一种用于斜、竖井钻进的定向钻具制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于斜、竖井钻进的定向钻具。由各钻具顺序依次通过丝扣轴向钢性连接，至少包括以下连接组合：定向钻具最前端是牙轮钻头，牙轮钻头与磁短节连接；在顺序连接的钻具中前后分别设置有两套定位测斜系统，一套为磁短节旋转产生动态磁场定位测斜系统，一套为MWD测斜仪定位测斜系统；在顺序连接的钻具中前后设置两套扶正器构成双扶正器位置确定系统。本实用新型专利技术针对水利水电工程特性岩石较为坚硬特点，选择刚性配置钻具，能有效保证钻孔直线性，该钻具组合能多套定位系统执行定位任务，多组合加权平均计算偏斜率，定位进度更高，双扶正器组合更利于直线斜竖井导孔钻孔。

【技术实现步骤摘要】
一种用于斜、竖井钻进的定向钻具
本技术属于地质钻进装备设计
，尤其属于建设工程中斜、竖井钻进开挖钻进装备设计
，特别涉及一种用于斜、竖井钻进的定向钻具。
技术介绍
水利水电行业竖井施工采用反井钻机较为普遍，但常常在深竖井复杂地质条件情况下，反井钻机施工缺乏纠偏及定位功能，易出现导孔偏出设计范围，难以寻找到导孔的窘迫局面，不能满足施工需求。随着非开挖定向钻机及无线测斜系统的逐步引入，在深竖井导孔施工中，导孔施工精度得以提高。水平定向钻机通常应用在市政及煤矿行业，钻孔地层岩石硬度较低，而水利行业斜、竖井岩石硬度较高；且导孔施工目的不同，水利行业斜竖井一般为直线，控制导井直段准确度尤为关键。将常规水平定向钻机等设备应用到水利水电行业存在显著的不适应性，难以保证斜、竖井施工任务顺利完成。因此，需根据设备特性及施工岩层坚硬等特点进行钻具组合调整设计，保证施工顺利进行。
技术实现思路
本技术根据现有技术的不足，为解决定向钻机及无线测斜系统在坚硬岩层中直线型开挖的应用，公开了一种斜、竖井坚硬岩石定向钻具，以提高水利水电行业在坚硬岩石开掘斜、竖井导孔施工的精度。本技术通过以下技术方案实现：一种用于斜、竖井钻进的定向钻具，由各独立钻具顺序连接构成。其特征在于各钻具顺序依次通过丝扣轴向钢性连接，至少包括以下连接组合：定向钻具最前端是牙轮钻头，牙轮钻头与磁短节连接；在顺序连接的钻具中前后分别设置有两套定位测斜系统，一套为磁短节旋转产生动态磁场定位测斜系统，一套为MWD测斜仪定位测斜系统；在顺序连接的钻具中前后设置两套扶正器构成双扶正器位置确定系统。本技术用于斜、竖井钻进的定向钻具可以是顺序连接的牙轮钻头、磁短节、变扣、单弯螺杆、浮阀、扶正器、无磁钻铤一、无磁钻铤二、无磁钻铤三、扶正器、钻铤、加重钻杆和普通钻杆各钻具顺序依次通过丝扣轴向钢性连接构成；在无磁钻铤二内置MWD测斜仪。本技术钻具同时设置拥有两套定位测斜系统，一套为磁短节旋转产生动态磁场定位，一套为MWD测斜仪定位，两套测斜系统相互补充，进一步提高钻具的纠偏功能。本技术钻具采用刚性钻杆连接；两套扶正器能保证测斜仪的位置准确性，进一步提高定向纠偏功能；本技术钻具的牙轮钻头与磁短节相连，牙轮钻头适用于地质条件较好的导孔钻进，牙轮钻头与磁短节距离较近，定位磁短节的位置，即能更准确的定位钻头位置。本技术钻具的磁短节在钻杆旋转磁短节产生动态磁场时，定位测斜解析仪器位于透孔点下方的平洞内，距透孔点越近定位越准确，为本技术前置定位系统。本技术钻具的牙轮钻头、磁短节、变扣、单弯螺杆和浮阀钻具连接均为刚性连接，能保证在坚硬岩石条件下钻进，且单弯螺杆的小弯度实现纠偏钻进。本技术钻具的扶正器、无磁钻铤一、内置MWD测斜仪的无磁钻铤二、无磁钻铤三、扶正器的连接结构结构，采用前后双扶正器结构，能更好的固定钻杆，保证测斜仪在孔内的位置更居中，且与定位钻头的相对准确位置；双扶正器结构能更好的保证导孔的钻孔受扶正器约束，钻孔直线准确度。上述结构构成本技术钻具的第二套定位系统。本技术钻具的钻铤与加重钻杆连接结构，钻铤与钻头直径差距较小，能更好保持钻进的直线程度；在纠偏过程中钻铤与加重钻杆能更好的压低钻具的重心，保证纠偏更稳定；在利用钻具自重冲击钻孔时，能提供更大的力度。本技术与传统的钻具相比具有以下优点：传统水利水电行业导孔钻孔采用钻头+扶正器+普通钻杆组成，结构简单不具备定位及纠偏功能。煤矿和石油行业钻具虽具备定位及纠偏功能，但多为柔性结构不能保证钻孔的直线性要求。本技术针对水利水电工程特性岩石较为坚硬特点，选择刚性配置钻具，能有效保证钻孔直线性，该钻具组合能多套定位系统执行定位任务，多组合加权平均计算偏斜率，定位进度更高，双扶正器组合更利于直线斜竖井导孔钻孔。附图说明图1是本技术钻具组合结构示意图。图中，1是牙轮钻头，2是磁短节，3是变扣，4是单弯螺杆，5是浮阀，6是扶正器，7是无磁钻铤一，8是无磁钻铤二，9是MWD测斜仪，10是无磁钻铤三，11是扶正器，12是钻铤，13是加重钻杆，14是普通钻杆。具体实施方式下面结合具体实施方式对本技术进一步说明，具体实施方式是对本技术原理的进一步说明，不以任何方式限制本技术，与本技术相同或类似技术均没有超出本技术保护的范围。结合附图。用于斜、竖井钻进的定向钻具，实施过程首先将钻具依次通过丝牙连接，具体顺序如下：牙轮钻头1+磁短节2+变扣3+单弯螺杆4+浮阀5+扶正器6+无磁钻铤一7+无磁钻铤二8内置MWD测斜仪9+无磁钻铤三10+扶正器11+3根钻铤12+数根加重钻杆13+普通钻杆14。钻具定位方式一：通过钻机旋转钻具，使磁短节2旋转产生动态磁场，通过透孔点下方数据解析仪器定位钻头的位置；钻具定位方式二：通过无磁钻铤二8内置的MWD测斜仪9测量钻头相对位置，将数据发送至井口数据解析仪器定位钻头位置；两组定位数据分析后，加权平均计算出钻头位置，如果钻头发生偏斜。通过钻机旋转钻具将牙轮钻头1、磁短节2、变扣3、单弯螺杆4、浮阀5旋转至纠偏方位，整趟钻具不旋转，仅牙轮钻头1钻进实现纠偏。工程实例：某电站高压电缆洞长250m，倾角36°，岩石单轴抗压强度约110MPa，原有技术根据规范规定偏斜1％内为合格，即2.5m。采用该定向钻具组合方式进行导孔定向钻进，钻具在施工过程中多次定位纠偏，导孔最终仅偏斜35cm，满足工程施工需求。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于斜、竖井钻进的定向钻具，由各独立钻具顺序连接构成，其特征在于各钻具顺序依次通过丝扣轴向钢性连接，至少包括以下连接组合：/n定向钻具最前端是牙轮钻头，牙轮钻头与磁短节连接；/n在顺序连接的钻具中前后分别设置有两套定位测斜系统，一套为磁短节旋转产生动态磁场定位测斜系统，一套为MWD测斜仪定位测斜系统；/n在顺序连接的钻具中前后设置两套扶正器构成双扶正器位置确定系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于斜、竖井钻进的定向钻具，由各独立钻具顺序连接构成，其特征在于各钻具顺序依次通过丝扣轴向钢性连接，至少包括以下连接组合：
定向钻具最前端是牙轮钻头，牙轮钻头与磁短节连接；
在顺序连接的钻具中前后分别设置有两套定位测斜系统，一套为磁短节旋转产生动态磁场定位测斜系统，一套为MWD测斜仪定位测斜系统；
在顺序连接的钻具中前后设置两套扶正器构成双扶正器位置确定系统。


2.根据权利要求1所述的用于斜、竖井钻进的定向钻具，其特征在于：所述磁短节旋转产生动态磁场定位测斜系统中，定位测斜解析仪器位于透孔点下方与磁短节构成最接近、定位更准确的结构。


3.根据权利要求2所述的用于斜、...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑尧，王强，刘振庚，王峻，王焕强，张学彬，杨小双，郭子超，田宗鹏，王再强，张欣，雷文，
申请(专利权)人：中国水利水电第七工程局有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51