[0054] 如图22所示,它包括钻头钻杆、钻头、电机转轴、施压支板、施压电磁伸缩杆、连接结构、第二定位机构、电机、第一定位机构、电磁伸缩杆支板,其中钻头安装在钻头钻杆一端,钻头钻杆通过轴承安装在施压支板中心孔处,如图 24所示,钻头钻杆通过连接结构与电机转轴连接;如图23所示,三个施压电磁伸缩杆周向均匀安装在施压支板上侧,电磁伸缩杆支板安装在三个施压电磁伸缩杆上;如图22、25所示,第二定位机构安装在电磁伸缩杆支板上侧,电机安装在第二定位机构上,第一定位机构安装在电机上侧;上述第一定位机构和第二定位机构具有相同的结构,其安装方式和位置以电机中心平面互相对称。
[0055] 如图26所示,上述第一定位机构包括圆弧板、定位电磁伸缩杆、电机支板、伸缩杆外套、伸缩杆外套顶板,其中电机支板安装在电机一端,三个伸缩杆外套均匀安装在电机支板上,对于每一个伸缩杆外套,伸缩杆外套内部安装有定位电磁伸缩杆,定位电磁伸缩杆一端安装有圆弧板,伸缩杆外套顶端安装有伸缩杆外套顶板。
[0056] 如图29所示,上述连接结构包括卡块、连接里杆导轨、连接里杆、连接套杆、连接套杆导轨槽、连接套杆卡槽、卡块环、卡块环导轨槽,其中如图27所示,连接里杆安装在钻头钻杆一端,在连接里杆上对称的安装有两条连接里杆导轨,两个卡块对称的安装在连接里杆顶端且两个卡块对称面与两条连接里杆导轨对称面垂直;如图28所示,连接套杆安装在钻柱一端,连接套杆内部开有两条对称分布的连接套杆导轨槽和两条对称分布的连接套杆卡槽,两条连接套杆导轨槽的对称面与两条连接套杆卡槽的对称面垂直;如图28所示,连接里杆导轨与连接套杆导轨槽滑动配合,卡块与连接套杆卡槽滑动配合,如图30、31所示,卡块环上对称开有两个卡块环导轨槽,卡块环安装在连接套杆端面且两个卡块环导轨槽与两条连接里杆导轨滑动配合。
[0057] 本发明中,连接套杆导轨槽与连接里杆导轨配合使连接套杆带动连接里杆转动,当施压支板与定位机构之间的距离发生变化时,里杆导轨在套杆导轨槽中滑动,从而伸长了连接结构的长度。保证了钻头移动时传动的要求。
[0058] 本发明中钻头通过钻头钻杆、连接结构、电机转轴与电机连接,钻头钻杆安装在施压支板上,施压电磁伸缩杆通过调节自身长度调节施压支板与电磁伸缩杆支板的距离;第一定位机构和第二定位机构使电机能够处于所钻井井身中心;在定位机构中定位电磁伸缩杆的伸缩能够调节圆弧板的径向距离,控制圆弧板与井身的接触压力,进而能够通过圆弧板与井身的接触限制电机壳体自身转动;另一方面当岩石对钻头施加的阻力过大时,出于对钻头的保护通过调节圆弧板与井身的压力使圆弧板与井身发生相对滑动,以抵消电机施加的扭矩,同时可以提高井身的强度;本发明中将电机与钻头集成设计即在钻头上添加独立的供能系统,能够提高钻头在复杂钻井作业任务中的普遍适用性。
[0059] 如图1、12所示,上述施压电磁伸缩杆和定位电磁伸缩杆结构完全相同,对于施压电磁伸缩杆,它包括电磁内杆底板、电磁内杆、电磁外杆、电磁外杆顶板、 u型滑块、电磁单元、单元导电片、内杆导电片、内外杆导电片、外杆导电片、内杆弓型导轨、内杆弓型导轨中面、外杆弓型导轨、外杆弓型导轨中面,其中如图1所示,电磁内杆底板安装在电磁内杆底端,如图7所示,电磁内杆上具有对称分布的内杆弓型导轨;如图1所示,电磁外杆顶板安装在电磁外杆顶端,如图 7所示,电磁外杆上具有对称分布的外杆弓型导轨,电磁外杆通过外杆弓型导轨内面与内杆弓型导轨外面的配合安装在电磁内杆外侧;如图6、8、9所示,电磁内杆上的内杆弓型导轨中面上安装有内杆导电片,电磁外杆上的外杆弓型导轨中面上安装有外杆导电片,在内杆导电片和外杆导电片交接处的电磁内杆顶端端面上安装有内外杆导电片;内外杆导电片一端固定连接内杆导电片,另一端与外杆导电片接触并对外杆导电片施加一定压力;如图2、5所示,电磁单元两侧对称安装有两个u型滑块,两个u型滑块u型凹面内部均安装有单元导电片,u型滑块与内杆弓型导轨、外杆弓型导轨滑动配合,如图6、7所示,单元导电片与内杆导电片、外杆导电片滑动接触;多个电磁单元上下依次通过u型滑块安装在电磁内杆和电磁外杆组成的空间内。
[0060] 如图2、3、4所示,上述电磁单元包括单元壳体、单元顶板、单元底板、线圈、导磁柱,其中导磁柱一端安装有单元底板,另一端安装有单元顶板,导电线圈缠绕在导磁柱上,单元壳体安装在单元底板上,导磁柱、线圈均位于单元壳体内;两个u型滑块对称安装在单元壳体外侧,线圈两端分别与对称安装的两个单元导电片连接。
[0061] 本发明中如图3、10所示,电磁单元由线圈缠绕导磁柱而成,当线圈通电后,导磁柱两侧产生磁极;将多个电磁单元串联,当通电后,各个电磁单元产生磁极,当各个电磁单元之间产生相同磁极时,电磁单元之间产生斥力,间距拉大;当各个电磁单元之间产生互异磁极时,电磁单元之间相互吸引,间距缩短。设计中将多个电磁单元放入一个封闭的空间长度可变的空间内,本发明如图7所示,通过非导磁材料的电磁内杆和电磁外杆之间使用弓型导轨嵌套形成长度可调空间;电磁内杆和电磁外杆上的弓型导轨中面上均安装有导电片,并且内杆导电片和外杆导电片之间通过内外杆导电片连接通电,外部电流连接电磁内杆上的内杆导电片,在外杆滑动时,通过内外杆导电片将电流传导到外杆导电片上,内杆导电片和外杆导电片通过与电磁单元的单元导电片接触将外部电流导入到电磁单元中,每个电磁单元中的线圈与导电片、电源组成闭合回路。本发明通过电磁效应实现杆的伸缩,节能环保,而且基本没有易损部件。
[0062] 如图10、11所示,上述电磁外杆上还对称开有限位滑槽,并且在每个限位滑槽上各安装有一个限位罩,电磁内杆顶端对称安装有两个限位块,两个限位块分别在两个限位滑槽中滑动。通过电磁内杆上的限位块与电磁外杆上的限位槽的配合限定内杆和外杆之间的伸缩量。
[0063] 上述导磁柱、单元顶板和单元底板均为导磁材料。
[0064] 上述电磁内杆和电磁外杆为非导磁材料。
[0065] 如图13、14、21所示,上述钻头包括钻头钻杆、外层第二支撑、外层第一支撑、钻削头、外层底槽、外层钻环、中层钻环、中层底槽、内层钻盘、内齿环、行星齿轮、行星齿轮轴、中层第三支撑、中层第二支撑、中层第一支撑、外层第一支撑轴承、中层第三支撑轴承,其中如图19、20所示,内层钻盘上端安装在钻头钻杆下端,内层钻盘下侧安装有多个钻削头;如图17、18所示,中层钻环安装在中层第一支撑上,中层第一支撑安装在中层第二支撑上,中层第二支撑安装在中层第三支撑上,三个行星齿轮通过各自的行星齿轮轴周向均匀地安装在中层第三支撑上端,中层第三支撑通过中层第三支撑轴承安装在钻头钻杆上;钻头钻杆上在行星齿轮安装位置处具有齿型,钻头钻杆通过齿型与三个行星齿轮啮合,中层钻环下侧安装有多个钻削头;如图15、16所示,外层钻环安装在外层第一支撑上,外层第一支撑安装在外层第二支撑上,外层第二支撑内侧安装有内齿环,内齿环与三个行星齿轮外啮合,外层第一支撑通过外层第一支撑轴承安装在中层第三支撑上,外层钻环下侧安装有多个钻削头。
[0066] 本发明中如图21所示,钻头钻杆与内层钻盘连接,带动内层钻盘转动;中层钻环和三个中层支撑组成一个整体旋转件称为中层结构,其通过中层第三支撑轴承安装在钻头钻杆上,能够围绕钻头钻杆旋转;外层钻环和两个外层支撑组成一个整体旋转件称为外层结构,通过外层第一支撑轴承安装在中层第三支撑上,能够围绕中层第三支撑旋转。钻头钻杆作为太阳轮、安装有行星齿轮的中层作为行星架、安装有内齿环的外层共同组成行星轮传动;三层结构构成三速钻头,内层钻盘钻速与钻头钻杆相同,钻杆旋转内层结构必然以相同转速旋转,中层和外层钻环转速根据各自受到的岩石阻力自动调节转速,可以起到保护钻头的目的;当外层结构受到岩石的阻力远大于中层结构受到的阻力时,中层结构旋转,外层机构卡死,反之中层结构卡死,外层结构旋转;当中层和外层结构受到的阻力相似,那么两层结构均可以以相反的旋转方向旋转;中外两层结构的旋转关系极容易形成短时间内的交替旋转,这样就能在交替旋转中更加让岩石松动破碎,增加了钻头使用范围。本发明的钻头需要结合岩石吸附设备如冲水式吸泵来使用,目的是将破碎后的岩石从井下排出。
[0067] 如图13、21所示,上述钻头钻杆上还安装有密封环,密封环位于行星齿轮上侧且不与行星齿轮接触。密封环的设计防止了碎岩石进入行星齿轮中破坏齿轮啮合。密封环不与行星齿轮接触为了防止密封环干涉行星齿轮的运动。
[0068] 上述行星齿轮数目可以为1、3、4、5个中的任意一个。在空间允许的前提下,行星齿轮的数目越多其钻环可承受的阻力越大。
[0069] 如图14所示,上述中层钻环下侧周向均匀开有多个中层底槽且中层底槽安装位置位于钻削头的安装位置之间;外层钻环下侧周向均匀开有多个外层底槽且外层底槽安装位置位于钻削头的安装位置之间。在钻环底部还安装有钻环底槽,其能够对钻头破碎后的岩石起到导向排出的作用。
[0070] 如图15所示,上述外层钻环侧面还周向均匀安装有外层侧削头。在钻环外侧安装钻环侧削头,其能够防止井壁面对钻头侧壁的磨损。