[发明专利]一种基于射频识别技术的多级变径随钻扩孔钻具及方法

摘要

本发明涉及一种基于射频识别技术的多级变径随钻扩孔钻具及方法，适用于深部构造煤层水平井井下多级扩孔时使用。包括射频识别激发机构、电液控制机构和多级扩孔回收机构三部分组成，利用多级扩孔回收机构完成扩孔刀翼的一级、二级扩张及回收；扩孔激活采用RFID系统激活电液控制机构，通过改变投下的电子标签球，改变所需的扩孔条件，实现扩孔的远程操控，在不更换钻具的前提下，在构造煤等较软地层中实现水平井、直井、斜井等多种方式的扩孔钻进，还可以根据工程需要完成某一孔段的多级扩孔作业；激发与扩孔机构结构可靠，随钻扩孔钻具扩孔方式可靠，扩孔率较高，可实现大口径成孔，扩孔稳定性好，自动化程度高。

主权项

1.一种基于射频识别技术的多级变径随钻扩孔钻具，其特征在于：它包括顺序连接的射频识别激发机构(100)、电液控制机构(200)和多级扩孔回收机构(300)，射频识别激发机构(100)、电液控制机构(200)和多级扩孔回收机构(300)之间通过螺纹连接；所述射频识别激发机构(100)包括外壳体A(101)，固定挡板A(102)，O型密封圈A(103)，RFID系统(104)，传输电缆A(105)，中心流道(106)，压紧螺钉(107)，固定筛网(108)，电子标签球(109)，其中外壳体A(101)管状结构，外壳体A(101)的侧壁开凹槽，凹槽中设有RFID系统(104)，RFID系统(104)通过O型密封圈A(103)和固定挡板A(102)固定，RFID系统(104)与传输电缆A(105)连接，并延伸至射频识别激发机构(100)外侧，外壳体A(101)内部设有固定筛网(108)，固定筛网(108)阻挡电子标签球(109)，使电子标签球(109)暂时储存于中心流道(106)中，便于电子标签球(109)的回收；所述电液控制机构(200)包括外壳体B(201)，内中心管(202)，支撑环(203)，微控制器(204)，微型天线(205)，固定挡板B(206)，环形空间(207)，第一复位弹簧(208)，滑动活塞A(209)，上部腔室(210)，电磁阀A(211)，电磁阀B(212)，固定挡板C(213)，LVDT式位移传感器(214)，注油孔(215)，第二复位弹簧(216)，O型密封圈B(217)，滑动活塞B(218)，轴向液流孔A(219)，轴向液流孔B(220)，传输电缆B(221)，O型密封圈C(222)，下部腔室(223)，锂电池(224)；其中外壳体B(201)与外壳体A(101)匹配，外壳体B(201)内设有内中心管(202)，内中心管(202)上方通过支撑环(203)与外壳体B(201)连接固定，内中心管(202)上方设有微控制器(204)，微控制器(204)顶部设有微型天线(205)，内中心管(202)内部为中空结构，微控制器(204)的尾端通过传输电缆B(221)与设置在内中心管(202)中的锂电池(224)相连接，锂电池(224)下方设有固定用的固定挡板B(206)，固定挡板B(206)下方在内中心管(202)中设有滑动活塞A(209)，滑动活塞A(209)和内中心管(202)之间设有0型密封圈C(222),固定挡板B(206)与滑动活塞A(209)之间设有第一复位弹簧(208)，滑动活塞A(209)下方设有固定挡板C(213)，固定挡板C(213)下方设有LVDT式位移传感器(214)，滑动活塞A(209)与固定挡板C(213)之间设有上部腔室(210)，固定挡板C(213)上预留两个纵向通道，通道内安置电磁阀A(211)和电磁阀B(212)，电磁阀A(211)和电磁阀B(212)分别控制液压油分别从两个纵向通道流入上部腔室(210)和下部腔室(223)，固定挡板C(213)下方设有套在第二复位弹簧(216)上的滑动活塞B(218)，滑动活塞B(218)尾部从外壳体B(201)尾部伸出，滑动活塞B(218)的头部活塞部分中设有容纳LVDT式位移传感器(214)测杆的圆柱形孔洞；LVDT式位移传感器(214)的测杆设置在滑动活塞B(218)部分的圆柱形孔洞中，微控制器(204)的尾端通过传输电缆B(221)还与电磁阀A(211)、电磁阀B(212)以及LVDT式位移传感器(214)相连接；所述多级扩孔回收机构(300)包括作为钻井液的流动通道的内管(301)和回收机构，内管(301)设置在回收机构中间，回收机构包括：活塞固定座(302)，滑动套管(303)，径向液流孔(304)，固定挡板D(305)，上扩孔刀翼(306)，切削齿(307)，销钉A(308)，连接轴(309)，下扩孔刀翼座(310)，下扩孔刀翼(311)，销钉B(312),O型密封圈D(313)；其中内管(301)为柱状套筒结构，内管(301)的侧壁上分别开有四道开口，所述回收机构包括滑动套管(303)和扩孔刀翼座(310)，其中滑动套管(303)顶部设有与滑动活塞B(218)连接的活塞固定座(302)，滑动套管(303)上设有多个径向液流孔(304)，可使钻井液顺利通过，滑动套管(303)两侧通过O型密封圈D(313)与设在外侧的固定挡板D(305)密封，防止钻井液外泄，滑动套管(303)下方通过销钉A(308)分别与四组刀翼的一端活动连接，四组刀翼的另一端分别与下扩孔刀翼座(310)通过销钉B(312)活动连接，所述刀翼包括上扩孔刀翼(306)和下扩孔刀翼(311)，上扩孔刀翼(306)和下扩孔刀翼(311)之间通过连接轴(309)活动连接，上扩孔刀翼(306)和下扩孔刀翼(311)外侧刀刃上设有切削齿(307)。