一种无杆钻井系统及钻井方法与流程

1.本发明涉及钻井技术领域，尤其涉及一种无杆钻井系统及钻井方法。


背景技术：

2.在钻井领域，尤其是大直径，大深度钻井领域的钻井技术不够成熟和稳定，由其直径在2米以上的钻井传统技术无法实施，常规钻井大直径井采用人工爆破等工具的方式，造成抽水困难、塌方等安全事故多，成本高的局面，该方式开挖深度达到50米以下时出现缺氧、粉尘等环境不利于人工作业，同时开挖料渣的处理困难。
3.如何规避这些问题，找到安全稳定大直径、大深度安全钻井技术是当前共同探索的问题。传统钻井技术利用地面驱动设备使钻杆转动，钻头进行钻孔、钻井时钻杆分节约2-6m每节，钻井实施时钻到一节钻杆深度后一次停机对接好钻杆启动开机循环往复方式钻入与钻杆长度相同的深井。退出时也是一节节钻杆拆开回收钻杆。当钻井时钻杆过长时由于驱动力较大钻杆较长产生钻杆晃动导致钻井的深度局限性。
4.通常钻杆直径较小(通常直径4-13厘米)并且钻孔基本与钻杆直径基本相同，其原因是钻杆在钻到150米之后晃动加大，因此常规钻井利用井壁来稳定转动的钻杆，才能钻得更深，但钻井深度受到限制。由其是大口径、大深度钻井显然不能沿用小口径长杆钻井方法，如2米直径的钻井要用2米的钻杆成本高，运行设备功率大且晃动大、投资增高，这会使得生产成本高，难于在现实中实施。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种可根据需求在一定范围内拐弯钻井、改变钻井方向无杆钻井机器人及系统。
6.本发明的技术方案是：一种无杆钻井系统包括固定装置、驱动钻采装置、井架吊装装置、料渣运输装置和分离装置；所述驱动钻采装置上设有多个升降驱动件，多个所述升降驱动件以不同或相同行程的升降方式连接在固定装置的下端，所述井架吊装装置与固定装置连接，所述料渣运输装置通过送料管道连接驱动钻采装置和分离装置形成出渣通道，且所述出渣通道内产生能传输渣料的吸力；所述分离装置连接一回水管道形成回水通道；
7.所述固定装置的外周设有多个能独立伸缩的伸缩压板；所述固定装置通过自重下落或通过井架吊装装置提升的方式与所述井架吊装装置连接。
8.上述方案中，设计整套的无杆钻井系统，集钻井、出渣、分离、回流于一体，有效保证钻井效率，在陆地钻井和海上钻井中都能够得到应用；另外，用于驱动钻采装置的升降驱动组件以不同行程的升降方式连接在固定装置上，由此能实现驱动钻采装置工作面伸长的长度变化，由此改变驱动钻采装置工作面的角度(及钻井方向)，可在一定范围内拐弯钻井(即可以钻竖井，也可以钻斜井)；并在固定装置上设置具有通过伸缩产生抓取力的伸缩压板，可冲抵驱动钻采装置的反作用力。
9.优选的，所述料渣运输装置包括渣浆泵和自带管道的吸盘；所述渣浆泵上设有吸
口和出口，所述吸口上增设有运动接口，所述运动接口与吸盘的管道连接，并在该连接部位设置弹簧圈；所述出口与送料管道连接。
10.优选的，所述驱动钻采装置的钻井动作通过第一驱动电机驱动，所述第一驱动电机上搭载有用于实现内外压力平衡的液压平衡器，所述液压平衡器包括具有液压缸内腔的缸体、设于所述缸体端部的卡板、往返于液压缸内腔的活塞，所述卡板安装第一驱动电机的外壳上，所述液压缸内腔与第一驱动电机的内腔连通。
11.优选的，所述固定装置还包括机架、第一驱动件和连杆，所述机架有多层，每层呈圆周均布多个第一驱动件，所述第一驱动件驱动伸缩压板伸缩，每个所述伸缩压板与机架之间连接所述连杆；所述升降驱动件安装在机架上。
12.优选的，所述驱动钻采装置包括刀盘和用于驱动所述刀盘旋转的第一驱动电机，所述刀盘上设有多个圆滚刀，多个圆滚刀沿刀盘的多条直径排布；所述圆滚刀在刀盘旋转方向侧设有多个平刮刀，所述刀盘的外圆表面设有多个凸出滚刀。
13.优选的，所述刀盘包括底盘、盘架和顶盘，所述底盘上具有不同直径的圆弧面a和圆弧面b，所述凸出滚刀设置在所述圆弧面a上；所述顶盘位于底盘的上方，所述盘架呈圆周均布多个，且所述盘架将所述顶盘和底盘连接；每个所述盘架上均排布设有多个所述圆滚刀，所述平刮刀设置在所述盘架的侧壁上。
14.优选的，所述圆弧面a的直径大于圆弧面b的直径，所述圆弧面a和圆弧面b之间通过平面c相连；所述顶盘的面积小于底盘的面积，使所述盘架向上倾斜设置。
15.基于同一个发明构思，本发明还提供一种利用上述无杆钻井系统进行钻井的方法，其包括：
16.设定所述固定装置向下位移的位移量以及每个升降驱动件的伸出行程量；启动固定装置向下位移至设定的位移量，所述固定装置伸出与钻井内壁贴合以保证固定装置停止；启动驱动钻采装置进行钻井，同时，多个所述升降驱动件按相同的行程量伸出以进行竖向钻井，或者，多个升降驱动件按不相同的行程量伸出以进行斜井钻井；驱动钻采装置钻井的同时启动料渣运输装置将料渣吸出至井外的分离装置中；所述分离装置分离渣料和水，分离的水排出分离装置外部；
17.当驱动钻采装置钻井进程达到预设的行程量后，固定装置缩回并脱离钻井内壁，所述固定装置再继续向下位移并到达预设的位移量；由上反复，直至完成钻井。
18.优选的，通过第一驱动电机驱动所述驱动钻采装置钻井动作，所述第一驱动电机搭载有液压平衡器，所述液压平衡器内设有活塞，驱动元件上潜水或下潜水时，活塞位移，将驱动元件内部压力与外部水压保持平衡。
19.优选的，所述驱动钻采装置上设有刀盘，所述刀盘的表面上具有不同直径的工作面；钻井时，不同直径的工作面同时作业；钻井结束后，驱动所述驱动钻采装置靠近大直径的工作面的升降驱动件缩回，使刀盘相对于固定装置倾斜后，再启动井架吊装装置将固定装置和驱动钻采装置提升钻井外部。
20.与相关技术相比，本发明的有益效果为：
21.一、本发明的无杆钻井系统集钻井、出渣、分离、回流于一体，提高了钻井效率，在陆地钻井和海上钻井中都能够得到应用；
22.二、所述无杆钻井系统用于驱动钻采装置的多个升降驱动件可实现不同伸长行程
或相同伸长行程，能实现驱动钻采装置工作面伸长的长度变化，由此改变驱动钻采装置工作面的角度(及钻井方向)，可在一定范围内拐弯钻井(即可以钻竖井，也可以钻斜井)；并在固定装置上设置具有通过伸缩产生抓取力的伸缩压板，可冲抵驱动钻采装置的反作用力；
23.三、所述无杆钻井系统能够用在钻井口径大、钻井深度深的钻井作业中；无需人工下井开挖，为钻井作业提供了工人的生命安全保障；
24.四、本发明通过设置液压平衡器，巧妙利用水压平衡钻井出渣的输送动力，使钻井过程中水位始终保持在井口水位(井口上位置)，减少了钻井深度变化使料渣运输装置的粗粒渣浆泵的扬程受到的影响，降低了料渣输出动力电力；
25.五、本发明在所有驱动电机上均搭载有液压平衡器，能够平衡各驱动电机内部与外部的压力，在达到水下2000米甚至是4000米之下能正常运行。
附图说明
26.图1为本发明提供的无杆钻井系统的平面结构示意图；
27.图2为本发明提供的无杆钻井系统中井架吊装装置、固定装置、驱动钻采装置和料渣运输装置连接的第一种切面的示意图；
28.图3为本发明提供的无杆钻井系统中井架吊装装置、固定装置、驱动钻采装置和料渣运输装置连接的第二种切面的示意图；
29.图4本发明提供的无杆钻井系统中井架吊装装置、固定装置、驱动钻采装置和料渣运输装置连接的的第三种切面的示意图；
30.图5为固定装置的结构示意图；
31.图6为刀盘的结构示意图；
32.图7为液压平衡器的结构示意图；
33.图8为液压平衡器内部结构示意图；
34.图9为管道卡送器第一种视角的结构示意图；
35.图10为管道卡送器第二种视角的结构示意图；
36.图11为无杆钻井系统变向钻井的示意图；
37.图12为本发明提供的无杆钻井系统的控制框原理示意图。
38.附图中：01、控制操作装置；02、井架吊装装置；03、分离装置；04、固定装置；05、驱动钻采装置；06、料渣运输装置；07、柱塞液压机；08、信息处理单元；09、信号传输装置；11、液压平衡器；
39.011、工作室；012、操作台；013、操作人员休息室；021、平台；022、吊机；023、井架支架；031、渣池；032、提升机；033、供水设备；034、回水管道；041、机架；042、伸缩压板；043、第一驱动件；044、连杆；051、刀盘；052、第一驱动电机；053、升降驱动件；0511、平刮刀；0512、圆滚刀；0513、凸出滚刀；05111、底盘；05112、盘架；05113、顶盘；
40.061、第二驱动电机；062、吸盘；063、送料管道；064、管道卡送器；0641、第三驱动电机；0642、压管滚轮；0643、弹簧滑板；0644、弹簧压板；0645、转杆手柄；0646、安装架；0647、基座；
41.071、液压机电机；072、液压机液压泵；073、液压机高压油箱；074、液压机低压油箱；091、视频采集设备；092、定位感应器；093、压力感应器；
42.111、缸体；112、卡板；113、活塞；114、液压缸内腔。
具体实施方式
43.以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
44.如图1所示，本实施例提供的一种无杆钻井系统包括控制操作装置01、井架吊装装置02、分离装置03、固定装置04、驱动钻采装置05、料渣运输装置06、柱塞液压机07、信息处理单元08、信号传输装置09和液压平衡器11。
45.所述控制操作装置01通过线缆分别连接无杆钻井系统中其他零部件。所述控制操作装置01包括工作室011，置于钻井外部地面。所述工作室011内设置有操作台012和操作人员休息室013。操作人员通过在工作室011的操作台012上作业，远程控制驱动钻采装置05钻井。
46.如图1、图2所示，所述井架吊装装置02包括平台021、吊机022和井架支架023。所述平台021通过井架支架023支撑于井口的上方。所述吊机022为卷扬机，其安装在平台021上，吊机022的钢丝绳与固定装置04的机架041顶部连接。
47.本发明提供的无杆钻井系统即可用于陆地钻井，也可以用于海上钻井。
48.如图1所示，所述分离装置03建在地面或船上适当位置。所述分离装置03包括用于与送料管道063连接的渣池031、用于将渣池031中的渣料提升以实现渣料和水分离的提升机032、用于将渣池内的水(包括分离的水，或者供水设备供应的水)经回水管道034流入钻井中的供水设备033。所述料渣运输装置06通过送料管道063连接驱动钻采装置05和分离装置03形成出渣通道。如在陆地上钻井时，所述分离装置03通过回水管道034与钻井或海连接形成回水通道。在钻井过程中，如井内缺水，则由供水设备033及时向渣池031内注水，水自渣池031的回水管道034流入钻井内。
49.如图2、图4、图5所示，所述固定装置04包括机架041、伸缩压板042、第一驱动件043和连杆044。所述机架041设有多层，每层呈圆周均布多个第一驱动件043，所述伸缩压板042与第一驱动件043的动力输出端连接，每个所述伸缩压板042与机架041之间连接所述连杆044。所述伸缩压板042为锥形柱结构，小径端靠近井壁设置，大径端与第一驱动件043连接。所述第一驱动件043为液压缸，其受液压控制将伸缩压板042向外推压时，使伸缩压板042接触到井壁受压形成固定作用。受液压控制内缩时，伸缩压板042脱离井壁，固定装置04可上下移动(同时结合吊机022动作吊起；向下则依靠固定装置04的自重向下移动)。每个第一驱动件043单独受控。
50.如图2、图6所示，所述驱动钻采装置05包括刀盘051、第一驱动电机052和升降驱动件053。所述刀盘051上设有多个圆滚刀0512，多个圆滚刀0512沿刀盘051的多条直径排布；所述圆滚刀0512在刀盘051旋转方向侧设有多个平刮刀0511，所述刀盘051的外圆表面设有多个凸出滚刀0513。所述第一驱动电机052安装在机架041中，所述第一驱动电机052通过齿轮副驱动刀盘051旋转，以实现钻井动作。
51.所述刀盘051包括底盘05111、盘架05112和顶盘05113，所述底盘05111上具有不同
直径的圆弧面a和圆弧面b，所述圆弧面a的直径大于圆弧面b的直径，所述圆弧面a和圆弧面b之间通过平面c相连。
52.所述凸出滚刀0513设置在所述圆弧面a上。所述顶盘05113位于底盘05111的上方。所述盘架05112呈圆周均布多个，且所述盘架05112将所述顶盘05113和底盘05111连接。每个所述盘架05112上均排布设有多个所述圆滚刀0512，所述平刮刀0511设置在所述盘架05112的侧壁上。，所述顶盘05113的面积小于底盘05111的面积，使所述盘架05112向上倾斜设置。所述底盘05111的底平面上排布设有滚刀。
53.所述升降驱动件053为液压缸，呈圆周布设多个，缸筒固定在机架041上，伸缩杆连接在刀盘051上。多个升降驱动件053行程相同时，刀盘051水平，实现竖向钻井。多个升降驱动件053行程不同，能够使刀盘051相对于机架041倾斜一定角度，不仅方便固定装置04及驱动钻采装置05退出钻井，还能够适用于钻斜井(如图11所示)。
54.所述第二驱动电机061用于驱动吸盘062转作，吸盘062边吸边转，提高吸尘效率。第二驱动电机061可通过齿轮组与吸盘062上的管道驱动连接。所述吸盘062上的管道可为刚性管。所述第二驱动电机061安装在机架041中。
55.如图1、图2所示，所述料渣运输装置06包括第二驱动电机061、吸盘062、送料管道063和管道卡送器064。所述吸盘062竖向安装在机架041上，且所述吸盘062靠近底盘05111设置形成吸料口。所述吸盘062上自带管道，该管道的末端形成出料口，该出料口通过粗粒渣浆泵(未图示)与送料管道063相连。所述粗粒渣浆泵上设有吸口和出口，所述送料管道063与粗粒渣浆泵的出口连接。吸口上设有运动接口和静接口，静接口直接设置在粗粒渣浆泵，需要转动的吸盘062的管道与粗粒渣浆泵的吸口的运动接口相连，这样，吸盘062的管道转动时不受静止的粗粒渣浆泵限制。在吸盘062的管道与粗粒渣浆泵上的吸口之间设计弹簧圈，实现密封。粗粒渣浆泵为市销产品。
56.所述送料管道063上设有管道卡送器064，如图9、图10所示，所述管道卡送器064包括压管滚轮0642、弹簧滑板0643、弹簧压板0644、转杆手柄0645安装架0646、和基座0647，所述压管滚轮0642呈上下相对设置，所述送料管道063自上下相对设置的压管滚轮0642之间穿过。位于下端的压管滚轮0642通过基座0647固定于钻井井口旁的地面，位于上端的压管滚轮0642的两端均连接有弹簧滑板0643，所述弹簧滑板0643与弹簧压板0644连接，所述弹簧压板0644与安装架0646升降连接，所述安装架0646与地面固定，所述转杆手柄0645螺纹连接在所述安装架0646上，且所述转杆手柄0645的末端与弹簧压板0644连接。通过转动转杆手柄0645可调整施加送料管道063的卡管压力。
57.另外，为了配合钻井工作的需要，可以实现送料管道063的进退，在基座0647上设置第三驱动电机0641，所述第三驱动电机0641与位于下端的压管滚轮0642连接，以驱动该压管滚轮0642旋转，由此带动送料管道063进退。
58.如图3所示，所述驱动钻采装置05的液压控制管路中安装有所述柱塞液压机07包括液压机电机071、液压机液压泵072、液压机高压油箱073和液压机低压油箱074。柱塞液压机07运行时开启液压机电机071，液压机低压油箱074的液压油通过液压机液压泵072泵出高压油进入液压机高压油箱073(在设计中可能会采用高压油箱，柱塞泵出来的高压油或水直接进入高压管道到缸内做功)，液压机高压油箱073通过高压管道和信息处理单元08开关，送出高压油收回平压油做功完成油缸的功能。柱塞液压机07为外购件，可采购江苏柱塞
泵锋机dhp型柱塞泵，或采购广州羊城柱塞水泵实业公司的产品。
59.如图3所示，所述信息处理单元08受控制操作装置01的指令，启动开关电源开关和电磁液压等开关。所述信号传输装置09包括安装在机架041上端的视频采集设备091、安装在驱动钻采装置05上的定位感应器092、及安装在伸缩压板042上的压力感应器093。所述视频采集设备091要求采购能耐高压的水下摄像头，可选用济南鸿众实验设备有限公司的产品，耐水深10000米。
60.如图7、图8所示，所述液压平衡器11包括具有液压缸内腔114的缸体111、设于缸体111端部的卡板112、往返于液压缸内腔114的活塞113。在柱塞液压机07、信息处理单元08的油浸箱上和驱动电机上搭载所述液压平衡器11，通过卡板112安装在合适位置。所述液压缸内腔114与柱塞液压机07油箱内腔、信息处理单元08的油浸箱内腔和驱动电机内腔连通。
61.如需要解决某一驱动电机压力平衡时，将所述液压平衡器11搭载在该驱动电机上，并是液压缸内腔114与该驱动电机内腔相同。当该驱动电机下潜水时，压力作用下活塞113向内移动(如图8所示的向右移动)；当该驱动电机上潜水时，由于外部压力降低使活塞113向外移动(如图8所示的向左移动)，形成电机内腔压力与外部液压基本相等(电机内腔与电机壳外部水压力基本相等)，使电机外壳不受外部压强变化而变化。
62.另外，电机内部物件同时采用抗压的合金钢，在4000米之下的水深也不会造成其电机内部构件的变形。电机内腔由变压器用的变压油充满后，其内腔带电构件之间不会产生相互导电，能确保电机正常工作。电机电压为380v～660v之间调整或更高，保障远距离的电缆电力输送及电机的功率稳定。采用的抗压合金钢壳采购河北石家庄高铬合金钢。
63.具体实施时，按钻井计划定位后在地表层人工挖砌一口深度大于固定装置04安装驱动钻采装置05后的总高度、直径略大于固定装置04的直径的预筑井，且预筑井底必须达到一定强度的岩层，其目的是不需要井壁护层就能达到井壁不塌。当预筑井底岩层强度不够的同时地表井深过长，即采取目标钻井口径更大的刀盘051，刀盘051超出目标钻井口径的钻井口径的部分为井壁护层的部分。
64.在预筑井口搭设井架支架023并安装整套井架吊装装置02。将渣池031与工作室011完成通电、通水、通路。将固定装置04安装驱动钻采装置05的整体运送至井架吊装装置02旁侧，再配合使用吊机将固定装置04与吊机022连接后，将固定装置04放入预筑井内。并按照图1完成其他零部件的安装。
65.如图12所示，工作时，所述控制操作装置01发送指令开启液压机电机071使柱塞液压机07运行。待液压做功，再启动第一驱动件043将缸杆外推，伸缩压板042压紧井壁，固定所述固定装置04及驱动钻采装置05。再启动升降驱动件053，调整刀盘051的位置，启动第一驱动电机052转动刀盘051钻进，钻进的过程中同时驱动升降驱动件053，通过刀盘051的切割和液压向下的压力，碾压破碎工作岩层。破碎的岩石在刀盘051的作用下筛选出小于8cm颗粒渣料。启动第二驱动电机061，碾碎筛出的料渣泥土混入水中通过吸盘062吸入，再经送料管道063进入渣池031中沉淀。再由提升机将渣料提出与水分离，最后，分离的水经回水管道034回流到钻井中。渣料再经提升机032提出分离装置03外部，以便于清理。
66.钻井时，井口水位要求保持在井口上位置，以使料渣运输装置06的泵输扬程的变化在合适范围内(小幅度变化)。如水位下降，则由控制操作装置01启动供水设备033提供供水。
67.所述升降驱动件053的液压杆伸缩长度为一个行程的掘进长度，驱动钻采装置05钻井过程中，当升降驱动件053伸出达到该行程时，第一驱动电机052停机，第一驱动件043缩回，固定装置04受自重向下移动至新的位置，升降驱动件053全部缩回。重复上述步骤，开始新的钻探工作，直至升降驱动件053伸出达到该行程时，再下移固定装置04，直至完成钻井。
68.钻井完成后，缩回伸缩压板042，启动吊机022将固定装置04和驱动钻采装置05提升至井口。
69.无杆钻井系统各设备运行时，在工作室011的电脑屏上显示各装置运行状态、调整指令的关系及制动控制部分的实施性质。
70.所述无杆钻井系统可灵活机动的适度拐弯钻井：拐弯实施时，只需控制操作装置01指令多个升降驱动件053的伸缩杆长度，即控制刀盘051倾斜拐弯钻井(如图11所示)。
71.如图11所示，拐弯钻井：控制操作装置01驱动升降驱动件053伸长，且根据指令要求，执行不同的伸长行程，使刀盘051与机架041之间形成角度，能够实现拐弯钻井。
72.退出方案：启动第一驱动件043将伸缩压板042缩回，将靠近凸出滚刀0513侧的升降驱动件053伸长，其余的升降驱动件053缩回，使刀盘051倾斜后的垂直投影尺寸与机架041的直径相近，再启动吊机022提升固定装置04及驱动钻采装置05并退出钻井。
73.钻井深度：按钻井深度配备系统固定装置04所用线缆长度，当供电线路超出500米，可进行变压处理，固定装置04的动力电线缆和电机为380v-660v可调电缆和变频变压电机。
74.所述信息处理单元08为抗压技术设计，其电器具、电磁开关、电磁液压阀等原件都安装在封闭的油箱内，该油箱连通液压平衡器11的液压缸内腔114。控制操作装置01根据信息处理单元8提供的动力电机信息进行调整供电电压，保持动力电机功率的有效性和正常运行的动力。能确保钻井主体装置a稳定性和连续性，该结构设计可达到水下2000米及以下都能正常运行。
75.第一驱动电机052(至少两个)、第二驱动电机061都采用油浸式电机，电机外壳都安装有液压平衡器11，油浸式电机内腔与液压平衡器11的液压缸内腔114相连通，两者内腔中充斥着变压器油。使用的油浸式电机可采购济南预立直驱电机有限公司的产品，可耐高压、平稳运行(在水下5000米之内能正常运行)。当电机外部环境压强高于电机腔内压强时，活塞113自然向缸体111内移动，平衡油浸式电机内外压强，保障了电机外壳不受压强影响而变形及损坏。该结构设计使电机在水下负2000米能正常运行。所述第一驱动电机052和第二驱动电机061的电机外壳都设计采用不锈钢电机外壳，电机内部配件采用抗压性合金钢。
76.柱塞液压机07抗压技术：液压控制管路中搭载的柱塞液压机07也采用了活塞式油浸压力平衡器，解决了柱塞液压机储油箱的油压平衡，即常规柱塞液压机的回路油管连接的储油箱，该储油箱为柱塞液压机提供油泵吸油源。在地面时，该油箱油压强为与大气相连接的压强(液压机常用的开式油箱)。当潜下水时，通过增设了液压平衡器11，平衡器的油与油箱相通，形成封闭油箱即是闭式油箱。当下潜时，液压平衡器11的活塞113向内移动达到闭式油箱与外环境的液压相通时，活塞113停止移动。电机及闭式油箱上潜时，活塞113向外移动保持电机及闭式油箱内与外部压强基本相等。同时为柱塞液压机07吸油的油源提升了一定的压强，在增压时只需增加该机外在的环境压强的增长部分即可做功，柱塞液压机07
的工作即得到动力的保障。
77.闭式油箱：信息处理单元08平衡压强的方式为采用闭式油箱保护信息处理单元08的开关及元件的正常运行。将信息处理单元08的设备开关元件等安装在闭式油浸箱里，封闭式油箱安装一个液压平衡器11来平衡箱里箱外的压强，保障封闭式油箱外壳不受下潜时提高的压强造成变形和破损，闭式油箱可确保在油浸箱内的设备及开关元件等电路元件相互导电被阻断，确保钻井主体装置a的钻井运行正常。
78.摄像与信息：控制操作装置01通过信号传输装置09传输的信息和实时视频，便于控制操作装置01指令时通过信息处理单元08控制处理各功能相互配合完成钻井工作。
79.上述系统中所有涉及的电器元件均为外购件。例如，柱塞液压机07可选用江苏锋机流体科技有限公司的产品。
80.本发明还提供一种利用上述无杆钻井系统进行钻井的方法，具体包括：
81.设定所述固定装置04向下位移的位移量以及每个升降驱动件053的行程量；启动固定装置04向下位移至设定的位移量，所述固定装置04伸出与钻井内壁贴合以保证固定装置04停止；启动驱动钻采装置05进行钻井，同时，多个所述升降驱动件053按相同的行程量伸出以进行竖向钻井，或者，多个升降驱动件053按不相同的行程量伸出以进行斜井钻井；驱动钻采装置05钻井的同时启动料渣运输装置06将料渣吸出至井外的分离装置03中；所述分离装置03分离渣料和水，分离的水回流至钻井中。
82.当驱动钻采装置05钻井进程达到预设的行程量后，固定装置04缩回脱离钻井内壁，所述固定装置04再继续向下位移并到达预设的位移量；由上反复，直至完成钻井。
83.用于驱动刀盘051旋转的第一驱动电机052、及用于驱动吸盘062转动的第二驱动电机061上均搭载有液压平衡器11，所述液压平衡器11内设有活塞113，在固定装置04和驱动钻采装置05上潜水或下潜水时，趋势活塞113位移，分别使第一驱动电机052和第二驱动电机061内部压力与外部水压保持平衡。
84.完成钻井后，所述驱动钻采装置05上设有刀盘051，所述刀盘051的表面上具有不同直径的工作面(a面和b面)；钻井时，不同直径的工作面同时作业；钻井结束后，驱动所述驱动钻采装置05靠近大直径的工作面(a面)的升降驱动件缩回，使刀盘051相对于固定装置04倾斜后，再启动井架吊装装置02将固定装置04和驱动钻采装置05提升钻井外部。
85.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种无杆钻井系统，其特征在于，包括固定装置(04)、驱动钻采装置(05)、井架吊装装置(02)、料渣运输装置(06)和分离装置(03)；所述驱动钻采装置(05)上设有多个升降驱动件(053)，多个所述升降驱动件(053)以不同或相同行程的升降方式连接在固定装置(04)的下端，所述井架吊装装置(02)与固定装置(04)连接，所述料渣运输装置(06)通过送料管道(063)连接驱动钻采装置(05)和分离装置(03)形成出渣通道，且所述出渣通道内产生能传输渣料的吸力；所述分离装置(03)连接一回水管道(034)形成回水通道；所述固定装置(04)的外周设有多个能独立伸缩的伸缩压板(042)；所述固定装置(04)通过自重下落或通过井架吊装装置(02)提升的方式与所述井架吊装装置(02)连接。2.根据权利要求1所述的无杆钻井系统，其特征在于，所述料渣运输装置(06)包括渣浆泵和自带管道的吸盘(062)；所述渣浆泵上设有吸口和出口，所述吸口上增设有运动接口，所述运动接口与吸盘(062)的管道连接，并在该连接的部位设置弹簧圈；所述出口与送料管道(063)连接。3.根据权利要求1所述的无杆钻井系统，其特征在于，所述驱动钻采装置(05)的钻井动作通过第一驱动电机(052)驱动，所述第一驱动电机(052)上搭载有用于实现内外压力平衡的液压平衡器(11)，所述液压平衡器(11)包括具有液压缸内腔(114)的缸体(111)、设于所述缸体(111)端部的卡板(112)、往返于液压缸内腔(114)的活塞(113)，所述卡板(112)安装第一驱动电机(052)的外壳上，所述液压缸内腔(114)与第一驱动电机(052)的内腔连通。4.根据权利要求1所述的无杆钻井系统，其特征在于，所述固定装置(04)还包括机架(041)、第一驱动件(043)和连杆(044)，所述机架(041)有多层，每层呈圆周均布多个第一驱动件(043)，所述第一驱动件(043)驱动伸缩压板(042)伸缩，每个所述伸缩压板(042)与机架(041)之间连接所述连杆(044)；所述升降驱动件安装在机架(041)上。5.根据权利要求1所述的无杆钻井系统，其特征在于，所述驱动钻采装置(05)包括刀盘(051)和用于驱动所述刀盘(051)旋转的第一驱动电机(052)，所述刀盘(051)上设有多个圆滚刀(0512)，多个圆滚刀(0512)沿刀盘(051)的多条直径排布；所述圆滚刀(0512)在刀盘(051)旋转方向侧设有多个平刮刀(0511)，所述刀盘(051)的外圆表面设有多个凸出滚刀(0513)。6.根据权利要求5所述的无杆钻井系统，其特征在于，所述刀盘(051)包括底盘(05111)、盘架(05112)和顶盘(05113)，所述底盘(05111)上具有不同直径的圆弧面a和圆弧面b，所述凸出滚刀(0513)设置在所述圆弧面a上；所述顶盘(05113)位于底盘(05111)的上方，所述盘架(05112)呈圆周均布多个，且所述盘架(05112)将所述顶盘(05113)和底盘(05111)连接；每个所述盘架(05112)上均排布设有多个所述圆滚刀(0512)，所述平刮刀(0511)设置在所述盘架(05112)的侧壁上。7.根据权利要求6所述的无杆钻井系统，其特征在于，所述圆弧面a的直径大于圆弧面b的直径，所述圆弧面a和圆弧面b之间通过平面c相连；所述顶盘(05113)的面积小于底盘(05111)的面积，使所述盘架(05112)向上倾斜设置。8.一种利用权利要求1-7任一项所述的无杆钻井系统进行钻井的方法，其特征在于，包括：设定所述固定装置(04)向下位移的位移量以及每个升降驱动件(053)的伸出行程量；启动固定装置(04)向下位移至设定的位移量，所述固定装置(04)伸出与钻井内壁贴合以保
证固定装置(04)停止；启动驱动钻采装置(05)进行钻井，同时，多个所述升降驱动件(053)按相同的行程量伸出以进行竖向钻井，或者，多个升降驱动件(053)按不相同的行程量伸出以进行斜井钻井；驱动钻采装置(05)钻井的同时启动料渣运输装置(06)将料渣吸出至井外的分离装置(03)中；所述分离装置(03)分离渣料和水，分离的水排出分离装置(03)外部；当驱动钻采装置(05)钻井进程达到预设的行程量后，固定装置(04)缩回并脱离钻井内壁，所述固定装置(04)再继续向下位移并到达预设的位移量；由上反复，直至完成钻井。9.根据权利要求8所述的进行钻井的方法，其特征在于，通过第一驱动电机(052)驱动所述驱动钻采装置(05)钻井动作，所述第一驱动电机(052)上搭载有液压平衡器(11)，所述液压平衡器(11)内设有活塞(113)，驱动元件上潜水或下潜水时，活塞(113)位移，将第一驱动电机(052)内部压力与外部水压保持平衡。10.根据权利要求8所述的进行钻井的方法，其特征在于，所述驱动钻采装置(05)上设有刀盘(051)，所述刀盘(051)的表面上具有不同直径的工作面；钻井时，不同直径的工作面同时作业；钻井结束后，驱动所述驱动钻采装置(05)靠近大直径的工作面的升降驱动件(053)缩回，使刀盘(051)相对于固定装置(04)倾斜后，再启动井架吊装装置(02)将固定装置(04)和驱动钻采装置(05)提升钻井外部。

技术总结
本发明提供一种无杆钻井系统及钻井方法。所述无杆钻井系统包括固定装置、驱动钻采装置、井架吊装装置、料渣运输装置和分离装置；所述驱动钻采装置通过多个升降驱动件连接于固定装置的底部，所述井架吊装装置与固定装置连接，所述料渣运输装置通过送料管道连接驱动钻采装置和分离装置形成出渣通道，且所述出渣通道内产生能传输渣料的吸力；所述分离装置连接一回水管道形成回水通道；所述固定装置的外周设有伸缩压板。本发明设计整套的无杆钻井系统，集钻井、出渣、分离、回流于一体，有效保证钻井效率，在陆地钻井和海上钻井中都能够得到应用。用。用。


技术研发人员：胡鹏
受保护的技术使用者：神龙汇（北京）机器人科技有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/28