[发明专利]一种水锤式钻井机

说明书

技术领域：

本发明属于打井、打桩技术领域，尤其涉及一种钻井设备，具体的说，是一种水锤式钻井机。 

技术背景：

目前工程实践中，常用的钻井机基本可分为冲击式、液压式钻井机。冲击式钻井机能源利用率低，噪声大，在城市施工中，对周围居民影响比较大，不适合在对噪声要求比较高的地区使用。液压式钻井机噪音小，但能耗高，结构复杂，生产费、施工费高，在土质松软，地质条件不很复杂的地区使用时，会浪费能源，增加建设成本。两种钻井机应用于倾斜井时，效果都不明显。 

发明内容：

本发明的目的是提供一种噪声比较低，在土质松软，地质条件不很复杂的地区使用时，效果明显，能源利用率高，能够钻倾斜井的钻井机。 

该发明主要由1数控机箱，2电缆线，3拉环，4注水排气孔，5顶部负压空气隔膜，6方向控制仪，7水泵，8法兰，9中部正压空气隔膜，10阀门板启动器，11外壳，12水锤管道壁，13水锤管道，14外流管道，15阀门板固定架，16阀门板，17阀门底座，18底部负压空气隔膜，19分流空腔，20钻头组成。 

本发明的构思是：与现有打井机不同，本发明用7水泵作为动力来源，带动水流循环。第一步：16阀门板在10阀门板启动器控制下开启，当13水锤管道内的水流达到一定速度时，16阀门板关闭至17阀门底座上，产生一次水锤冲击，水流的动量转化为整个钻井机的动量，打击一次土层；第二步：16阀门板再次开启，水流开始流动，流经19分流空腔分流后，进入到14外流管道，送回73水泵出水口，完成一次循环。整个过程中，5顶部负压空气隔膜、9中部正压空气隔膜、18底部负压阀门隔膜，调节钻井机内部气压平衡，促进水流循环，防止16阀门板关闭时，水流对7水泵的损坏。6方向控制仪在钻井机尾部外侧，共八个，分上下两排交错布置。每个6方向控制仪都能够在1数控机箱的控制下，单独动作，挤压井壁，控制整个钻机的姿态。1数控机箱控制钻井机内所有动力元件的动作，1数控机箱在地面，由人工控制，用 2电缆线连接至钻井机。 

本发明钻井机主要的噪声来源有7水泵，16阀门板和17阀门底座关闭时。本钻井机噪音比较低原理有以下几点： 

一、由于5顶部负压空气隔膜为柔性介质，包括有空气，程空气囊状，并围绕71水泵电动机一周。柔性介质有吸收噪音的作用，7水泵产生的噪声传递到5顶部负压空气隔膜时，部分被吸收，部分被反射回去，逐渐消耗，具有良好减弱噪声的作用。 

二、16阀门板和17阀门底座关闭时产生的噪音的传递途径主要有：1、通过水沿13水锤管道向上传递；2、通过水向下传递；3、通过固体沿17阀门底座传递。第1种途径中，噪声传到9中部正压空气隔膜时，部分被吸收，部分被反射，逐渐削弱，部分继续传递到7水泵，再次被5顶部负压空气隔膜削弱。第2种途径中，噪声传递到18底部负压阀门隔膜时，部分被吸收，部分被反射，逐渐削弱。第3种途径中，经固体向上的传播的声波也会在8法兰里面的法兰垫出得到削弱，经固体向下的传播的声波则会传递到地层中。 

三、两处噪声主要发源地，都浸在水中，外层又有外壳。声波在固液气三相交界面上相互反射、吸收，声波将会得到极大削弱。 

四、传统钻井机不仅有钻头冲击地层产生的噪声，地面的辅助设备也会产生极大的噪声，如柴油机等。并且地面的辅助设备产生的噪声直接通过空气传播，传播过程中的削弱效果不明显，对周围的居民的影响更大。 

本发明的结构不复杂，运动部件少，机械零部件之间的摩擦相对较少，水流流动产生的能量损失远没有机械摩擦产生的能量损失多。传统钻井机结构复杂，运动部件多，机械零部件之间的摩擦相对比较大。因此本发明的能源利用率相对为高。传统钻井机钻井时，由于与井壁的摩擦面积增大，往往会随着钻进的深度越大，摩擦力越大。本钻机与井壁的摩擦面积不变，不会出现钻进越深，摩擦力也大情况，这又从另一方面节省了能源。 

本发明中，6方向控制仪的伸展和收缩，可以增大和缩小与井壁的摩擦力，当土质改变而造成钻井机倾斜时，可以通过调节对应方向的6方向控制仪来调节钻井机到竖直状态。若由于工程需要而需开采有一定倾斜角的井时，可以通过强制八个6方向控制仪的各自伸展状态，来实现钻倾斜井的目的。 

该钻机由于采取上述机构，具有一下优点： 

1、在土质松软，地质条件不很复杂的地区使用时，打击的作用明显，能够满足工程需要。 

2、噪声比较低，适合在对噪声控制比较高的地区施工。 

3、既能够钻出竖直井，也能够钻出倾斜井，开拓了钻机的使用范围。