專利名稱：冰層定向鉆井熱熔鉆頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種在極地冰層鉆進定向井使用的冰層定向鉆井熱熔鉆頭。
背景技術：
目前國際上使用的熱熔鉆具多為鉆進垂直孔使用，當主孔出現(xiàn)孔內事故或需要開分支孔時，則需要下入孔底造斜器，并利用特殊工具將孔底擴大，然后下入熱熔鉆具，在造斜器斜面的幫助下，鉆具傾斜從而實現(xiàn)斜孔鉆迸。但是采用這種方法鉆進斜孔，鉆具在自重作用下，始終具有向垂直方向偏移的趨勢，經過一段時間后也必將回歸垂直方向，不能實現(xiàn)斜孔鉆迸。而隨著全球氣候變暖以及對極地冰蓋研究的深入，越來越多的科學家們不僅僅局限于研究冰芯本身，而開始關注冰蓋自身的穩(wěn)定性，比如冰蓋每年的移動速度，冰下河流及冰下湖泊流入大海的水流量等問題。這些問題的研究同時也就為鉆探技術提出了新的課題，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，如德國的probes I和probes II和香港理工大學研究的衛(wèi)星熱熔鉆，這樣的加熱方式不能使鉆具實現(xiàn)定向鉆進。威斯康辛-麥迪遜大學研制了ー種電動機械定向鉆具，是依靠控制安裝在鉆具上的三根定向桿的張開度來給鉆具施加一定的側向力，從而使鉆具在鉆進中改變方向。針對熱熔定向鉆具的研究還沒有看到國內外文獻的介紹。但定向熱熔鉆具比電動機械鉆具具有更強的操控性，而且結構簡單，容易實現(xiàn)，工作也相對穩(wěn)定，在未來的研究中一定會成為極地冰層定向鉆具研究的主要方向。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種在極地和冰川鉆探中能夠實現(xiàn)定向鉆進的冰層定向鉆井熱熔鉆頭。本發(fā)明是由六個加熱模塊組、半圓母卡塊和半圓公卡塊構成，每個加熱模塊組是由加熱模塊和連接塊構成，連接塊通過沉頭螺釘固定在加熱模塊的頂部，加熱模塊的內壁延伸出接線柱，導線的一端與接線柱聯(lián)接，導線的另一端通過接頭與電源聯(lián)接，所述的接線柱、導線和接頭均采用防水處理，每個加熱模塊為ー個鑄銅加熱器，加熱模塊的側面和內表面均涂有隔熱漆層，這樣有利于熱量通過外表面向冰層傳遞，六個加熱模塊組組合在一起形成圓頭狀鉆頭，圓頭狀鉆頭的底部中心具有排水ロ，上部鉆具排水泵的吸水管可以安裝到排水ロ附近位置，這樣可以及時將孔底熔融水排走，有利于熱量傳遞；所述連接塊的中部具有凹槽，半圓母卡塊和半圓公卡塊底部具有凸臺，凸臺卡入在凹槽中，這樣可以利用凸臺來承受鉆頭的重量；半圓母卡塊和半圓公卡塊上均開設有第一螺紋孔，連接塊上開設有第二螺紋孔，半圓母卡塊和半圓公卡塊與連接塊通過第一螺紋孔和第二螺紋孔用螺釘連接在一起；半圓公卡塊的ニ個豎壁上具有凸臺，半圓母卡塊的ニ個豎壁上具有卡槽,半圓母卡塊和半圓公卡塊結合在一起形成圓柱體，半圓公卡塊的凸臺卡如在半圓母卡塊的卡槽中，此結構可以使半圓母卡塊和半圓公卡塊結合在一起形成的圓柱體與連接塊的連接更穩(wěn)固。半圓母卡塊和半圓公卡塊與上部鉆具可以根據(jù)需要選擇用螺釘連接或者用螺紋連接。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明很好地解決了在極地冰層中鉆進定向井的難題，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，上部機械結構基本不用變化；該熱熔鉆頭采用模塊化設計，結構簡単，易于更換，大大增加了鉆頭的壽命和使用效率。


圖I是本發(fā)明實施例的立體分解示意圖。圖2是圖I的俯視3是本發(fā)明實施例之加熱模塊組的立體分解示意圖?！?br> 圖4是本發(fā)明實施例的另ー視角立體分解示意圖。
具體實施例方式請參閱圖I圖2、圖3和圖4所不，本發(fā)明是由六個加熱模塊組A、半圓母卡塊8和半圓公卡塊12構成，每個加熱模塊組A是由加熱模塊3和連接塊2構成，連接塊2通過沉頭螺釘I固定在加熱模塊3的頂部，加熱模塊3的內壁延伸出接線柱6，導線5的一端與接線柱6聯(lián)接，導線5的另一端通過接頭4與電源聯(lián)接，所述的接線柱6、導線5和接頭4均采用防水處理，每個加熱模塊3為ー個鑄銅加熱器，加熱模塊3的側面和內表面均涂有隔熱漆層，這樣有利于熱量通過外表面向冰層傳遞，六個加熱模塊組A組合在一起形成圓頭狀鉆頭B，圓頭狀鉆頭B的底部中心具有排水ロ 7，上部鉆具排水泵的吸水管可以安裝到排水ロ7附近位置，這樣可以及時將孔底熔融水排走，有利于熱量傳遞。所述連接塊2的中部具有凹槽15,半圓母卡塊8和半圓公卡塊12底部具有凸臺10,凸臺10卡入在凹槽15中，這樣可以利用凸臺10來承受鉆頭的重量；半圓母卡塊8和半圓公卡塊12上均開設有第一螺紋孔13，連接塊2上開設有第二螺紋孔14，半圓母卡塊8和半圓公卡塊12與連接塊2通過第一螺紋孔13和第二螺紋孔14用螺釘連接在一起；半圓公卡塊12的ニ個豎壁上具有凸臺11,半圓母卡塊8的ニ個豎壁上具有卡槽9,半圓母卡塊8和半圓公卡塊12結合在一起形成圓柱體,半圓公卡塊12的凸臺11卡如在半圓母卡塊8的卡槽9中,此結構可以使半圓母卡塊8和半圓公卡塊12結合在一起形成的圓柱體與連接塊的連接更穩(wěn)固。半圓母卡塊8和半圓公卡塊12與上部鉆具可以根據(jù)需要選擇用螺釘連接或者用螺紋連接。本發(fā)明的工作過程和原理是I、采用本發(fā)明的熱熔鉆頭在冰層中鉆進時，鉆具需要安裝陀螺儀，隨時測量鉆孔的頂角和方位角。當測量數(shù)據(jù)顯示鉆孔的方向角和設計軌跡偏離吋，即利用上位機向鉆具電路發(fā)出控制信號，使鉆頭六個加熱模塊3中的四個發(fā)熱，另外ニ個加熱模塊3停止加熱。這樣緊挨四個加熱模塊3的孔壁將繼續(xù)融化，而另ー側則緩慢融化或停止融化，這樣鉆具勢必將產生偏斜，從而改變鉆孔的方向，實現(xiàn)定向井的施工。在鉆進過程中，可以編寫程序，實時監(jiān)測鉆孔方向數(shù)據(jù)，經過系統(tǒng)處理后轉換為對鉆頭模塊加熱開關的控制信號，實時控制加熱模塊的開閉。這樣就可以準確的控制鉆具按照設計軌跡鉆迸。當鉆孔方向回歸正確方向后，接通全部加熱模塊，鉆具實現(xiàn)全速鉆進，這樣既能實現(xiàn)對鉆孔方向的控制，又能保證鉆進的速度。 2、當熱熔鉆頭的加熱模塊3發(fā)生損害不能工作時，可以將鉆頭拆下，由于鉆頭模塊之間沒有聯(lián)系，為相互獨立的加熱系統(tǒng)，因此只需要將損壞的加熱模塊3換掉即可。這樣可以使每個加熱模塊3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。
權利要求
1.一種冰層定向鉆井熱熔鉆頭，特征在于是由六個加熱模塊組(A)、半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)構成，每個加熱模塊組(A)是由加熱模塊(3)和連接塊(2)構成，連接塊(2)通過沉頭螺釘(I)固定在加熱模塊(3)的頂部，加熱模塊(3)的內壁延伸出接線柱(6)，導線(5)的一端與接線柱(6)聯(lián)接，導線(5)的另一端通過接頭(4)與電源聯(lián)接，所述的接線柱(6)、導線(5)和接頭(4)均采用防水處理，六個加熱模塊組(A)組合在一起形成圓頭狀鉆頭(B)，圓頭狀鉆頭(B)的底部中心具有排水口(7)。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種冰層定向鉆井熱熔鉆頭，特征在于所述連接塊(2)的中部具有凹槽(15),半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)底部具有凸臺(10),凸臺(10)卡入在凹槽(15)中，半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)上均開設有第一螺紋孔(13)，連接塊(2)上開設有第二螺紋孔(14)，半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)與連接塊(2)通過第一螺紋孔(13)和第二螺紋孔(14)用螺釘連接在一起；半圓公卡塊(12)的二個豎壁上具有凸臺(11)，半圓母卡塊(8)的二個豎壁上具有卡槽(9)，半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)結合在一起形成圓柱體，半圓公卡塊(12)的凸臺(11)卡如在半圓母卡塊(8)的卡槽(9)中。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種冰層定向鉆井熱熔鉆頭，特征在于所述加熱模塊(3)為一個鑄銅加熱器，加熱模塊(3)的側面和內表面均涂有隔熱漆層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在極地冰層鉆進定向井使用的冰層定向鉆井熱熔鉆頭，是由六個加熱模塊組、半圓母卡塊和半圓公卡塊構成，每個加熱模塊組是由加熱模塊和連接塊構成，六個加熱模塊組組合在一起形成圓頭狀鉆頭；本發(fā)明很好地解決了在極地冰層中鉆進定向井的難題，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，上部機械結構基本不用變化；該熱熔鉆頭采用模塊化設計，結構簡單，易于更換，大大增加了鉆頭的壽命和使用效率。
文檔編號E21B10/00GK102839918SQ20121033849
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月13日 優(yōu)先權日2012年9月13日
發(fā)明者帕維爾達拉拉伊, 范曉鵬, 張楠, 孫友宏, 薛軍, 曹品魯, 鄭治川, 于達慧, 胡正毅, 楊成, 毛建設 申請人:吉林大學