防斜保直器的製作方法

2023-07-23 19:31:56 2

專利名稱：防斜保直器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種小口徑地質巖心鑽探施工中為防止鑽孔彎曲的防斜保直裝置。
為予防鑽孔彎曲，常採用增加鑽具剛性、儘量減少孔壁間隙的方法，但巖心鑽探口徑較小，在各向異性的巖層中，其效果往往不佳。蘇聯專利966219，1982年10月15日公布的鑽進直孔用的萬向節裝置，提出了新的方法，其鑽具內部由於存在雙臂球頭軸和偏心導正套，在鑽進彎曲孔段時可獲得較大的反偏斜力。但鑽進壓力和提升鑽具時是靠雙臂球頭軸側面傳遞而佔去較大面積，故雙臂球頭軸上、下臂直徑和剛性較小，致使鑽具系列不全(缺少φ56、φ59口徑鑽具)，應用受到限制。
本實用新型的目的是要提供一種改進的鑽進直孔用的防斜保直裝置，它能增加雙臂球頭軸上、下臂的直徑，從而提高鑽具的剛性和擴大鑽具系列(可在φ56、φ59口徑應用)，並提高其靈活性。
見說明書附圖


圖1、圖2、圖3是本工具的分段正視圖。圖4、圖5、圖6、圖7分別為圖中A－A、B－B、C－C、D－D剖面圖。
本實用新型由上部防斜保直和下部常規鑽具兩部份組成。防斜保直器主要由上扶正器(含扶正器鋼體2、硬質合金片3、花鍵套4)、中扶正器(含扶正器鋼體9、硬質合金片10、偏心接頭12)、下扶正器16、偏心接頭12、雙臂球頭軸23、球架20組成。鑽具上部上接頭1與鑽杆連接。雙臂球頭軸上臂插入由緊定螺釘14固定在偏心接頭偏心孔的導正套13內，高壓密封管11插入雙臂球頭軸上臂內孔並由壓蓋8和彈簧擋圈7固定在偏心接頭中。雙臂球頭軸下臂接下接頭26並與常規鑽具(含巖心管27、擴孔器28、鑽頭29)構成剛性杆件。為使泥漿不進入球頭部份，下扶正器內與球架下端分別由長方斷面密封圈18和O型密封圈24密封，擋圈19起固定密封作用。
上、中、下扶正器與其彼此間的連接管5、15以及中接管6構成扶正系統，旨在使其在鑽孔中能確定一個與鑽孔軸線近於同軸的穩定體。雙臂球頭軸和下部常規鑽具以球鉸為鉸點構成相對於上部穩定體的雙臂球鉸活動體。
防斜保直部份分為偏心導正機構、球形鉸鏈機構和傳壓浮動機構。
偏心導正機構由偏心接頭12內的偏心孔35、導正套13和將它們相互固連的緊定螺釘14構成，當雙臂球頭軸與外部扶正器同心時，上臂外園與導正套內側表面30相切。
球形鉸鏈機構的結構是眾多的鋼球21均布地安放在雙臂球頭軸球形面上的弧形凹槽31和球架上的園孔32中，外部由護管22約束。球面弧形槽橫斷面為半園形結構。球形鉸鏈機構的作用是提供一鉸點並為鑽具傳遞扭矩。
傳壓浮動機構由球架下部的以球鉸中心O為園心、以R為半徑的弧形端面33和位於其下端的承壓鋼球25及下接頭上端內環形凹槽34構成，為浮動傳遞軸向壓力功用。
本裝置的工作原理是直線孔中，下部常規鑽具軸線與上部防斜保直器軸線保持在同一軸心線上。但當鑽孔彎曲時，下部常規鑽具以及雙臂球頭軸軸線繞鑽孔彎曲軸線旋轉，上部防斜保直器繞鑽孔起始軸心線旋轉，此時，雙臂球頭軸和下部常規鑽具與上部防斜保直器以球頭為鉸點產生一角度，雙臂球頭軸上臂偏離偏心導正套接觸面，偏心導正套隨其外殼每轉一周便產生一導正力作用在雙臂球頭軸上臂上，企圖恢復鑽具的同軸性，此力從上臂通過鉸點傳至下臂並傳遞給鑽頭側刃，鑽頭則以較大的脈動側向力即反偏斜力作用在孔臂上，在鑽孔自然彎曲相反的方向切削孔壁，直到鑽孔成一同心直線，即恢復整個鑽具的同軸性為止，從而達到鑽孔軸線的保直作用。
反偏斜力F公式 F＝ (3EJ2J1tgθ)/(l1(J2l1+ J1l2))式中E——雙臂球頭軸彈性模量；J1J2——巖心管和雙臂球頭軸上臂慣性矩；θ——地層造斜強度；l1l2——常規鑽具以及雙臂球頭軸上臂長度。
本發明提供的具有工業實用性的鑽孔防斜保直鑽具的特點是其球形鉸鏈機構和傳壓浮動機構分立，雙臂球頭軸球面不傳遞鑽壓，只傳遞扭矩，鑽壓由傳壓浮動機構承擔，因而擴大了鑽具系列及其使用範圍(可在複雜地層和取心鑽進中使用)。目前研製的φ59、φ76、φ91毫米口徑鑽具已獲得使用成功。
權利要求1.一種用於小口徑地質巖心鑽探中的鑽孔防斜保直鑽具，該工具的防斜保直部分包括偏心導正機構、球形鉸鏈機構和傳壓浮動機構；本實用新型的特徵在於其球形鉸鏈機構由眾多傳扭鋼球均布於雙臂球頭軸外園球鉸部的弧形凹槽和球架的園孔中，且有護管約束構成；傳壓浮動機構由球架下端的球形弧面承壓鋼球和下接頭內的鋼球容納凹槽構成。
2.按照權利要求1所述工具，其特徵在於所說雙臂球頭軸外園球鉸部的弧形凹槽，槽橫斷為半園形結構。
3.按照權利要求1所述工具，其特徵在於所說球架中部均布的園形通孔，其數目和形位與所說弧形凹槽相對應；所說球架的下端面是以O為園心，R為半徑形成的。
4.按照權利要求1所述工具，其特徵是所說的下接頭內的鋼球容納槽為環形凹槽。
專利摘要本實用新型涉及一種小口徑地質巖心鑽探施工為防止鑽孔彎曲的防斜保直裝置。它針對現有技術方案所存在的結構缺陷，通過由球形鉸鏈機構和傳壓浮動機構組合，有效地增加了雙臂球頭軸上、下臂的直徑，提高了鑽具的剛性和靈活性，擴大了鑽具系列及其應用範圍。
文檔編號E21B17/10GK2036992SQ8821896
公開日1989年5月3日 申請日期1988年10月15日 優先權日1988年10月15日
發明者佟建國 申請人:地質礦產部探礦工藝研究所