半周期自修正防彎鑽具的製作方法
2023-06-22 08:48:11
半周期自修正防彎鑽具的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種半周期自修正防彎鑽具，包括鑽頭和外管，其特徵在於：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半圓周面相差180度，鑽頭為偏心鑽頭，連接於下巖心管下端，偏心鑽頭的最高偏心點與上偏心件的最高偏心點位於鑽具的同一母線Ⅰ上，下偏心件的最高偏心點位於鑽具的與母線Ⅰ相差180度的母線Ⅱ上。其結構簡單、原理巧妙、易於加工、防彎效果突出、實用性強、鑽進效率高，從根本上解決進行地下鑽孔施工時鑽孔易彎曲的問題。
【專利說明】半周期自修正防彎鑽具
【技術領域】
[0001]本發明涉及地下鑽孔施工的鑽具，特別是一種半周期自修正防彎鑽具。
【背景技術】
[0002]進行地下鑽孔施工時，由於受到地層結構等多種原因的影響，通常會造成鑽孔彎曲，鑽孔彎曲後增大了鑽具的鑽進阻力，致使鑽杆折斷，無法繼續施工，報廢鑽孔，或鑽孔質量不合格，從而造成很大的經濟損失。地下鑽孔的施工歷史悠久，很多業內專家及技術人員都在不斷研究探討鑽孔的防彎問題，目前防止鑽孔彎曲的方法包括加大鑽孔孔徑，減小鑽進壓力，鑽具上加裝導正器等，其對控制鑽孔傾角的彎曲有一定控制作用，但其控制鑽孔方位彎曲的效果較差，同時採用上述方法嚴重影響鑽進效率，有的機臺24小時僅進尺3-5米。因此，現有的防止鑽孔彎曲的方法亟待改進。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是為了提供一種結構簡單、易於加工、防彎效果突出的半周期自修正防彎鑽具，從根本上解決進行地下鑽孔施工時鑽孔易彎曲的問題，與現有防止鑽孔彎曲的方法相比，其原理巧妙，實用性強，防彎效果好，鑽進效率高，同時不影響傳統的施工工藝和鑽具加工工藝。
[0004]本發明的技術方案是:
一種半周期自修正防彎鑽具，包括鑽頭和外管，其特徵在於: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半圓周面相差180度，所述鑽頭為偏心鑽頭，連接於下巖心管下端，所述偏心鑽頭的最高偏心點與上偏心件的最高偏心點位於鑽具的同一母線I上，所述下偏心件的最高偏心點位於鑽具的與母線I相差180度角的母線II上。
[0005]上述的半周期自修正防彎鑽具，所述偏心鑽頭的最大半徑R與上、下偏心件的最高偏心點至鑽具軸線距離相等，所述上、下偏心件的偏心量的絕對值Η相等，且鑽孔孔徑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鑽具，所述偏心鑽頭由支撐剛體和燒結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鑽具，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、偏心鑽頭與下巖心管之間分別採用螺紋連接。
[0008]本發明的有益效果是:
1、正常情況下，鑽孔沒有彎曲呈直線鑽進時，鑽具只受到壓力及扭矩作用，鑽具以自身軸線為中心而旋轉，鑽頭正常向下鑽進，而當鑽進過程中受巖層等影響鑽孔稍有彎曲時(也可以稱臨界彎曲)，鑽具在旋轉一周內，其受力是不同的，故且分為上半周和下半周，在上半周時如圖5所示，下偏心件的合金反向偏心體的偏心最高點為支點G，頂在彎曲鑽孔的孔壁上，上偏心件的合金上偏心體的偏心最高點與反側的孔壁接觸並受到來自該反側孔壁的作用力F1，此時鑽具相當於一個槓桿，F1是槓桿的動力，偏心鑽頭會對孔壁產生與F1相反方向的作用力F2，由於偏心鑽頭的偏心最高點也正處在鑽孔彎曲的反面，故作用力F2作用在鑽孔彎曲方向的反向巖石上，在磨削材料的作用下破碎巖石，從而自動修正了鑽孔的彎曲；在鑽具旋轉到下半周時，如圖6所示，下偏心件偏心最高點轉到鑽孔彎曲的空位，失去支點作用，而上偏心件偏心最高點也轉到鑽孔彎曲的空位，孔壁對上偏心件的作用力F1消失，偏心鑽頭的偏心最高點剛好轉到鑽孔彎曲方向，也正處在空位，其對巖石的作用力F2消失，因此，此半周沒有對鑽孔彎曲產生作用，只有偏心鑽頭的底唇面向下破碎巖石。基於以上原因分析，鑽具的結構形式使其不斷的修正巖層原因造成的鑽孔彎曲趨勢，平衡巖層原因施加給鑽頭的側移力，保持鑽孔呈直線狀態，不彎曲，防彎效果突出；
2、由於偏心鑽頭的偏心量作用，形成鑽孔孔徑大於偏心鑽頭的最大直徑，故偏心鑽頭在鑽孔內存在一定的遊動空間，而不是完全的被巖石控制鑽頭的延伸方向，沿著巖層作用力的規律確定的鑽頭軌跡行走，而是讓偏心鑽頭有了可以改變延伸方向的空間，更利於鑽孔防彎；
3、由於在鑽進過程中鑽具本身具有自動修正防彎功能，故顯著提高了鑽孔質量和鑽進效率，極大的避免了鑽杆折斷或鑽孔報廢帶來的經濟損失。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1是本發明的結構示意圖；
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是本發明在彎曲鑽孔內進行上半周修正的示意圖；
圖6是本發明在彎曲鑽孔內進行下半周修正的示意圖。
[0010]圖中序號說明: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。
【具體實施方式】
[0011]如圖1-4所示，該半周期自修正防彎鑽具，包括鑽頭和外管，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的兩個半圓周面相差180度，所述鑽頭為偏心鑽頭，連接於下巖心管5下端，由支撐剛體6和燒結在支撐剛體6端部的偏心磨削體7組成，所述偏心鑽頭的最高偏心點與上偏心件1的最高偏心點位於鑽具的同一母線I上，所述下偏心件4的最高偏心點位於鑽具的與母線I相差180度角的母線II上。所述偏心鑽頭的最大半徑R與上、下偏心件1、4的最高偏心點至鑽具軸心距離相等，所述上、下偏心件1、4的偏心量的絕對值Η相等，且鑽孔孔徑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、偏心鑽頭的支撐剛體6與下巖心管5之間分別採用螺紋連接，組裝方便。
[0012]本實施例中,偏心鑽頭的最大半徑R為38.5mm,最小半徑r為37.5mm,偏心距e為1mm,成孔直徑(鑽孔孔徑D)為38.5 X 2=77mm,鑽孔孔徑D比偏心鑽頭直徑大1mm，這樣就滿足了偏心鑽頭在鑽孔內要有一定的遊動空間，對克服巖層的固有物理特性，留存了鑽頭變向的間隙。上、下巖心管3、5的直徑d為73mm，以巖心管軸線為基準計算，上偏心件1的最大偏心量Η為2mm，與鑽具軸線的距離為:73 + 2+2=38.5mm,同理下偏心件4的最大偏心點與鑽具軸線的距離也為38.5mm。
【權利要求】
1.一種半周期自修正防彎鑽具，包括鑽頭和外管，其特徵在於: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半圓周面相差180度，所述鑽頭為偏心鑽頭，連接於下巖心管下端，所述偏心鑽頭的最高偏心點與上偏心件的最高偏心點位於鑽具的同一母線I上，所述下偏心件的最高偏心點位於鑽具的與母線I相差180度角的母線II上。
2.根據權利要求1所述的半周期自修正防彎鑽具，其特徵在於:所述偏心鑽頭的最大半徑R與上、下偏心件的最高偏心點至鑽具軸線距離相等，所述上、下偏心件的偏心量的絕對值H相等，且鑽孔孔徑D=2H+d=2R，其中，d為上、下巖心管外徑。
3.根據權利要求1所述的半周期自修正防彎鑽具，其特徵在於:所述偏心鑽頭由支撐剛體和燒結在支撐剛體端部的偏心磨削體組成。
4.根據權利要求1所述的半周期自修正防彎鑽具，其特徵在於: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、偏心鑽頭與下巖心管之間分別採用螺紋連接。
【文檔編號】E21B10/00GK104389522SQ201410662892
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年11月20日 優先權日:2014年11月20日
【發明者】夏本玉 申請人:夏本玉