專利名稱：電磁式鉆探?jīng)_擊器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁式鉆探?jīng)_擊器，具體地說是一種利用電磁原理、采 用高能可充電電池供電實(shí)現(xiàn)沖擊鉆探的沖擊器，屬于鉆探領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
巖石具有硬脆性，這就決定了在回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上疊加一個(gè)沖擊功，能 夠大幅度提高鉆探效率，降低鉆探成本。研究表明，沖擊回轉(zhuǎn)鉆探還具有鉆 孔質(zhì)量高、事故率低等優(yōu)點(diǎn)。為此，鉆探工作者花費(fèi)了大量人力、物力研究 各種沖擊器，然而現(xiàn)場(chǎng)使用效果都不很理想。目前使用的沖擊器大部分為液 力沖擊器和氣動(dòng)的沖擊器，普遍存在如下不足(1)沖錘依靠沖洗介質(zhì)來 驅(qū)動(dòng)、與沖洗介質(zhì)直接接觸，因此沖擊器使用時(shí)對(duì)沖洗介質(zhì)中的固相含量要
求十分嚴(yán)格，而鉆探過程沖洗介質(zhì)中難免會(huì)混入巖屑；(2)每種沖擊器只 能用于對(duì)應(yīng)的沖洗介質(zhì)鉆孔中，比如說液動(dòng)沖擊器不能用于空氣鉆探；(3) 沖擊器工作性能參數(shù)的調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)不易操作，維護(hù)和保養(yǎng)的成本高；
(4)由于重力的影響，在大井斜角井及水平井中使用受到一定的限制。
近年來，隨著我國(guó)西部大開發(fā)和國(guó)家地質(zhì)大調(diào)査戰(zhàn)略的實(shí)施，地勘行
業(yè)快速復(fù)蘇，鉆探工作量急劇增加，研制一種結(jié)構(gòu)科學(xué)、工作性能穩(wěn)定、控
制方法簡(jiǎn)單的沖擊器成為擺在鉆探工作者面前的迫切的任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種電磁式鉆探?jīng)_ 擊器，不僅結(jié)構(gòu)科學(xué)、制造成本低、調(diào)試使用方便、工作性能穩(wěn)定、控制方 法簡(jiǎn)單、易于維護(hù)和保養(yǎng)，而且可以用于任何介質(zhì)的鉆孔中。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是提供一種電磁式鉆探?jīng)_擊器，
包括上接頭1、外管8、沖錘12、鐵砧13、下接頭15、巖心管16及鉆頭17， 上接頭通過絲扣與外管連接并壓住支撐環(huán)2和端蓋3，端蓋通過絲扣與內(nèi)筒 7連接，內(nèi)筒與外管之間設(shè)有介質(zhì)通道9;內(nèi)筒里安裝有可充電電池4和控 制模塊6，在內(nèi)筒側(cè)壁安裝有傳感器5，傳感器與控制模塊連接；內(nèi)筒通過 絲扣與圓筒滑道ll連接，圓筒滑道外繞有線圈IO，圓筒滑道內(nèi)設(shè)有強(qiáng)磁圓柱沖錘；強(qiáng)磁圓柱沖錘下面設(shè)有鐵砧，鐵砧上設(shè)有過介質(zhì)通道14，鐵砧、下 接頭、巖心管和鉆頭依次通過絲扣連接。
上述電磁式鉆探?jīng)_擊器的從構(gòu)件的作用劃分，也可以說由供電部分、監(jiān) 測(cè)部分、控制部分、電磁驅(qū)動(dòng)部分和介質(zhì)流通道及鉆具部分組成。
所述可充電電池4作為供電部分，是可充電的高容量鋰離子電池，安裝 在內(nèi)筒7內(nèi)，為電磁驅(qū)動(dòng)部分及控制部分供電。
所述傳感器5作為監(jiān)測(cè)部分，安裝在內(nèi)筒側(cè)壁上。
所述控制模塊6作為控制部分，包含芯片、電子元器件，安裝在內(nèi)筒7 內(nèi)?？刂颇K6主要實(shí)現(xiàn)如下功能接收傳感器的信號(hào)，控制可充電電池4 對(duì)線圈10的供電方向和時(shí)間從而控制強(qiáng)磁圓柱沖錘的上下運(yùn)動(dòng)；可充電電 池組是由多組電池串并聯(lián)而成，工作時(shí)電流電壓較大，且工作環(huán)境十分惡劣 容易出現(xiàn)短路損壞等情況，控制模塊還具有對(duì)可充電電池進(jìn)行過壓、過流保 護(hù)的功能；此外，控制模塊還具有對(duì)孔內(nèi)重要參數(shù)進(jìn)行存貯和回放的功能。
所述的繞在圓筒滑道11外的線圈10和圓筒滑道內(nèi)的強(qiáng)磁圓柱沖錘12 組成電磁驅(qū)動(dòng)部分。所述的強(qiáng)磁圓柱沖錘是密封在圓筒滑道內(nèi)部。給線圈充 電時(shí)形成磁極與強(qiáng)磁性的強(qiáng)磁圓柱沖錘相互作用，通過不斷變換線圈的充電 方向則可以驅(qū)動(dòng)強(qiáng)磁圓柱沖錘在圓筒滑道內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)。
所述上接頭l、外管8、鐵砧13、下接頭15、巖心管16及鉆頭17構(gòu)成 鉆具部分，鐵砧不僅要把強(qiáng)磁圓柱沖錘12的沖擊功傳到下部巖心管及鉆頭 處，還要傳遞扭矩。
所述介質(zhì)通道9、過介質(zhì)通道14與巖心管16、鉆頭17內(nèi)腔相通，介質(zhì) 流通道是指可通液或氣體的通道，來自地表的沖洗介質(zhì)可經(jīng)介質(zhì)通道和過介 質(zhì)通道后進(jìn)入巖心管、鉆頭內(nèi)腔，直至孔底，完成冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆頭及排 粉的任務(wù)。
上述電磁式鉆探?jīng)_擊器的一種控制方法，其步驟為
A. 當(dāng)鉆頭開始回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，傳感器5監(jiān)測(cè)到鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)信息，信號(hào)傳輸給 控制模塊6，控制模塊發(fā)出指令，控制可充電電池4給線圈IO充電的方向、 時(shí)間，以控制強(qiáng)磁圓柱沖錘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沖擊鐵砧，沖擊能通過下接頭和 巖心管傳遞給鉆頭；
B. 當(dāng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束，傳感器5監(jiān)測(cè)到鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束信息，信號(hào)傳輸給控制模塊6，控制模塊向可充電電池4發(fā)出停止供電指令，強(qiáng)磁圓柱沖錘停止
運(yùn)動(dòng)，沖擊器停止工作。
本發(fā)明的沖擊器克服了傳統(tǒng)沖擊器的諸多不足，具有如下優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明的沖擊器結(jié)構(gòu)科學(xué)，由高能可充電電池供電，制造成本低、 工作性能穩(wěn)定。
2、 本發(fā)明的沖擊器將強(qiáng)磁圓柱沖錘密封在圓筒滑道內(nèi)，強(qiáng)磁圓柱沖錘 所受摩擦力小，能量損耗少，設(shè)計(jì)時(shí)可方便的調(diào)節(jié)沖擊行程和沖擊功，同時(shí) 密封的強(qiáng)磁圓柱沖錘不受沖洗介質(zhì)的影響，使沖擊器對(duì)沖洗介質(zhì)沒有任何要 求。
3、 本發(fā)明的沖擊器工作參數(shù)的調(diào)節(jié)比較容易，控制方法簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)操
作方便，維護(hù)和保養(yǎng)的成本低。
4、 本發(fā)明的電磁式鉆探?jīng)_擊器可使用在孔斜較大的鉆孔中。


圖1是本發(fā)明電磁式鉆探?jīng)_擊器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中l(wèi).上接頭，2.支撐環(huán)，3.端蓋，4.可充電電池，5.傳感器，6.控 制模塊，7.內(nèi)筒，8.外管，9.介質(zhì)通道，IO.線圈，ll.圓筒滑道，12.強(qiáng)磁 圓柱沖錘，13.鐵砧，14.過介質(zhì)通道，15.下接頭，16.巖心管，17.鉆頭。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
實(shí)施例l:本發(fā)明提供一種電磁式鉆探?jīng)_擊器，結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括
有上接頭l、支撐環(huán)2、端蓋3、可充電電池4、傳感器5、控制模塊6、內(nèi) 筒7、外管8、介質(zhì)通道9、線圈IO、圓筒滑道ll、強(qiáng)磁圓柱沖綞12、鐵砧 13、過介質(zhì)通道14，下接頭15、巖心管16及鉆頭17。
上接頭1通過絲扣與外管8連接并壓住支撐環(huán)2和端蓋3，端蓋通過絲 扣與內(nèi)筒7連接，內(nèi)筒里安裝有可充電電池4和控制模塊6，在內(nèi)筒側(cè)壁安 裝有傳感器5，傳感器與控制模塊連接，內(nèi)筒與外管之間設(shè)有介質(zhì)通道9; 內(nèi)筒通過絲扣與圓筒滑道ll連接，圓筒滑道外繞有線圈IO,圓筒滑道內(nèi)密 封有強(qiáng)磁圓柱沖錘12，強(qiáng)磁圓柱沖錘下面設(shè)有鐵砧13，鐵砧上設(shè)有過介質(zhì) 通道14，鐵砧、下接頭15、巖心管16、鉆頭17依次通過絲扣連接。
實(shí)施例2:本發(fā)明的電磁式鉆探?jīng)_擊器的工作時(shí)的控制方法和過程先把實(shí)施例1的電磁式鉆探?jīng)_擊器的上接頭1接到鉆桿底部，將沖擊器
下入鉆探孔內(nèi)到達(dá)孔底；鉆頭開始正常的回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，傳感器5—旦監(jiān)測(cè)到鉆 頭開始轉(zhuǎn)動(dòng)，立即向控制模塊6發(fā)出信號(hào)，控制模塊6接收到信號(hào)后，便下 達(dá)指令控制供電部分的可充電電池4為線圈10供電，包括控制供電的方向 和準(zhǔn)確的充電時(shí)間；當(dāng)給線圈正向供電時(shí)，在磁極同性相斥，異性相吸的原 理下，強(qiáng)磁圓柱沖錘12受到豎直向上的力，沖錘向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)沖錘接近圓 筒滑道頂部時(shí)，供電時(shí)間結(jié)束，控制模塊6控制可充電電池4給線圈反向供 電，此時(shí)強(qiáng)磁圓柱沖錘必定受到相反方向的力，也即豎直向下方向的磁力及 自身重力，向下做加速運(yùn)動(dòng)，并撞擊鐵砧13，沖擊能量通過下接頭15、巖 心管16傳至鉆頭17上，從而提高鉆探效率；強(qiáng)磁圓柱沖錘撞擊鐵砧后，控 制模塊立即控制可充電電池給線圈供電，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)，如此循環(huán)往復(fù)， 強(qiáng)磁圓柱沖錘不斷上、下運(yùn)動(dòng)，不斷撞擊鐵砧，實(shí)現(xiàn)沖擊回轉(zhuǎn)鉆探；
同時(shí)來自地表的沖洗介質(zhì)經(jīng)過介質(zhì)通道9和過介質(zhì)通道14后進(jìn)入巖心 管、鉆頭內(nèi)腔，直至孔底，完成冷卻鉆頭、潤(rùn)滑鉆頭及排粉任務(wù)。
當(dāng)鉆頭正常轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束，傳感器監(jiān)測(cè)到鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束信息，傳遞給控制模 塊，控制模塊向可充電電池發(fā)出停止供電指令，強(qiáng)磁圓柱沖錘停止運(yùn)動(dòng)，沖 擊器停止工作。
本發(fā)明電磁式鉆探?jīng)_擊器結(jié)構(gòu)科學(xué)、制造成本低、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試操作方便， 控制方法簡(jiǎn)單，易維護(hù)和保養(yǎng)，對(duì)沖洗介質(zhì)無任何要求，能夠大幅度提高鉆 探效率。本發(fā)明的電磁式鉆探?jīng)_擊器還可用于頂角較大的斜孔中，應(yīng)用前景 廣泛。
權(quán)利要求
1、一種電磁式鉆探?jīng)_擊器，包括上接頭、外管、沖錘、鐵砧、下接頭、巖心管及鉆頭，其特征在于上接頭通過絲扣與外管連接并壓住支撐環(huán)和端蓋，端蓋通過絲扣與內(nèi)筒連接，內(nèi)筒與外管之間設(shè)有介質(zhì)通道；內(nèi)筒里安裝有可充電電池和控制模塊，在內(nèi)筒側(cè)壁安裝有傳感器，傳感器與控制模塊連接；內(nèi)筒通過絲扣與圓筒滑道連接，圓筒滑道外繞有線圈，圓筒滑道內(nèi)設(shè)有強(qiáng)磁圓柱沖錘；強(qiáng)磁圓柱沖錘下面設(shè)有鐵砧，鐵砧上設(shè)有過介質(zhì)通道，鐵砧、下接頭、巖心管和鉆頭依次通過絲扣連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電磁式鉆探?jīng)_擊器，其特征在于強(qiáng)磁圓柱沖 錘密封在圓筒滑道內(nèi)部的。
3、 一種控制權(quán)利要求1所述的電磁式鉆探?jīng)_擊器的方法，其特征在于 步驟為.-A. 當(dāng)鉆頭開始回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，傳感器監(jiān)測(cè)到鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)信息，信號(hào)傳輸給控 制模塊，控制模塊發(fā)出指令，控制可充電電池給線圈充電的方向、時(shí)間，以 控制強(qiáng)磁圓柱沖錘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沖擊鐵砧，沖擊能量通過下接頭和巖心管 傳遞給鉆頭；B. 當(dāng)鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束，傳感器監(jiān)測(cè)到鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)束信息，信號(hào)傳輸給控制 模塊，控制模塊向可充電電池發(fā)出停止供電指令，強(qiáng)磁圓柱沖錘停止運(yùn)動(dòng)， 沖擊器停止工作。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電磁式鉆探?jīng)_擊器，包括供電、監(jiān)測(cè)控制、電磁驅(qū)動(dòng)和介質(zhì)通道及鉆具部分。上接頭、端蓋、內(nèi)筒、圓筒滑道通過絲扣連接，上接頭壓住支撐環(huán)和端蓋，內(nèi)筒與外管之間有介質(zhì)通道；內(nèi)筒里有可充電電池和控制模塊，側(cè)壁裝有傳感器；圓筒滑道外繞有線圈，其內(nèi)密封有強(qiáng)磁圓柱沖錘；沖錘下有鐵砧，鐵砧、下接頭、巖心管、鉆頭依次由絲扣連接。當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)信息，控制模塊指令控制電池給線圈供電的方向和時(shí)間，使沖錘上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，沖擊鐵砧，沖擊能量通過下接頭和巖心管傳遞給鉆頭，從而提高鉆探效率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)科學(xué)、制造成本低、調(diào)試操作方便，控制方法簡(jiǎn)單，易維護(hù)保養(yǎng)，對(duì)沖洗介質(zhì)無任何要求，可用于頂角較大的斜孔中。
文檔編號(hào)E21B1/38GK101509349SQ20091006126
公開日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者盧春華, 翔 吳, 蔣國(guó)盛, 鄢泰寧, 陸洪智 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)