一种基于矿山的双级钻井装置及其使用方法与流程

本发明涉及钻井领域，具体涉及一种基于矿山的双级钻井装置及其使用方法。

背景技术：

1、随着矿山开发难度的日益加大和钻井技术的快速发展，原有钻井技术逐渐无法适应的矿山开发强度，矿山对钻井提速的要求与日俱增，特别是深井、超深井、大断面井、复杂结构井（长水平段水平井、大位移井、分支井等）数量不断增加。在钻进过程中，随着钻井井深的增加，不仅钻井液柱压力对井底压持效应加剧，而且深部地层岩石自身的强度、垂直地应力、水平地应力等相应增加，地层岩石可钻性变差；在现有的钻井装置中，由于钻井平台提供的压力有限，遇到硬度较大的厚基岩岩石时，破碎速度显著下降。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于矿山的双级钻井装置，包括轴管，所述轴管的顶部固定连接有连接机构，所述轴管的底部固定连接有一级碎石机构，所述轴管的外表面固定连接有二级碎石机构，通过钻井平台的钻杆与钻井装置中连接机构进行连接，钻井装置与钻井平台进行连接，通过钻井平台为钻井装置提供动力，利用一级碎石机构与二级碎石机构进行岩石进行破碎，通过双级破碎方式，提高钻井装置对岩石的破碎效率，同时利用轴管将水流通入一级碎石机构中，在碎石的过程中对钻井进行冲刷，使泥土与破碎的岩石砂砾，在水流的涌动下将其带出钻井，所述轴管的外表面固定连接有罩筒，同时在钻井装置不断的对岩石进行破碎与冲刷的过程中，通过罩筒将轴管与一级碎石机构进行包裹，避免冲刷过程中，碎石进入钻井装置内部，影响装置的运行，所述一级碎石机构包括空心筒，所述空心筒的顶部与轴管的底部固定连接，所述空心筒的内壁滑动连接有滑筒，还包括：破碎机构，包括与滑筒的内壁固定连接的连接环，所述连接环的内壁固定连接有槽盘，所述槽盘的底部固定连接有压盘，所述压盘的底部固定连接有凿杆，在遇到破碎板无法破碎的岩土时，滑筒带动破碎机构向上移动，在上移过程中，破碎机构的曲板与弧板配合形变，使滑筒上移过程中，通过连接环带动槽盘对压盘进行压动，使压盘压动凿杆滑动，所述凿杆的外表面转动连接有套环，所述套环的外表面对称设置有弧板，所述弧板靠近套环的一端与套环的外表面固定连接，所述连接环的顶部对称设置有曲板，所述曲板的底部与连接环的顶部固定连接，在滑筒上移过程中凿杆向下滑出碎石盘，通过凿杆对岩石进行压动，通过在相同的下压压力下，减小与岩石的接触面积，提高压强，将岩石进行破碎分裂。

2、所述滑筒的底部固定连接有碎石盘，所述碎石盘的底部对称设置有破碎板，所述破碎板的内壁与碎石盘的外表面固定连接，碎石盘表面的破碎板在转动过程中，对岩石进行一级破碎，使岩石分裂成小块，消除大块岩石自身的应力，提高钻井效率，所述碎石盘的表面开设有出水孔，所述滑筒的内部开设有通水槽，水流通过破碎机构进入滑筒中，通过滑筒的水槽与碎石盘表面的出水孔，使水流向下冲击，在碎石过程中将岩石周围的泥土进行冲刷，所述空心筒的内壁固定连接有筛板，一级碎石机构首先接触遇到的岩石，在遇到岩石的过程中水流通过轴管进入空心筒中，随后通过筛板对经过的水流进行一次过滤，防止通入的水流中含有大块杂物，将出水孔堵塞，影响底部岩石与泥土的冲刷，所述凿杆的外表面与碎石盘的内壁滑动连接，所述弧板远离套环的一端与碎石盘的顶部固定连接，所述曲板的顶部与空心筒的内壁固定连接。

3、所述二级碎石机构包括连接筒，所述连接筒的内壁与轴管的外表面固定连接，在钻井装置转动的过程中，通过二级碎石机构中的连接筒与槽筒配合与轴管进行连接，所述连接筒的外表面固定连接有槽筒，所述槽筒的内壁对称设置有碎轮，所述碎轮的外表面与槽筒的内壁转动连接，碎轮在转动下压的过程中，对分裂的岩石进行更加细致的破碎，在破碎转动的过程中，套筒表面的碎齿在配合碎轮破碎的同时，将破碎完成的岩石向上推动，提高钻井装置对分裂后的岩石破碎效率，所述槽筒的底部固定连接有阻环，所述槽筒的表面开设有空槽，水流使碎石通过槽筒的孔洞，转移到钻井装置的顶部，避免影响钻井的进行，所述阻环的底部固定连接有套筒，所述套筒的外表面对称设置有碎齿，所述碎齿的内壁与套筒的外表面固定连接。

4、所述连接机构包括连接管，通过连接机构中的连接管连接钻杆与轴管，所述连接管的顶部设置有连接口，所述连接管的内壁固定连接有缓冲机构，所述缓冲机构包括固定环，所述固定环的外表面与连接管的内壁转动连接，所述固定环的底部与轴管的顶部固定连接，所述固定环的顶部固定连接有槽环，在遇到卡顿时，通过缓冲机构的作用，对钻井装置与钻杆进行保护，在遇到卡顿时，扭矩增大，此时固定环与轴管连接，扭矩增大的力通过轴管传递给槽环，使槽环出现向上顶起齿环的力。

5、所述槽环的顶部卡接有齿环，所述齿环的顶部对称设置有弹板，所述弹板的底部与齿环的顶部固定连接，所述弹板的顶部固定连接有固定板，在齿环受力逐渐增大的过程中，弹板逐渐出现弹性形变，使齿环逐渐向上移动，直到解除与槽环的卡接，所述固定板的外表面与连接管的内壁固定连接，所述连接管的内壁固定连接有支撑环，所述支撑环的内壁固定连接有限位环，限位环在弹板形变的过程中，在形变方向进行限制，防止弹板弹性震动，影响钻井装置的运行。

6、一种基于矿山的双级钻井装置使用方法，由以下几个步骤组成：

7、s1、轴杆连接，通过钻井平台将轴杆与钻井装置中的连接机构进行连接，通过连接机构带动钻井装置进行运行；

8、s2、一级破碎，通过一级碎石机构首先对钻井过程中遇到的岩石进行分裂型破碎，消除大块岩石自身的应力；

9、s3、二级破碎，通过二级碎石机构中的碎轮对经过一级破碎后的岩石进行再次粉碎，将岩石破碎成更小的石块砂砾，在水流作用下，通过槽筒的槽孔向上排出；

10、s4、保护缓冲，在一级碎石机构与二级碎石机构在对岩石进行破碎的过程中，遇到卡顿时，通过连接机构中的缓冲机构在钻井装置卡顿时进行缓冲保护。

11、本发明的有益效果如下：

12、1.本发明通过设置凿杆，避免遇到难以破碎的岩石时，由于钻井平台提供的压力有限，造成岩石在破碎过程中的破碎效率降低，影响钻井的速度，同时通过双级钻井的方式，首先将岩石进行分裂型破碎，降低应力，再通过二级破碎排出钻井，提高钻井的效率。

13、2.本发明通过设置罩筒，在钻井装置不断地对岩石进行破碎与冲刷的过程中，通过罩筒将轴管与一级碎石机构进行包裹，避免冲刷过程中，碎石进入钻井装置内部，影响装置的运行。

14、3.本发明通过设置筛板，通过筛板对经过的水流进行一次过滤，防止通入的水流中含有大块杂物，将出水孔堵塞，影响底部岩石与泥土的冲刷。

15、4.本发明通过设置碎轮与套筒，套筒表面的碎齿在配合碎轮破碎的同时，将破碎完成的岩石向上推动，提高钻井装置对分裂后的岩石破碎效率，同时带动破碎后的岩石移动，防止水流无法带动碎石砂砾移动，造成堵塞，影响钻井装置的转动，造成损坏。

16、5.本发明通过设置弹板，使连接管在钻杆的带动下与固定环转动，使超过钻杆与钻井装置所能承受的扭矩，通过弹板的形变进行缓冲，防止装置受损。

17、6.本发明通过设置限位环，限位环在弹板形变的过程中，在形变方向进行限制，防止弹板弹性震动，影响钻井装置的运行，同时限定弹板的最大形变限度，防止形变过大，导致弹板断裂，造成钻井装置的损坏。