一种基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置

摘要

本发明涉及一种基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置，包括钻杆和切削头，所述钻杆的底端与切削头的顶端固定连接，所述钻杆内设有冷却机构和冲击机构，所述冲击机构包括冲击孔、底盖、滑杆、冲击块和两个动力组件，所述冷却机构包括进气组件、冷却管、第一单向阀和出气管，所述进气组件包括进气管、循环槽、集气管、第二单向阀、活塞、连杆、转盘、转轴和第一电机，该基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置通过冲击机构增强了钻井装置的碎石能力，提高了钻井的效率，不仅如此，还通过冷却机构降低钻井装置的温度，避免钻井装置因温度过高而影响钻井效率。

说明书

技术领域

本发明涉及煤层气探测设备领域，特别涉及一种基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置。

背景技术

煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，探测煤层气时通常使用钻井的方法，而钻头是钻井主要的设备之一，钻头的合理选型对提高钻井速度、降低钻井综合成本起着重要作用。

现有的钻头在钻井过程中容易经过剧烈摩擦然后产生高温，使钻头硬度降低，减少钻头的切削量，降低钻井效率，不仅如此，普通的钻头无法自身产生向下的冲击力来提高钻头的碎石能力，碎石能力低下，影响钻井效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术的不足，提供一种基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置，包括钻杆和切削头，所述钻杆的底端与切削头的顶端固定连接，所述钻杆内设有冷却机构和冲击机构；

所述冲击机构包括冲击孔、底盖、滑杆、冲击块和两个动力组件，所述底盖固定在冲击孔的底端，所述滑杆、冲击块和两个动力组件均设置在冲击孔内，两个动力组件分别设置在冲击块的两侧，所述滑杆的两端分别固定在冲击孔的顶端和底盖的上方，所述冲击块套设在滑杆上；

所述冷却机构包括进气组件、冷却管、第一单向阀和出气管，所述进气组件与冷却管的一端连通，所述冷却管的另一端与出气管的底端连通，所述出气管的顶端设置在钻杆的顶端，所述底盖和滑杆均套设在出气管上；

所述进气组件包括进气管、循环槽、集气管、第二单向阀、活塞、连杆、转盘、转轴和第一电机，所述循环槽设置在冲击孔的上方，所述集气管、活塞、连杆、转盘、转轴和第一电机均设置在循环槽内，所述第一电机固定在循环槽的内壁上，所述第一电机与转轴的一端传动连接，所述转盘套设在转轴的另一端，所述转盘通过连杆与活塞的一端铰接，所述集气管套设在活塞的另一端，所述集气管固定在循环槽的内壁上，所述进气管的顶端通过第二单向阀设置在钻杆的顶端，所述进气管与冷却管的一端连通，所述集气管套设在进气管上；

所述钻杆内设有PLC和天线，所述天线和第一电机均与PLC电连接。

作为优选，为了实现驱动冲击机构的功能，所述动力组件包括第二电机、离合单元、连接杆、支撑块、滚筒、连接线和定滑轮，所述第二电机固定在冲击孔的内壁上，所述第二电机通过离合单元与连接杆传动连接，所述支撑块和滚筒均套设在连接杆上，所述支撑块位于第二电机与滚筒之间，所述支撑块固定在冲击孔的内壁上，所述连接线的一端与滚筒固定连接，所述连接线的另一端绕过定滑轮与冲击块的一侧固定连接，所述第二电机与PLC电连接。

作为优选，为了提高连接线的强度，所述连接线为钢丝绳。

作为优选，为了方便冲击块冲击，所述离合单元包括伸缩杆、伸缩孔、丝杆、第三电机和两个离合板，所述第二电机与其中一个离合板传动连接，所述伸缩杆的一端与另一个离合板固定连接，所述伸缩孔套设在伸缩杆上，所述伸缩孔设置在连接杆的靠近第二电机的一端，所述第三电机固定在伸缩孔的远离伸缩杆的一侧的内壁上，所述第三电机与丝杆传动连接，所述伸缩杆套设在丝杆上，所述伸缩杆的与丝杆的连接处设有与丝杆匹配的螺纹，所述第三电机与PLC电连接。

作为优选，为了提高两个离合板之间的摩擦力，两个离合板之间设有两个锯齿纹，所述锯齿纹与离合板一一对应，所述锯齿纹固定在离合板上，两个锯齿纹交错设置。

作为优选，为了检测两个离合板是否合拢，两个离合板之间设有压力传感器。

作为优选，为了避免伸缩杆撞上第三电机，所述丝杆上设有限位块，所述限位块套设在丝杆的靠近第三电机的一端。

作为优选，为了方便检测冲击块在滑杆上的位置，所述滑杆的底端和顶端均设有红外线传感器，所述红外线传感器与PLC电连接。

作为优选，为了减小滑杆和冲击块之间的摩擦力，所述滑杆上涂有润滑油。

作为优选，为了提高冷却效果，所述活塞的远离连杆的一端设有密封圈，所述密封圈套设在活塞上。

本发明的有益效果是，该基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置通过冲击机构增强了钻井装置的碎石能力，提高了钻井的效率，与现有的冲击机构相比，该冲击机构通过离合单元控制冲击机构冲击，运动更加可靠，不仅如此，还通过冷却机构降低钻井装置的温度，避免钻井装置因温度过高而影响钻井效率，与现有的冷却机构相比，该冷却机构通过进气组件控制外界空气持续进入钻头吸收热量，效率更高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置的结构示意图；

图2是本发明的基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置的进气组件的结构示意图；

图3是本发明的基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置的动力组件的结构示意图；

图4是本发明的基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置的离合单元的结构示意图；

图中：1.钻杆，2.切削头，3.冲击孔，4.底盖，5.滑杆，6.冲击块，7.冷却管，8.第一单向阀，9.出气管，10.循环槽，11.集气管，12.第二单向阀，13.活塞，14.连杆，15.转盘，16.转轴，17.第一电机，18.第二电机，19.连接杆，20.支撑块，21.滚筒，22.连接线，23.定滑轮，24.伸缩杆，25.伸缩孔，26.丝杆，27.第三电机，28.离合板，29.锯齿纹，30.压力传感器，31.限位块，32.红外线传感器，33.密封圈，34.进气管。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置，包括钻杆1和切削头2，所述钻杆1的底端与切削头2的顶端固定连接，所述钻杆1内设有冷却机构和冲击机构；

所述冲击机构包括冲击孔3、底盖4、滑杆5、冲击块6和两个动力组件，所述底盖4固定在冲击孔3的底端，所述滑杆5、冲击块6和两个动力组件均设置在冲击孔3内，两个动力组件分别设置在冲击块6的两侧，所述滑杆5的两端分别固定在冲击孔3的顶端和底盖4的上方，所述冲击块6套设在滑杆5上；

所述冷却机构包括进气组件、冷却管7、第一单向阀8和出气管9，所述进气组件与冷却管7的一端连通，所述冷却管7的另一端与出气管9的底端连通，所述出气管9的顶端设置在钻杆1的顶端，所述底盖4和滑杆5均套设在出气管9上；

钻井装置通过钻杆2连接外接驱动设备使钻井装置获得动力，通过冷却机构冷却钻井装置，控制钻井装置在钻井时的温度，避免钻井装置过热而导致切削头2硬度降低，减小切削头2的切削能力，影响钻井效率，通过冲击机构使钻井装置在钻井过程中得到向下的冲击力，增强了钻井装置的碎石能力，提高了钻井的效率，通过动力组件使冲击块6在滑杆5上自由落体，使冲击块6通过敲击底盖4使切削头2得到向下的冲击力，从而方便切削头2碎石，提高了钻井装置的碎石能力，通过冷却机构中的进气组件使空气进入冷却管7内，由于第一单向阀8的单向性，空气只能从气管9通过第一单向阀8排出，从而使空气吸收钻井装置内的温度，实现了钻井装置降温的效果。

如图2所示，所述进气组件包括进气管34、循环槽10、集气管11、第二单向阀12、活塞13、连杆14、转盘15、转轴16和第一电机17，所述循环槽10设置在冲击孔3的上方，所述集气管11、活塞13、连杆14、转盘15、转轴16和第一电机17均设置在循环槽10内，所述第一电机17固定在循环槽10的内壁上，所述第一电机17与转轴16的一端传动连接，所述转盘15套设在转轴16的另一端，所述转盘15通过连杆14与活塞13的一端铰接，所述集气管11套设在活塞13的另一端，所述集气管11固定在循环槽10的内壁上，所述进气管34的顶端通过第二单向阀12设置在钻杆1的顶端，所述进气管34冷却管7的一端连通，所述集气管11套设在进气管34上；

第一电机17使转轴16转动，带动转盘15转动，转盘15通过连杆14使活塞13在集气管11内移动，从而改变冷却管7内的空气压强，当冷却管7内空气压强变小时，空气通过第二单向阀12流进集气管11内，当冷却管7内空气压强变大时，由于第二单向阀12的单向特性，冷却管7内的空气不能经过第二单向阀12流出，只能经过冷却管7通过第一单向阀8流出，实际操作中，第一电机17、转轴16、转盘15、活塞13、连杆14和集气管11构成曲柄滑块机构，所以活塞13可以在集气管11往复移动，从而使冷却管7的空气一直与外界空气循环流通带走钻井装置内的热量，实现了冷却钻井装置的效果。

所述钻杆1内设有PLC和天线，所述天线和第一电机17均与PLC电连接。

天线可以接收和发射信号，实现无线通讯，利用遥控器，手机等遥控设备向天线发射信号，由天线进行接收，PLC处理信号后，根据信号要求，使第一电机17转动，驱动冷却机构，实现智能化。

如图3所示，所述动力组件包括第二电机18、离合单元、连接杆19、支撑块20、滚筒21、连接线22和定滑轮23，所述第二电机18固定在冲击孔3的内壁上，所述第二电机18通过离合单元与连接杆19传动连接，所述支撑块20和滚筒21均套设在连接杆19上，所述支撑块20位于第二电机18与滚筒21之间，所述支撑块20固定在冲击孔3的内壁上，所述连接线22的一端与滚筒21固定连接，所述连接线22的另一端绕过定滑轮23与冲击块6的一侧固定连接，所述第二电机18与PLC电连接，第二电机18通过离合单元使连接杆19在支撑块20的支撑作用下带动滚筒21旋转，从而使连接线22缠绕在滚筒21，从而使连接线22缩短，带动冲击块6沿着滑杆5向上移动到滑杆5的底端，然后通过离合单元使滚筒21失去对连接线22的拉力，从而使冲击块6沿着滑杆5自由落体到滑杆5的底端，通过撞击底盖4使钻井装置得到向下的冲击力，实现了钻井装置向下冲击的功能。

作为优选，为了提高连接线22的强度，所述连接线22为钢丝绳，因为钢丝绳的强度高、自重轻、工作平稳、不易骤然整根折断，工作可靠，所以可以减少钻井装置的维修频率，提高钻井效率。

如图4所示，所述离合单元包括伸缩杆24、伸缩孔25、丝杆26、第三电机27和两个离合板28，所述第二电机18与其中一个离合板28传动连接，所述伸缩杆24的一端与另一个离合板28固定连接，所述伸缩孔25套设在伸缩杆24上，所述伸缩孔25设置在连接杆19的靠近第二电机18的一端，所述第三电机27固定在伸缩孔25的远离伸缩杆24的一侧的内壁上，所述第三电机27与丝杆26传动连接，所述伸缩杆24套设在丝杆26上，所述伸缩杆24的与丝杆26的连接处设有与丝杆26匹配的螺纹，所述第三电机27与PLC电连接，第三电机27使丝杆26旋转，带动伸缩杆24在伸缩孔25内移动，当伸缩杆24向离合板28方向移动时，使两个离合板28相互靠拢，从而使第二电机18通过两个离合板28驱动连接杆19旋转，当伸缩杆24向第三电机27方向移动时，使两个离合板28相互分离，从而使滚筒21失去对连接线22的拉力，冲击块6沿着滑杆5快速向下移动到滑杆5的底端，实现了控制冲击块6下降的功能。

作为优选，为了提高两个离合板28之间的摩擦力，两个离合板28之间设有两个锯齿纹29，所述锯齿纹29与离合板28一一对应，所述锯齿纹29固定在离合板28上，两个锯齿纹29交错设置，交错设置的锯齿纹29可以提高两个离合板28之间的摩擦力，避免了两个离合板28打滑。

作为优选，为了检测两个离合板28是否合拢，两个离合板28之间设有压力传感器30，当两个离合板28合拢时，触发压力传感器30给PLC提供信号，PLC控制第三电机27停止转动，避免了两个离合板28合拢时第三电机27继续转动而损坏丝杆26和伸缩杆24的螺纹。

作为优选，为了避免伸缩杆24撞上第三电机27，所述丝杆26上设有限位块31，所述限位块31套设在丝杆26的靠近第三电机27的一端，当伸缩杆24移动到丝杆26的靠近第三电机27的一端时，限位块31可以防止伸缩杆24继续移动，避免了伸缩杆24撞上第三电机27而导致第三电机27损坏。

作为优选，为了方便检测冲击块6在滑杆5上的位置，所述滑杆5的底端和顶端均设有红外线传感器32，所述红外线传感器32与PLC电连接，当红外线传感器32检测到冲击块6时，红外线传感器32给PLC提供信号，PLC控制第三电机27和第二电机18改变转动方向，从而控制冲击块6的移动方向，实现了控制冲击块6改变移动方向的功能。

作为优选，为了减小滑杆5和冲击块6之间的摩擦力，所述滑杆5上涂有润滑油，润滑油具有润滑作用，可以减小滑杆5与冲击块6之间的摩擦力，提高冲击块6在滑杆5移动的顺畅性。

作为优选，为了提高冷却效果，所述活塞13的远离连杆14的一端设有密封圈33，所述密封圈33套设在活塞13上，密封圈33可以提高活塞13与集气管11的密封性，避免因漏气而导致冷却管7内气压变小，从而降低冷却管7内空气的流动速度，降低冷却效果。

该钻井装置通过第三电机27和第二电机18驱动冲击机构使钻井装置在钻井过程中得到向下的冲击力，增强了钻井装置的碎石能力，提高了钻井的效率，还通过第一电机17驱动冷却机构冷却钻井装置，控制钻井装置在钻井时的温度，避免钻井装置过热而导致切削头2硬度降低，减小钻井装置切削能力，影响钻井效率。

与现有技术相比，该基于物联网的具有冷却功能的钻井效率高的钻井装置通过冲击机构增强了钻井装置的碎石能力，提高了钻井的效率，与现有的冲击机构相比，该冲击机构通过离合单元控制冲击机构冲击，运动更加可靠，不仅如此，还通过冷却机构降低钻井装置的温度，避免钻井装置因温度过高而影响钻井效率，与现有的冷却机构相比，该冷却机构通过进气组件控制外界空气持续进入钻头吸收热量，效率更高。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。