專(zhuān)利名稱(chēng)：回轉(zhuǎn)熱熔鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在極地冰層鉆進(jìn)定向井使用的冰層定向鉆井用回轉(zhuǎn)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)的冰層定向鉆井用的回轉(zhuǎn)熱熔鉆頭。本發(fā)明是由兩個(gè)獨(dú)立的加熱模塊和ー個(gè)不加熱模塊組成，兩個(gè)獨(dú)立的加熱模塊和一個(gè)不加熱模塊組成圓頭狀的鉆頭，鉆頭底部開(kāi)設(shè)有排水ロ，上部鉆具排水泵的吸水管可以安裝到水ロ附近位置，排水ロ可以及時(shí)將孔底熔融水排走，有利于熱量傳遞，加熱模塊為鑄銅加熱器，加熱模塊的側(cè)面和內(nèi)表面均涂有隔熱漆，這樣有利于熱量通過(guò)外表面向冰層傳遞。所述加熱模塊的內(nèi)壁具有導(dǎo)線接頭，導(dǎo)線接頭與導(dǎo)線連接，導(dǎo)線接頭的另一端與滑環(huán)接線柱連接，導(dǎo)線接頭、導(dǎo)線和滑環(huán)接線柱，都采用防水處理，所述滑環(huán)接線柱與來(lái)自上部鉆具的電源相連。兩個(gè)獨(dú)立的加熱模塊和一個(gè)不加熱模塊與鉆頭連接塊均采用螺釘連接，鉆頭連接塊通過(guò)螺釘固定在傳動(dòng)軸上，傳動(dòng)軸中部通過(guò)中部臺(tái)階坐落在軸承上，軸承安裝在軸承板上，軸承板通過(guò)螺釘與下部鉆具外管固定在一起，滑環(huán)通過(guò)螺釘固定在傳動(dòng)軸上，電刷通過(guò)螺釘固定在電刷安裝板上，電刷安裝板通過(guò)螺釘與下部鉆具外管固定，電刷與滑環(huán)始終接觸，傳遞電流，導(dǎo)線上部連接在滑環(huán)接線柱上，并穿過(guò)傳動(dòng)軸的側(cè)壁開(kāi)孔及鉆頭連接塊的開(kāi)孔與加熱模塊導(dǎo)線接頭相連，傳動(dòng)軸上部與電機(jī)軸花鍵配合，傳遞扭矩，傳動(dòng)軸和電機(jī)軸為中空軸，吸水管可從傳動(dòng)軸和電機(jī)軸通過(guò)到達(dá)排水ロ附近，電機(jī)用螺釘安裝在電機(jī)安裝板上，電機(jī)安裝板通過(guò)螺釘連接在上部鉆具外管上，上部鉆具外管與下部鉆具外管螺紋連接。正?；剞D(zhuǎn)時(shí)，外部鉆桿不回轉(zhuǎn)，電機(jī)軸帶動(dòng)傳動(dòng)軸回轉(zhuǎn)，滑環(huán)旋轉(zhuǎn)，電刷不旋轉(zhuǎn)，兩者始終保持接觸，傳遞電流，傳動(dòng)軸通過(guò)軸承實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)而下部鉆具外管不旋轉(zhuǎn)，通過(guò)軸承板連接到下部鉆具外管，承擔(dān)重量。在下部，鉆頭連接塊已與鉆頭固定，通過(guò)螺釘固定在傳動(dòng)軸上，因此實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸帶動(dòng)鉆頭回轉(zhuǎn)。鉆頭連接塊與下部鉆具外管之間放置密封圏，防止外部熔融水通過(guò)下部鉆具外管與鉆頭連接塊的間隙進(jìn)入鉆具內(nèi)部。采用本發(fā)明的可回轉(zhuǎn)熱熔鉆頭鉆進(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。正?；剞D(zhuǎn)時(shí)，鉆孔為垂直孔，需要定向鉆進(jìn)時(shí)，停止回轉(zhuǎn)，通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)把鉆具停止在預(yù)定的位置，兩個(gè)加熱模塊工作，緊挨兩個(gè)加熱模塊的冰層將由于吸收熱量而繼續(xù)融化，而不加熱模塊那ー側(cè)則緩慢融化或停止融化，這樣鉆具將產(chǎn)生傾斜，從而改變鉆孔方向，實(shí)現(xiàn)定向。可控制鉆具按照設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)。當(dāng)熱熔鉆頭的加熱模塊發(fā)生損害不能工作時(shí)，可以將鉆頭拆下，由于鉆頭的各模塊之間沒(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模塊換掉即可，這樣可以使 每個(gè)加熱模塊最大限度的發(fā)揮作用，大大增加了鉆頭的使用壽命，降低了成本。本發(fā)明的有益效果I、兩個(gè)加熱模塊工作，正?；剞D(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，由于回轉(zhuǎn)，加熱模塊的熱量可以較為均勻地傳遞給四周，使冰層融化，為垂直孔鉆進(jìn)作業(yè)；兩個(gè)加熱模塊工作，不回轉(zhuǎn)給進(jìn)吋，緊挨兩個(gè)加熱模塊的冰層將由于吸收熱量而繼續(xù)融化，而不加熱模塊那ー側(cè)則緩慢融化或停止融化，這樣鉆具將產(chǎn)生傾斜，從而改變鉆孔方向，實(shí)現(xiàn)定向。2、本發(fā)明專(zhuān)利很好的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，大大増加了鉆頭的壽命和使用效率。


圖I是本發(fā)明實(shí)施例的剖視示意圖。圖2是本發(fā)明之鉆頭的立體分解示意圖。圖3是圖2的俯視圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖I圖2和圖3所示，本實(shí)施例是由兩個(gè)獨(dú)立的加熱模塊19和ー個(gè)不加熱模塊21組成，兩個(gè)獨(dú)立的加熱模塊19和一個(gè)不加熱模塊21組成圓頭狀的鉆頭10，鉆頭10底部開(kāi)設(shè)有排水ロ 20，上部鉆具排水泵的吸水管18可以安裝到水口 20附近位置，排水ロ20可以及時(shí)將孔底熔融水排走，有利于熱量傳遞，加熱模塊19為鑄銅加熱器，加熱模塊19的側(cè)面和內(nèi)表面均涂有隔熱漆，這樣有利于熱量通過(guò)外表面向冰層傳遞。所述加熱模塊19的內(nèi)壁具有導(dǎo)線接頭9，導(dǎo)線接頭9與導(dǎo)線15連接，導(dǎo)線接頭9的另一端與滑環(huán)接線柱6連接，導(dǎo)線接頭9、導(dǎo)線15和滑環(huán)接線柱6，都采用防水處理，所述滑環(huán)接線柱6與來(lái)自上部鉆具的電源相連。
兩個(gè)獨(dú)立的加熱模塊19和一個(gè)不加熱模塊21與鉆頭連接塊8均采用螺釘連接，鉆頭連接塊8通過(guò)螺釘固定在傳動(dòng)軸13上，傳動(dòng)軸13中部通過(guò)中部臺(tái)階坐落在軸承16上，軸承16安裝在軸承板7上，軸承板7通過(guò)螺釘與下部鉆具外管3固定在一起，滑環(huán)14通過(guò)螺釘固定在傳動(dòng)軸13上，電刷5通過(guò)螺釘固定在電刷安裝板4上，電刷安裝板4通過(guò)螺釘與下部鉆具外管3固定，電刷5與滑環(huán)14始終接觸，傳遞電流，導(dǎo)線15上部連接在滑環(huán)接線柱6上，并穿過(guò)傳動(dòng)軸13的側(cè)壁開(kāi)孔及鉆頭連接塊8的開(kāi)孔與加熱模塊導(dǎo)線接頭9相連，傳動(dòng)軸13上部與電機(jī)軸12花鍵配合，傳遞扭矩，傳動(dòng)軸13和電機(jī)軸12為中空軸，吸水管18可從傳動(dòng)軸13和電機(jī)軸12通過(guò)到達(dá)排水ロ 20附近，電機(jī)11用螺釘安裝在電機(jī)安裝板2上，電機(jī)安裝板2通過(guò)螺釘連接在上部鉆具外管I上，上部鉆具外管I與下部鉆具外管3螺紋連接。正?；剞D(zhuǎn)時(shí)，外部鉆桿不回轉(zhuǎn)，電機(jī)軸12帶動(dòng)傳動(dòng)軸13回轉(zhuǎn)，滑環(huán)14旋轉(zhuǎn)，電刷5不旋轉(zhuǎn),兩者始終保持接觸,傳遞電流,傳動(dòng)軸13通過(guò)軸承16實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸13旋轉(zhuǎn)而下部鉆具外管3不旋轉(zhuǎn)，通過(guò)軸承板7連接到下部鉆具外管3，承擔(dān)重量。在下部，鉆頭連接塊8已與鉆頭10固定，通過(guò)螺釘固定在傳動(dòng)軸13上，因此實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)軸帶動(dòng)鉆頭10回轉(zhuǎn)。鉆頭 連接塊8與下部鉆具外管3之間放置密封圈17，防止外部熔融水通過(guò)下部鉆具外管3與鉆頭連接塊8的間隙進(jìn)入鉆具內(nèi)部。采用本發(fā)明的可回轉(zhuǎn)熱熔鉆頭鉆進(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。正?；剞D(zhuǎn)時(shí)，鉆孔為垂直孔，需要定向鉆進(jìn)時(shí)，停止回轉(zhuǎn)，通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)把鉆具停止在預(yù)定的位置，兩個(gè)加熱模塊工作，緊挨兩個(gè)加熱模塊的冰層將由于吸收熱量而繼續(xù)融化，而不加熱模塊那ー側(cè)則緩慢融化或停止融化，這樣鉆具將產(chǎn)生傾斜，從而改變鉆孔方向，實(shí)現(xiàn)定向?？煽刂沏@具按照設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)。當(dāng)熱熔鉆頭的加熱模塊19發(fā)生損害不能工作時(shí)，可以將鉆頭10拆下，由于鉆頭10的各模塊之間沒(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模塊換掉即可，這樣可以使每個(gè)加熱模塊最大限度的發(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
1.一種回轉(zhuǎn)熱熔鉆頭，特征在于是由兩個(gè)獨(dú)立的加熱模塊(19)和一個(gè)不加熱模塊(21)組成，兩個(gè)獨(dú)立的加熱模塊(19)和一個(gè)不加熱模塊(21)組成圓頭狀的鉆頭(10)，鉆頭(10)底部開(kāi)設(shè)有排水口(20)，上部鉆具排水泵的吸水管(18)安裝到水口(20)附近位置，加熱模塊(19)的側(cè)面和內(nèi)表面均涂有隔熱漆，所述加熱模塊(19)的內(nèi)壁具有導(dǎo)線接頭(9)，導(dǎo)線接頭(9)與導(dǎo)線(15)連接，導(dǎo)線接頭(9)的另一端與滑環(huán)接線柱(6)連接，導(dǎo)線接頭(9)、導(dǎo)線(15)和滑環(huán)接線柱(6)都采用防水處理，所述滑環(huán)接線柱(6)與來(lái)自上部鉆具的電源相連；兩個(gè)獨(dú)立的加熱模塊(19)和一個(gè)不加熱模塊(21)與鉆頭連接塊(8)均采用螺釘連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種回轉(zhuǎn)熱熔鉆頭，特征在于所述鉆頭連接塊(8)通過(guò)螺釘固定在傳動(dòng)軸(13 )上，傳動(dòng)軸(13 )中部通過(guò)中部臺(tái)階坐落在軸承(16 )上，軸承(16 )安裝在軸承板(7)上，軸承板(7)通過(guò)螺釘與下部鉆具外管(3)固定在一起，滑環(huán)(14)通過(guò)螺釘固定在傳動(dòng)軸(13)上，電刷(5)通過(guò)螺釘固定在電刷安裝板(4)上，電刷安裝板(4)通過(guò)螺釘與下部鉆具外管(3)固定，電刷(5)與滑環(huán)(14)始終接觸，導(dǎo)線(15)上部連接在滑環(huán)接線柱(6)上，并穿過(guò)傳動(dòng)軸(13)的側(cè)壁開(kāi)孔及鉆頭連接塊(8)的開(kāi)孔與加熱模塊導(dǎo)線接頭(9 )相連，傳動(dòng)軸(13 )上部與電機(jī)軸(12)花鍵配合，傳動(dòng)軸(13 )和電機(jī)軸(12 )為中空軸，吸水管(18)從傳動(dòng)軸(13)和電機(jī)軸(12)通過(guò)到達(dá)排水口(20)附近，電機(jī)(11)用螺釘安裝在電機(jī)安裝板(2)上，電機(jī)安裝板(2)通過(guò)螺釘連接在上部鉆具外管(I)上，上部鉆具外管(I)與下部鉆具外管(3)螺紋連接
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種回轉(zhuǎn)熱熔鉆頭，特征在于所述鉆頭連接塊(8)與下部鉆具外管(3)之間放置密封圈(17)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種回轉(zhuǎn)熱熔鉆頭，是由兩個(gè)獨(dú)立的加熱模塊和一個(gè)不加熱模塊組成圓頭狀的鉆頭，鉆頭底部開(kāi)設(shè)有排水口；當(dāng)兩個(gè)加熱模塊工作，正常回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，由于回轉(zhuǎn)，加熱模塊的熱量可以較為均勻地傳遞給四周，使冰層融化，為垂直孔鉆進(jìn)作業(yè)；兩個(gè)加熱模塊工作，不回轉(zhuǎn)給進(jìn)時(shí)，緊挨兩個(gè)加熱模塊的冰層將由于吸收熱量而繼續(xù)融化，而不加熱模塊那一側(cè)則緩慢融化或停止融化，這樣鉆具將產(chǎn)生傾斜，從而改變鉆孔方向，實(shí)現(xiàn)定向；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)E21B4/04GK102839917SQ20121033848
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)明者孫友宏, 毛建設(shè), 范曉鵬, 帕維爾達(dá)拉拉伊, 張楠, 薛軍, 曹品魯, 于達(dá)慧, 李強(qiáng), 胡正毅, 楊成, 宮達(dá) 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)