專(zhuān)利名稱(chēng)：冰層定向鉆井熱熔鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種在極地冰層鉆進(jìn)定向井使用的冰層定向鉆井熱熔鉆頭。
背景技術(shù)：
目前國(guó)際上使用的熱熔鉆具多為鉆進(jìn)垂直孔使用，當(dāng)主孔出現(xiàn)孔內(nèi)事故或需要開(kāi)分支孔時(shí)，則需要下入孔底造斜器，并利用特殊工具將孔底擴(kuò)大，然后下入熱熔鉆具，在造斜器斜面的幫助下，鉆具傾斜從而實(shí)現(xiàn)斜孔鉆迸。但是采用這種方法鉆進(jìn)斜孔，鉆具在自重作用下，始終具有向垂直方向偏移的趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后也必將回歸垂直方向，不能實(shí)現(xiàn)斜孔鉆迸。而隨著全球氣候變暖以及對(duì)極地冰蓋研究的深入，越來(lái)越多的科學(xué)家們不僅僅局限于研究冰芯本身，而開(kāi)始關(guān)注冰蓋自身的穩(wěn)定性，比如冰蓋每年的移動(dòng)速度，冰下河流及冰下湖泊流入大海的水流量等問(wèn)題。這些問(wèn)題的研究同時(shí)也就為鉆探技術(shù)提出了新的課題，需要一種不取芯快速成孔并且具備定向孔施工能力的新型鉆具。目前國(guó)際上已有的不 取芯熱熔鉆具的鉆頭都為中心加熱式，如德國(guó)的probes I和probes II和香港理工大學(xué)研究的衛(wèi)星熱熔鉆，這樣的加熱方式不能使鉆具實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)。威斯康辛-麥迪遜大學(xué)研制了ー種電動(dòng)機(jī)械定向鉆具，是依靠控制安裝在鉆具上的三根定向桿的張開(kāi)度來(lái)給鉆具施加一定的側(cè)向力，從而使鉆具在鉆進(jìn)中改變方向。針對(duì)熱熔定向鉆具的研究還沒(méi)有看到國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的介紹。但定向熱熔鉆具比電動(dòng)機(jī)械鉆具具有更強(qiáng)的操控性，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，工作也相對(duì)穩(wěn)定，在未來(lái)的研究中一定會(huì)成為極地冰層定向鉆具研究的主要方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在極地和冰川鉆探中能夠?qū)崿F(xiàn)定向鉆進(jìn)的冰層定向鉆井熱熔鉆頭。本發(fā)明是由六個(gè)加熱模塊組、半圓母卡塊和半圓公卡塊構(gòu)成，每個(gè)加熱模塊組是由加熱模塊和連接塊構(gòu)成，連接塊通過(guò)沉頭螺釘固定在加熱模塊的頂部，加熱模塊的內(nèi)壁延伸出接線柱，導(dǎo)線的一端與接線柱聯(lián)接，導(dǎo)線的另一端通過(guò)接頭與電源聯(lián)接，所述的接線柱、導(dǎo)線和接頭均采用防水處理，每個(gè)加熱模塊為ー個(gè)鑄銅加熱器，加熱模塊的側(cè)面和內(nèi)表面均涂有隔熱漆層，這樣有利于熱量通過(guò)外表面向冰層傳遞，六個(gè)加熱模塊組組合在一起形成圓頭狀鉆頭，圓頭狀鉆頭的底部中心具有排水ロ，上部鉆具排水泵的吸水管可以安裝到排水ロ附近位置，這樣可以及時(shí)將孔底熔融水排走，有利于熱量傳遞；所述連接塊的中部具有凹槽，半圓母卡塊和半圓公卡塊底部具有凸臺(tái)，凸臺(tái)卡入在凹槽中，這樣可以利用凸臺(tái)來(lái)承受鉆頭的重量；半圓母卡塊和半圓公卡塊上均開(kāi)設(shè)有第一螺紋孔，連接塊上開(kāi)設(shè)有第二螺紋孔，半圓母卡塊和半圓公卡塊與連接塊通過(guò)第一螺紋孔和第二螺紋孔用螺釘連接在一起；半圓公卡塊的ニ個(gè)豎壁上具有凸臺(tái)，半圓母卡塊的ニ個(gè)豎壁上具有卡槽,半圓母卡塊和半圓公卡塊結(jié)合在一起形成圓柱體，半圓公卡塊的凸臺(tái)卡如在半圓母卡塊的卡槽中，此結(jié)構(gòu)可以使半圓母卡塊和半圓公卡塊結(jié)合在一起形成的圓柱體與連接塊的連接更穩(wěn)固。半圓母卡塊和半圓公卡塊與上部鉆具可以根據(jù)需要選擇用螺釘連接或者用螺紋連接。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明很好地解決了在極地冰層中鉆進(jìn)定向井的難題，并且該鉆頭與現(xiàn)有鉆具具有很好的兼容性，只需將現(xiàn)有熱熔鉆具的控制系統(tǒng)與鉆頭電路配套就可使用該定向鉆頭，上部機(jī)械結(jié)構(gòu)基本不用變化；該熱熔鉆頭采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)単，易于更換，大大增加了鉆頭的壽命和使用效率。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例的立體分解示意圖。圖2是圖I的俯視3是本發(fā)明實(shí)施例之加熱模塊組的立體分解示意圖?！?br> 圖4是本發(fā)明實(shí)施例的另ー視角立體分解示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖I圖2、圖3和圖4所不，本發(fā)明是由六個(gè)加熱模塊組A、半圓母卡塊8和半圓公卡塊12構(gòu)成，每個(gè)加熱模塊組A是由加熱模塊3和連接塊2構(gòu)成，連接塊2通過(guò)沉頭螺釘I固定在加熱模塊3的頂部，加熱模塊3的內(nèi)壁延伸出接線柱6，導(dǎo)線5的一端與接線柱6聯(lián)接，導(dǎo)線5的另一端通過(guò)接頭4與電源聯(lián)接，所述的接線柱6、導(dǎo)線5和接頭4均采用防水處理，每個(gè)加熱模塊3為ー個(gè)鑄銅加熱器，加熱模塊3的側(cè)面和內(nèi)表面均涂有隔熱漆層，這樣有利于熱量通過(guò)外表面向冰層傳遞，六個(gè)加熱模塊組A組合在一起形成圓頭狀鉆頭B，圓頭狀鉆頭B的底部中心具有排水ロ 7，上部鉆具排水泵的吸水管可以安裝到排水ロ7附近位置，這樣可以及時(shí)將孔底熔融水排走，有利于熱量傳遞。所述連接塊2的中部具有凹槽15,半圓母卡塊8和半圓公卡塊12底部具有凸臺(tái)10,凸臺(tái)10卡入在凹槽15中，這樣可以利用凸臺(tái)10來(lái)承受鉆頭的重量；半圓母卡塊8和半圓公卡塊12上均開(kāi)設(shè)有第一螺紋孔13，連接塊2上開(kāi)設(shè)有第二螺紋孔14，半圓母卡塊8和半圓公卡塊12與連接塊2通過(guò)第一螺紋孔13和第二螺紋孔14用螺釘連接在一起；半圓公卡塊12的ニ個(gè)豎壁上具有凸臺(tái)11,半圓母卡塊8的ニ個(gè)豎壁上具有卡槽9,半圓母卡塊8和半圓公卡塊12結(jié)合在一起形成圓柱體,半圓公卡塊12的凸臺(tái)11卡如在半圓母卡塊8的卡槽9中,此結(jié)構(gòu)可以使半圓母卡塊8和半圓公卡塊12結(jié)合在一起形成的圓柱體與連接塊的連接更穩(wěn)固。半圓母卡塊8和半圓公卡塊12與上部鉆具可以根據(jù)需要選擇用螺釘連接或者用螺紋連接。本發(fā)明的工作過(guò)程和原理是I、采用本發(fā)明的熱熔鉆頭在冰層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆具需要安裝陀螺儀，隨時(shí)測(cè)量鉆孔的頂角和方位角。當(dāng)測(cè)量數(shù)據(jù)顯示鉆孔的方向角和設(shè)計(jì)軌跡偏離吋，即利用上位機(jī)向鉆具電路發(fā)出控制信號(hào)，使鉆頭六個(gè)加熱模塊3中的四個(gè)發(fā)熱，另外ニ個(gè)加熱模塊3停止加熱。這樣緊挨四個(gè)加熱模塊3的孔壁將繼續(xù)融化，而另ー側(cè)則緩慢融化或停止融化，這樣鉆具勢(shì)必將產(chǎn)生偏斜，從而改變鉆孔的方向，實(shí)現(xiàn)定向井的施工。在鉆進(jìn)過(guò)程中，可以編寫(xiě)程序，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆孔方向數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)處理后轉(zhuǎn)換為對(duì)鉆頭模塊加熱開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)，實(shí)時(shí)控制加熱模塊的開(kāi)閉。這樣就可以準(zhǔn)確的控制鉆具按照設(shè)計(jì)軌跡鉆迸。當(dāng)鉆孔方向回歸正確方向后，接通全部加熱模塊，鉆具實(shí)現(xiàn)全速鉆進(jìn)，這樣既能實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔方向的控制，又能保證鉆進(jìn)的速度。 2、當(dāng)熱熔鉆頭的加熱模塊3發(fā)生損害不能工作時(shí)，可以將鉆頭拆下，由于鉆頭模塊之間沒(méi)有聯(lián)系，為相互獨(dú)立的加熱系統(tǒng)，因此只需要將損壞的加熱模塊3換掉即可。這樣可以使每個(gè)加熱模塊3最大限度的發(fā)揮作用，大大增加了鉆頭的使用壽命，降低了成本。
權(quán)利要求
1.一種冰層定向鉆井熱熔鉆頭，特征在于是由六個(gè)加熱模塊組(A)、半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)構(gòu)成，每個(gè)加熱模塊組(A)是由加熱模塊(3)和連接塊(2)構(gòu)成，連接塊(2)通過(guò)沉頭螺釘(I)固定在加熱模塊(3)的頂部，加熱模塊(3)的內(nèi)壁延伸出接線柱(6)，導(dǎo)線(5)的一端與接線柱(6)聯(lián)接，導(dǎo)線(5)的另一端通過(guò)接頭(4)與電源聯(lián)接，所述的接線柱(6)、導(dǎo)線(5)和接頭(4)均采用防水處理，六個(gè)加熱模塊組(A)組合在一起形成圓頭狀鉆頭(B)，圓頭狀鉆頭(B)的底部中心具有排水口(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種冰層定向鉆井熱熔鉆頭，特征在于所述連接塊(2)的中部具有凹槽(15),半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)底部具有凸臺(tái)(10),凸臺(tái)(10)卡入在凹槽(15)中，半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)上均開(kāi)設(shè)有第一螺紋孔(13)，連接塊(2)上開(kāi)設(shè)有第二螺紋孔(14)，半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)與連接塊(2)通過(guò)第一螺紋孔(13)和第二螺紋孔(14)用螺釘連接在一起；半圓公卡塊(12)的二個(gè)豎壁上具有凸臺(tái)(11)，半圓母卡塊(8)的二個(gè)豎壁上具有卡槽(9)，半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)結(jié)合在一起形成圓柱體，半圓公卡塊(12)的凸臺(tái)(11)卡如在半圓母卡塊(8)的卡槽(9)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種冰層定向鉆井熱熔鉆頭，特征在于所述加熱模塊(3)為一個(gè)鑄銅加熱器，加熱模塊(3)的側(cè)面和內(nèi)表面均涂有隔熱漆層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種在極地冰層鉆進(jìn)定向井使用的冰層定向鉆井熱熔鉆頭，是由六個(gè)加熱模塊組、半圓母卡塊和半圓公卡塊構(gòu)成，每個(gè)加熱模塊組是由加熱模塊和連接塊構(gòu)成，六個(gè)加熱模塊組組合在一起形成圓頭狀鉆頭；本發(fā)明很好地解決了在極地冰層中鉆進(jìn)定向井的難題，并且該鉆頭與現(xiàn)有鉆具具有很好的兼容性，只需將現(xiàn)有熱熔鉆具的控制系統(tǒng)與鉆頭電路配套就可使用該定向鉆頭，上部機(jī)械結(jié)構(gòu)基本不用變化；該熱熔鉆頭采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于更換，大大增加了鉆頭的壽命和使用效率。
文檔編號(hào)E21B10/00GK102839918SQ20121033849
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者帕維爾達(dá)拉拉伊, 范曉鵬, 張楠, 孫友宏, 薛軍, 曹品魯, 鄭治川, 于達(dá)慧, 胡正毅, 楊成, 毛建設(shè) 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)