專利名稱：一種孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭，該鉆頭用于采用水平定 向鉆進(jìn)工藝進(jìn)行油氣或市政管道鋪設(shè)施工，屬于非開挖工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，在采用水平定向鉆進(jìn)技術(shù)鋪設(shè)管道施工中，隨著管道長度和鉆孔直徑越來 越大，工程難度也越來越大。特別是對于大型水平定向鉆穿越工程，所需要的施工設(shè)備也特 別龐大，鉆機(jī)的扭矩往往要達(dá)到10萬牛米以上，鉆機(jī)的回拖力要達(dá)到300噸以上，現(xiàn)在最大 的鉆機(jī)回拖力已達(dá)到800噸。另外，隨著孔徑的增大，鉆桿在水平鉆孔內(nèi)的位置和狀態(tài)很難 控制，加上鉆桿回轉(zhuǎn)對孔壁的摩擦和鉆桿自身的磨損，鉆桿折斷等孔內(nèi)事故發(fā)生的幾率很 高。所以，大型水平定向鉆工程對水平定向鉆鉆機(jī)和機(jī)具設(shè)計(jì)制造都提出了很高的要求?，F(xiàn) 有的由地表鉆機(jī)通過鉆桿回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)擴(kuò)孔鉆頭切削巖石的技術(shù)還存在如下缺點(diǎn)1)鉆桿回轉(zhuǎn)時(shí)與孔壁摩擦，不但對鉆桿有磨損，縮短鉆桿的使用壽命，且鉆桿在彎 曲的鉆孔中回轉(zhuǎn)，處于極惡劣的工況條件下，容易發(fā)生鉆桿折斷和疲勞破壞。2)鉆桿轉(zhuǎn)動(dòng)對孔壁穩(wěn)定性影響較大，也易使鉆孔形狀發(fā)生改變。3)地表動(dòng)力在由鉆機(jī)通過鉆桿傳遞到擴(kuò)孔鉆頭的過程損失較大。4)在孔內(nèi)沉渣較多，泥漿中沙土含量較大時(shí)，易造成鉆具磨損嚴(yán)重、擴(kuò)孔扭矩過 大，出現(xiàn)卡鉆和鉆具折斷等工程事故。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提供了一種孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循 環(huán)擴(kuò)孔鉆頭，可以克服上述地表驅(qū)動(dòng)的一系列弊端。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán) 擴(kuò)孔鉆頭，該鉆頭至少包括鉆頭體和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，鉆頭體的鉆頭錐體和筆狀錐頭的內(nèi)部 均為中空的腔體，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的傳動(dòng)軸中部設(shè)有轉(zhuǎn)盤，裝有牙輪的牙輪座安裝于轉(zhuǎn)盤 上，鉆頭錐體的尾端通過軸承安裝于傳動(dòng)軸的后端部，筆狀錐頭的尾端通過軸承安裝于傳 動(dòng)軸的前端部，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤和牙輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；電機(jī)位于鉆 頭錐體的腔體內(nèi)，鉆桿接頭插裝于筆狀錐頭的腔體中，或者電機(jī)位于筆狀錐頭的腔體內(nèi)，鉆 桿接頭插裝于鉆頭錐體的腔體中；鉆桿接頭的內(nèi)部為中空腔體，鉆桿接頭的腔體通過筆狀 錐頭的腔體或鉆頭錐體的腔體，以及若干吸渣口與外部連通，吸渣口位于牙輪側(cè)下方。由上述技術(shù)方案可知本發(fā)明將水平定向鉆進(jìn)技術(shù)中驅(qū)動(dòng)擴(kuò)孔鉆頭回轉(zhuǎn)的動(dòng)力由 傳統(tǒng)的地表鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)式轉(zhuǎn)變?yōu)榭椎讛U(kuò)孔鉆頭自驅(qū)動(dòng)方式，以克服上述地表驅(qū)動(dòng)的各種弊 端。且該孔底動(dòng)力擴(kuò)孔鉆頭用反循環(huán)方式排出巖渣，還可以克服傳統(tǒng)正循環(huán)大直徑水平定 向鉆進(jìn)方法存在的排渣極其困難的一系列技術(shù)難題，可大幅度降低工程成本。因此，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下有益效果1)采用反循環(huán)擴(kuò)孔鉆進(jìn)，可高效地清除鉆孔中的鉆渣或卵礫石，不留死角。因此可有效地降低鉆孔的擴(kuò)徑系數(shù)，從而降低擴(kuò)孔級數(shù)和洗孔次數(shù)。2)動(dòng)力裝置直接安裝在孔內(nèi)的鉆頭上，鉆進(jìn)過程中鉆桿不須轉(zhuǎn)動(dòng)，克服鉆桿回轉(zhuǎn) 的全部缺點(diǎn)；3)可大大降低鉆桿的磨損，延長鉆桿的使用壽命；4)可避免因鉆桿回轉(zhuǎn)振動(dòng)對鉆孔孔壁的破壞，減少孔內(nèi)事故的發(fā)生；5)鉆桿與孔壁之間沒有摩擦，有利于降低功率消耗，提高能量利用率；6)孔下動(dòng)力驅(qū)動(dòng)擴(kuò)孔鉆頭回轉(zhuǎn)，改善了鉆桿的受力狀況，降低了對鉆桿材質(zhì)的要 求；7)可大大降低水平定向鉆機(jī)在設(shè)計(jì)和使用中對鉆機(jī)扭矩這一關(guān)鍵參數(shù)的要求。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例1的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例2的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、電線；2、電機(jī)；3、軸承；4、止推軸承a ；5、V型止水墊圈；6、傳動(dòng)軸；7、轉(zhuǎn)盤； 8、吸渣口 ；9、鉆桿接頭；10、鉆頭錐體；11、止推軸承b ；12、牙輪座；13、牙輪；14、保護(hù)輻條； 15、接線板；16、筆狀錐頭。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1、圖2所示，本發(fā)明提供的孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭的主要部 件為鉆頭體和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，鉆頭體的鉆頭錐體10和筆狀錐頭16的內(nèi)部均為中空的腔體， 筆狀錐頭16外設(shè)有保護(hù)輻條14，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的傳動(dòng)軸6中部設(shè)有轉(zhuǎn)盤7，裝有牙輪13 的牙輪座12安裝于轉(zhuǎn)盤7上，鉆頭錐體10的尾端通過止推軸承bll安裝于傳動(dòng)軸6的后 端部，筆狀錐頭16的尾端通過止推軸承a4安裝于傳動(dòng)軸6的前端部，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的電 機(jī)2經(jīng)傳動(dòng)軸6帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤7和牙輪13作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；實(shí)施例1 (見圖1)中電機(jī)2位于中空的 筆狀錐頭16內(nèi)，鉆桿接頭9插裝于中空的鉆頭錐體10中，鉆桿接頭9內(nèi)的中空腔體通過鉆 頭錐體10的腔體和若干吸渣口 8與外部連通，筆狀錐頭16的端部設(shè)有接線板15，筆狀錐頭 16的尾端與軸承之間設(shè)有止水墊圈5 ；實(shí)施例2 (見圖2)中電機(jī)2位于中空的鉆頭錐體10 內(nèi)，安裝電機(jī)2的底板經(jīng)軸承3與運(yùn)動(dòng)件分隔，鉆桿接頭9插裝于中空的筆狀錐頭16中，鉆 頭錐體10的端部設(shè)有接線板15，電機(jī)2通過電線1和接線板15與外部電源連接，鉆桿接頭 9內(nèi)的中空腔體通過筆狀錐頭16的腔體和若干吸渣口 8與外部連通；若干吸渣口 8位于牙 輪13側(cè)下方，且沿鉆頭體徑向分層排布。使用該鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，外部電源通過接線板15和電 線1與電機(jī)2相連供給電能，驅(qū)動(dòng)其回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)傳動(dòng)軸6轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)軸6帶動(dòng)與其相連的轉(zhuǎn) 盤7轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)盤7上的牙輪13隨著轉(zhuǎn)盤7轉(zhuǎn)動(dòng)，從電機(jī)至牙輪的傳動(dòng)可通過現(xiàn)有技術(shù) (如齒輪傳動(dòng))實(shí)現(xiàn)。牙輪鉆頭通過公轉(zhuǎn)和自傳不斷磨切、碾壓破碎切削面上的巖石，磨切 下來的鉆渣或卵礫石與泥漿混合后直接被吸入吸渣口 8，擴(kuò)孔鉆頭通過鉆桿接頭與鉆桿連 通，鉆桿內(nèi)中空的腔體與擴(kuò)孔鉆頭內(nèi)中空的腔體通過吸渣口與鉆孔環(huán)狀空間連通，兩腔體、 吸渣口和鉆孔環(huán)狀空間共同形成泥漿通道，以滿足鉆進(jìn)中泥漿能按照泥漿池一鉆孔環(huán)狀空 間一擴(kuò)孔鉆頭一鉆桿一砂石泵一泥漿池的流動(dòng)方向循環(huán)流動(dòng)的要求，鉆進(jìn)中混有鉆渣的泥漿地表砂石泵的抽吸作用下通過泥漿通道被排至地表。含有鉆渣的泥漿在鉆渣被分離裝置 分離后可重新補(bǔ)給進(jìn)入泥漿循環(huán)系統(tǒng)，形成泥漿按照泥漿池一鉆孔環(huán)狀空間一擴(kuò)孔鉆頭一 鉆桿一砂石泵一泥漿池的流動(dòng)方向循環(huán)流動(dòng)。地面鉆機(jī)提供的牽引力通過鉆桿傳至鉆頭， 提供使鉆頭切入巖層的壓力并牽引鉆頭不斷向回?cái)U(kuò)的方向前進(jìn)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)孔鉆進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭，至少包括鉆頭體和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，其 特征在于鉆頭體的鉆頭錐體和筆狀錐頭的內(nèi)部均為中空的腔體，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的傳動(dòng) 軸中部設(shè)有轉(zhuǎn)盤，裝有牙輪的牙輪座安裝于轉(zhuǎn)盤上，鉆頭錐體的尾端通過軸承安裝于傳動(dòng) 軸的后端部，筆狀錐頭的尾端通過軸承安裝于傳動(dòng)軸的前端部，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的電機(jī)經(jīng) 傳動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤和牙輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；電機(jī)位于鉆頭錐體的腔體內(nèi)，鉆桿接頭插裝于筆狀錐 頭的腔體中，或者電機(jī)位于筆狀錐頭的腔體內(nèi)，鉆桿接頭插裝于鉆頭錐體的腔體中；鉆桿接 頭的內(nèi)部為中空腔體，鉆桿接頭的腔體通過筆狀錐頭的腔體或鉆頭錐體的腔體，以及若干 吸渣口與外部連通，吸渣口位于牙輪側(cè)下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭，其特征在于若干 吸渣口沿鉆頭體徑向分層排布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭，其特征在于筆狀 錐頭外設(shè)有保護(hù)輻條。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭，其特征在于所述 軸承為止推軸承。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭，其特征在于電機(jī) 位于中空的鉆頭錐體內(nèi)時(shí)，鉆頭錐體的端部設(shè)有接線板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭，其特征在于電機(jī) 位于中空的筆狀錐頭內(nèi)時(shí)，筆狀錐頭的端部設(shè)有接線板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭，其特征在于筆狀 錐頭的尾端與軸承之間設(shè)有止水墊圈。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種孔內(nèi)驅(qū)動(dòng)式水平定向鉆反循環(huán)擴(kuò)孔鉆頭，其鉆頭體的鉆頭錐體和筆狀錐頭的內(nèi)部均為中空的腔體，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置中的傳動(dòng)軸中部設(shè)有轉(zhuǎn)盤，裝有牙輪的牙輪座安裝于轉(zhuǎn)盤上，鉆頭錐體的尾端安裝于傳動(dòng)軸的后端部，筆狀錐頭的尾端安裝于傳動(dòng)軸的前端部，電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤和牙輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；電機(jī)位于鉆頭錐體的腔體內(nèi)，鉆桿接頭插裝于筆狀錐頭的腔體中，或者電機(jī)位于筆狀錐頭的腔體內(nèi)，鉆桿接頭插裝于鉆頭錐體的腔體中；鉆桿接頭的內(nèi)部為中空腔體，該腔體通過筆狀錐頭的腔體或鉆頭錐體的腔體，以及若干吸渣口與外部連通，吸渣口位于牙輪側(cè)下方。該鉆頭能克服現(xiàn)有技術(shù)中地表驅(qū)動(dòng)的各種弊端，可克服傳統(tǒng)正循環(huán)大直徑水平定向鉆進(jìn)方法存在的排渣困難的難題。
文檔編號E21B10/26GK102003145SQ20101051522
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月20日
發(fā)明者蘭海濤, 曾聰, 舒彪, 韋立勇, 馬保松 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)