半周期自修正防彎鉆具的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種半周期自修正防彎鉆具，包括鉆頭和外管，其特征在于：外管由上、下巖心管組成，上巖心管上端連接有上偏心件，上偏心件的半個(gè)圓周面上均勻鑲焊矩陣狀合金上偏心體，上、下巖心管之間連接有下偏心件，下偏心件的半個(gè)圓周面上均勻鑲焊矩陣狀合金反向偏心體，分別布置有合金上偏心體和合金反向偏心體的兩個(gè)半圓周面相差180度，鉆頭為偏心鉆頭，連接于下巖心管下端，偏心鉆頭的最高偏心點(diǎn)與上偏心件的最高偏心點(diǎn)位于鉆具的同一母線Ⅰ上，下偏心件的最高偏心點(diǎn)位于鉆具的與母線Ⅰ相差180度的母線Ⅱ上。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原理巧妙、易于加工、防彎效果突出、實(shí)用性強(qiáng)、鉆進(jìn)效率高，從根本上解決進(jìn)行地下鉆孔施工時(shí)鉆孔易彎曲的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】半周期自修正防彎鉆具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地下鉆孔施工的鉆具，特別是一種半周期自修正防彎鉆具。

【背景技術(shù)】
[0002]進(jìn)行地下鉆孔施工時(shí)，由于受到地層結(jié)構(gòu)等多種原因的影響，通常會(huì)造成鉆孔彎曲，鉆孔彎曲后增大了鉆具的鉆進(jìn)阻力，致使鉆桿折斷，無(wú)法繼續(xù)施工，報(bào)廢鉆孔，或鉆孔質(zhì)量不合格，從而造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。地下鉆孔的施工歷史悠久，很多業(yè)內(nèi)專(zhuān)家及技術(shù)人員都在不斷研究探討鉆孔的防彎問(wèn)題，目前防止鉆孔彎曲的方法包括加大鉆孔孔徑，減小鉆進(jìn)壓力，鉆具上加裝導(dǎo)正器等，其對(duì)控制鉆孔傾角的彎曲有一定控制作用，但其控制鉆孔方位彎曲的效果較差，同時(shí)采用上述方法嚴(yán)重影響鉆進(jìn)效率，有的機(jī)臺(tái)24小時(shí)僅進(jìn)尺3-5米。因此，現(xiàn)有的防止鉆孔彎曲的方法亟待改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工、防彎效果突出的半周期自修正防彎鉆具，從根本上解決進(jìn)行地下鉆孔施工時(shí)鉆孔易彎曲的問(wèn)題，與現(xiàn)有防止鉆孔彎曲的方法相比，其原理巧妙，實(shí)用性強(qiáng)，防彎效果好，鉆進(jìn)效率高，同時(shí)不影響傳統(tǒng)的施工工藝和鉆具加工工藝。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種半周期自修正防彎鉆具，包括鉆頭和外管，其特征在于:所述外管由上、下巖心管組成，所述上巖心管上端連接有上偏心件，所述上偏心件的半個(gè)圓周面上均勻鑲焊有矩陣狀合金上偏心體，所述上、下巖心管之間連接有下偏心件，所述下偏心件的半個(gè)圓周面上均勻鑲焊有矩陣狀合金反向偏心體，分別布置有合金上偏心體和合金反向偏心體的兩個(gè)半圓周面相差180度，所述鉆頭為偏心鉆頭，連接于下巖心管下端，所述偏心鉆頭的最高偏心點(diǎn)與上偏心件的最高偏心點(diǎn)位于鉆具的同一母線I上，所述下偏心件的最高偏心點(diǎn)位于鉆具的與母線I相差180度角的母線II上。
[0005]上述的半周期自修正防彎鉆具，所述偏心鉆頭的最大半徑R與上、下偏心件的最高偏心點(diǎn)至鉆具軸線距離相等，所述上、下偏心件的偏心量的絕對(duì)值Η相等，且鉆孔孔徑D=2H+d=2R，其中，d為上、下巖心管外徑。
[0006]上述的半周期自修正防彎鉆具，所述偏心鉆頭由支撐剛體和燒結(jié)在支撐剛體端部的偏心磨削體組成。
[0007]上述的半周期自修正防彎鉆具，所述上偏心件與上巖心管之間、下偏心件與上、下巖心管之間、偏心鉆頭與下巖心管之間分別采用螺紋連接。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
1、正常情況下，鉆孔沒(méi)有彎曲呈直線鉆進(jìn)時(shí)，鉆具只受到壓力及扭矩作用，鉆具以自身軸線為中心而旋轉(zhuǎn)，鉆頭正常向下鉆進(jìn)，而當(dāng)鉆進(jìn)過(guò)程中受巖層等影響鉆孔稍有彎曲時(shí)(也可以稱(chēng)臨界彎曲)，鉆具在旋轉(zhuǎn)一周內(nèi)，其受力是不同的，故且分為上半周和下半周，在上半周時(shí)如圖5所示，下偏心件的合金反向偏心體的偏心最高點(diǎn)為支點(diǎn)G，頂在彎曲鉆孔的孔壁上，上偏心件的合金上偏心體的偏心最高點(diǎn)與反側(cè)的孔壁接觸并受到來(lái)自該反側(cè)孔壁的作用力F1，此時(shí)鉆具相當(dāng)于一個(gè)杠桿，F(xiàn)1是杠桿的動(dòng)力，偏心鉆頭會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生與F1相反方向的作用力F2，由于偏心鉆頭的偏心最高點(diǎn)也正處在鉆孔彎曲的反面，故作用力F2作用在鉆孔彎曲方向的反向巖石上，在磨削材料的作用下破碎巖石，從而自動(dòng)修正了鉆孔的彎曲；在鉆具旋轉(zhuǎn)到下半周時(shí)，如圖6所示，下偏心件偏心最高點(diǎn)轉(zhuǎn)到鉆孔彎曲的空位，失去支點(diǎn)作用，而上偏心件偏心最高點(diǎn)也轉(zhuǎn)到鉆孔彎曲的空位，孔壁對(duì)上偏心件的作用力F1消失，偏心鉆頭的偏心最高點(diǎn)剛好轉(zhuǎn)到鉆孔彎曲方向，也正處在空位，其對(duì)巖石的作用力F2消失，因此，此半周沒(méi)有對(duì)鉆孔彎曲產(chǎn)生作用，只有偏心鉆頭的底唇面向下破碎巖石。基于以上原因分析，鉆具的結(jié)構(gòu)形式使其不斷的修正巖層原因造成的鉆孔彎曲趨勢(shì)，平衡巖層原因施加給鉆頭的側(cè)移力，保持鉆孔呈直線狀態(tài)，不彎曲，防彎效果突出；
2、由于偏心鉆頭的偏心量作用，形成鉆孔孔徑大于偏心鉆頭的最大直徑，故偏心鉆頭在鉆孔內(nèi)存在一定的游動(dòng)空間，而不是完全的被巖石控制鉆頭的延伸方向，沿著巖層作用力的規(guī)律確定的鉆頭軌跡行走，而是讓偏心鉆頭有了可以改變延伸方向的空間，更利于鉆孔防彎；
3、由于在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆具本身具有自動(dòng)修正防彎功能，故顯著提高了鉆孔質(zhì)量和鉆進(jìn)效率，極大的避免了鉆桿折斷或鉆孔報(bào)廢帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中A-A向剖面圖；
圖3是圖1中B-B向剖面圖；
圖4是圖1的右視圖；
圖5是本發(fā)明在彎曲鉆孔內(nèi)進(jìn)行上半周修正的示意圖；
圖6是本發(fā)明在彎曲鉆孔內(nèi)進(jìn)行下半周修正的示意圖。
[0010]圖中序號(hào)說(shuō)明:1上偏心件、2合金上偏心、3上巖心管、4下偏心件、5下巖心管、6支撐剛體、7偏心磨削體、8合金反向偏心體。

【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1-4所示，該半周期自修正防彎鉆具，包括鉆頭和外管，所述外管由上、下巖心管3、5組成，所述上巖心管3上端連接有上偏心件1，所述上偏心件1的半個(gè)圓周面上均勻鑲焊有矩陣狀合金上偏心體2，所述上、下巖心管3、5之間連接有下偏心件4，所述下偏心件4的半個(gè)圓周面上均勻鑲焊有矩陣狀合金反向偏心體8，分別布置有合金上偏心體2和合金反向偏心體8的兩個(gè)半圓周面相差180度，所述鉆頭為偏心鉆頭，連接于下巖心管5下端，由支撐剛體6和燒結(jié)在支撐剛體6端部的偏心磨削體7組成，所述偏心鉆頭的最高偏心點(diǎn)與上偏心件1的最高偏心點(diǎn)位于鉆具的同一母線I上，所述下偏心件4的最高偏心點(diǎn)位于鉆具的與母線I相差180度角的母線II上。所述偏心鉆頭的最大半徑R與上、下偏心件1、4的最高偏心點(diǎn)至鉆具軸心距離相等，所述上、下偏心件1、4的偏心量的絕對(duì)值Η相等，且鉆孔孔徑D=2H+d=2R，其中，d為上、下巖心管外徑。所述上偏心件1與上巖心管3之間、下偏心件4與上、下巖心管3、5之間、偏心鉆頭的支撐剛體6與下巖心管5之間分別采用螺紋連接，組裝方便。
[0012]本實(shí)施例中,偏心鉆頭的最大半徑R為38.5mm,最小半徑r為37.5mm,偏心距e為1mm,成孔直徑(鉆孔孔徑D)為38.5 X 2=77mm,鉆孔孔徑D比偏心鉆頭直徑大1mm，這樣就滿足了偏心鉆頭在鉆孔內(nèi)要有一定的游動(dòng)空間，對(duì)克服巖層的固有物理特性，留存了鉆頭變向的間隙。上、下巖心管3、5的直徑d為73mm，以巖心管軸線為基準(zhǔn)計(jì)算，上偏心件1的最大偏心量Η為2mm，與鉆具軸線的距離為:73 + 2+2=38.5mm,同理下偏心件4的最大偏心點(diǎn)與鉆具軸線的距離也為38.5mm。
【權(quán)利要求】
1.一種半周期自修正防彎鉆具，包括鉆頭和外管，其特征在于:所述外管由上、下巖心管組成，所述上巖心管上端連接有上偏心件，所述上偏心件的半個(gè)圓周面上均勻鑲焊有矩陣狀合金上偏心體，所述上、下巖心管之間連接有下偏心件，所述下偏心件的半個(gè)圓周面上均勻鑲焊有矩陣狀合金反向偏心體，分別布置有合金上偏心體和合金反向偏心體的兩個(gè)半圓周面相差180度，所述鉆頭為偏心鉆頭，連接于下巖心管下端，所述偏心鉆頭的最高偏心點(diǎn)與上偏心件的最高偏心點(diǎn)位于鉆具的同一母線I上，所述下偏心件的最高偏心點(diǎn)位于鉆具的與母線I相差180度角的母線II上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半周期自修正防彎鉆具，其特征在于:所述偏心鉆頭的最大半徑R與上、下偏心件的最高偏心點(diǎn)至鉆具軸線距離相等，所述上、下偏心件的偏心量的絕對(duì)值H相等，且鉆孔孔徑D=2H+d=2R，其中，d為上、下巖心管外徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半周期自修正防彎鉆具，其特征在于:所述偏心鉆頭由支撐剛體和燒結(jié)在支撐剛體端部的偏心磨削體組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半周期自修正防彎鉆具，其特征在于:所述上偏心件與上巖心管之間、下偏心件與上、下巖心管之間、偏心鉆頭與下巖心管之間分別采用螺紋連接。
【文檔編號(hào)】E21B10/00GK104389522SQ201410662892
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年11月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月20日
【發(fā)明者】夏本玉 申請(qǐng)人:夏本玉