专利技术具有冲击功能的智能空气钻井钻头的剖面图。
[0013]图2是显示配气座与密封橡胶圈配合关系的局部放大图I。
[0014]图3是显示应变采集模块与活塞配合关系的局部放大图II。
[0015]图4是应变采集处理模块电路方案。
[0016]图5是桥路变换电路方案图。
[0017]图6是1/4桥、半桥和全桥桥路变换电路方案接线图。
[0018]图7是信号放大、信号采集、信号滤波电路方案图。
[0019]图8是应变电桥自动平衡方案图。
[0020]图9是系统自校准电路方案图。
[0021]图10是桥路激励电路方案图。
[0022]图11是系统电源电路方案图。
[0023]图12是配气座的外廓示意图。
[0024]图13是气缸的外廓示意图。
[0025]图14是显示导向套外廓与内部结构的示意图。
[0026]在附图中，相同的部件使用相同的附图标记，仅用于说明本专利技术的原理，并未按照实际的比例绘制。
[0027]在附图中各附图标记的含义如下：1.上接头；2.外壳；3.逆止阀；4.碟簧组A；5.弹簧A；6.配气座；7.密封橡胶圈；8.气缸；9.活塞；10.导向套；11.传动套；12.应变采集模块；13.卡环A；14.卡环B；15.碟簧组B；16.钻头；17.下接头；A.上气室；B.下气室。
具体实施方式
[0028]下面结合附图对本专利技术作进一步说明：
[0029]参见图1，本专利技术的工作原理是：空气从上接头(1)的中心孔进入，分两路运行；一路经逆止阀(3)的径向孔和轴向孔，配气座(6)中心孔、活塞(9)中心孔、钻头(16)的中心通孔至井底，冷却钻头和喷吹岩石碎屑；另一路经逆止阀(3)的径向孔和轴向孔，配气座(6)轴向孔，气缸(8)上部径向孔，进入气缸(8)与外壳(2)的空隙，再经气缸(8)尾部径向孔进入下气室B；此时，下气室开始储气，压力开始增加变为高压区，上气室A为低压区，导向套(10)径
向孔封闭，活塞(9)在压力差的作用下向上运动，随着活塞(9)的上升，上气室的空间不断被压缩，其压力逐渐增大会减缓活塞(9)的上升速度，同时，随着活塞(9)向上运动，导向套(10)径向孔打开，下气室气体开始排出，进一步减缓活塞(9)上升速度直至活塞(9)到达上死点，此为回程阶段；当活塞(9)到达上死点时，由于导向套(10)径向孔早已打开，下气室空气大量排出，此时上气室为高压区，下气室为低压区，活塞(9)在压差作用下向下移动，随着活塞(9)向下移动，导向套(10)再次封闭，排气结束，下气室压力开始增加，活塞(9)运动到最低点并撞击钻头(16)，此时气体再给下气室充气，为下一次的回程阶段做准备，如此反复可实现活塞(9)的高频运动。
[0030]参见图3，所述测试模块包括：应变片、桥路变换模块、桥路激励模块、信号处理模块、信号转换模块、自平衡模块、自校准模块、温度采集模块、微控制模块和电源模块，其工作原理为：信号处理模块的作用是将初始应变信号进行放大和滤波，信号转换模块本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.具有冲击功能的智能空气钻井钻头，其特征在于：包括冲击器和测试两部分；所述冲击器部分是由逆止阀（3）、配气座（6）、弹簧A（5）、碟簧组A（4）、气缸（8）、活塞（9）、导向套（10）组成；逆止阀（3）和弹簧A（5）安装在配气座（6）的中心孔，配气座（6）安装在气缸（8）的上端，导向套（10）安装在外壳（2）的限位台阶上，气缸（8）安装在导向套（10）上，活塞（9）安装在气缸（8）内，活塞（9）底部与钻头（16）接触；所述测试部分是由桥路变换电路、桥路激励电路、信号采集电路、信号放大电路、信号滤波电路、系统自校准电路、微控制器组成，内置电阻应变片的4个应变采集模块（12）安装在活塞（9）下表面，通过应变片电阻值变化进行测试。2.根据权利要求1所述的具有冲击功能的智能空气钻井钻头，其特征在于：所述气缸（8）外表面开有12道槽且每道槽的上部开一个孔，中部开两个孔。3....
【专利技术属性】
技术研发人员：田家林，吴雨航，任堰牛，毛兰辉，杨琳，宋俊阳，宋豪林，何禹，李俊，王卓汉，
申请(专利权)人：四川谐铭科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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