一种回转钻机钻进轨迹控制方法及钻进设备技术

本发明专利技术提供一种回转钻机钻进轨迹控制方法及钻进设备，属于回转钻机技术领域，其中钻进设备包括回转钻机本体，回转钻机本体上带有随钻测量仪；空心钻杆安装在回转钻机本体的回转器上；弯管机构一端通过随钻测量信号器安装在空心钻杆的前端且另一端安装钻头；正常钻进时，回转器带动钻头进行与空心钻杆同步旋转和进给；调整钻进轨迹时，通过弯管机构内的离合结构使得空心钻杆的旋转动力传递至弯管机构的壳体且与钻头脱离，之后回转钻机带动空心钻杆旋转继而带动弯管机构的壳体旋转角度；本发明专利技术能够有效解决利用普通回转钻机进行定向钻进时钻孔轨迹难以控制的问题，具有钻孔成功率高、成本低和不易塌孔的优点。成本低和不易塌孔的优点。成本低和不易塌孔的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种回转钻机钻进轨迹控制方法及钻进设备


[0001]本专利技术涉及回转钻机
，具体涉及一种回转钻机钻进轨迹控制方法及钻进设备。

技术介绍

[0002]目前在进行定向钻孔作业时，通常采用孔底马达定向钻机，但是由于需要配备高压泵站导致成本过高，而且由于孔底马达提供的有效动力（带动钻头作业的动力）受到钻孔直径尺寸限制，导致孔底马达的有效动力不超过300 N
·
m难以满足复杂工况。随着我国技术的进步，如今已经有相关文献或报道阐述了利用普通回转钻机进行定向钻进的巨大前景，但是由于随着钻孔深度的增加，尤其是达到70m以上时，如何实现钻进轨迹的控制以使得钻孔轨迹满足设计要求，目前仍处于理论和摸索状态。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供一种回转钻机钻进轨迹控制方法及钻进设备，能够有效解决利用普通回转钻机进行定向钻进时钻孔轨迹难以控制的问题，具有钻孔成功率高、成本低和不易塌孔的优点。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种回转钻机钻进轨迹控制方法，包括以下步骤：回转钻机钻进：回转钻机带动转动安装在弯管机构前端的钻头进行与空心钻杆同步旋转和进给，此时弯管机构随空心钻杆作同步进给而不随空心钻杆旋转；钻头监测：随钻测量信号器将钻头的位置姿态信息实时反馈至随钻测量仪；钻进轨迹判断及控制：随钻测量仪判断钻头的钻进轨迹是否超出设计轨迹范围，当钻头的钻进轨迹未超出设计轨迹范围时，回转钻机继续正常钻孔作业；当钻头的钻进轨迹超出设计轨迹范围时，通过弯管机构内的离合结构使得空心钻杆的旋转动力传递至弯管机构的壳体且与钻头脱离，之后回转钻机带动空心钻杆旋转继而带动弯管机构的壳体旋转角度，使得钻头的钻进轨迹符合设计轨迹，之后通过弯管机构内的离合结构使得空心钻杆的旋转动力传递至钻头且与弯管机构的壳体脱离，之后回转钻机继续钻孔作业；钻进过程中实时监测、判断和控制钻进轨迹，直至完成整个定向钻孔作业。
[0005]本专利技术通过随钻测量信号器实时采集钻头的位置姿态信息并实时反馈至随钻测量仪，随后随钻测量仪判断钻头的钻进轨迹是否超出设计轨迹范围，如果判断结果是未超出设计轨迹范围时，则回转钻机继续正常钻孔作业；如果判断结果是超出设计轨迹范围时，则通过弯管机构内的离合结构使得空心钻杆的旋转动力传递至弯管机构的壳体且与钻头脱离，之后回转钻机带动空心钻杆旋转继而带动弯管机构旋转至需要角度，以保证钻进轨迹符合设计轨迹，之后通过弯管机构内的离合结构使得空心钻杆的旋转动力传递至钻头且与弯管机构的壳体脱离，之后回转钻机继续钻孔作业；钻进过程中实时监测、判断和控制钻进轨迹，直至完成整个定向钻孔作业。采用上述技术方案后，就可以达到对普通回转钻机的
钻进轨迹进行精确控制的目的，而且具有钻孔成功率高、成本低和不易塌孔的优点。
[0006]作为本专利技术的进一步改进，为了便于对钻孔过程中产生的渣屑进行及时排出，空心钻杆采用表面带有螺旋排屑槽的钻杆，这样，钻孔过程产生的渣屑被螺旋排屑槽同步输送至回转钻机一端排出。当然，并不限于采用上述方案，也可以采用以下方案：钻头上部带有喷口，喷口通过内部管路与空心钻杆相连通，回转钻机钻进时，由空心钻杆的后端注入高压流体并由钻头上的喷口喷出，以使得钻孔过程中产生的渣屑被喷口喷出的高压流体沿着钻孔向回转钻机一端排出。
[0007]作为本专利技术的进一步改进，所述内部管路采用由钻头、随钻测量信号器和空心钻杆的内孔依次连通构成的管路；或者，所述内部管路采用自由转动穿设在钻头、随钻测量信号器和空心钻杆的内孔中的高压管道，且高压管道的前端与喷口之间采用旋转接头相连接。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，在进行钻进轨迹判断及控制时，设计轨迹参数包括孔深、测量深度、倾角和磁方位角，经过设计轨迹参数的计算后将钻孔的设计轨迹平面进行投影显示，钻进轨迹参数包括孔深、测量深度、倾角、磁方位角和工具面向角，随钻测量仪对实时接收到钻进轨迹参数进行计算后将钻进轨迹平面同样进行投影显示，工作人员对钻进轨迹平面和设计轨迹平面进行对比分析，判断随钻测量仪判断钻头的钻进轨迹是否超出设计轨迹范围。
[0009]另外，本专利技术还提供一种钻进设备，包括：回转钻机本体，作为主体设备，且回转钻机本体上带有随钻测量仪；空心钻杆，安装在回转钻机本体的回转器上；弯管机构，其一端通过随钻测量信号器安装在空心钻杆的前端且另一端用于安装钻头；正常钻进时，回转器带动钻头进行与空心钻杆同步旋转和进给，此时弯管机构随空心钻杆作同步进给而不随空心钻杆旋转；调整钻进轨迹时，通过弯管机构内的离合结构使得空心钻杆的旋转动力传递至弯管机构的壳体且与钻头脱离，之后回转钻机带动空心钻杆旋转继而带动弯管机构的壳体旋转角度，之后通过弯管机构内的离合结构使得空心钻杆的旋转动力传递至钻头且与弯管机构的壳体脱离；钻头，转动安装在弯管机构的前端，且钻头的轴线与空心钻杆的轴线呈倾斜布置。
[0010]通过采用上述技术方案，只需要对普通的回转钻机进行上述升级改造，就能够有效控制钻进轨迹，进而使得升级改造后的普通回转钻机就可以完成定向钻机达到的定向钻进效果，同时，由于采用的主体设备是普通回转钻机，在进行钻孔作业时，钻杆是旋转的，能够适应更多复杂的工况，比如软岩、软煤层和硬度不均匀的岩层等，具有切削力范围调整空间大和避免软地质工况下塌孔抱钻的优点。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述空心钻杆的表面设置有螺旋排屑槽，用于钻孔时将渣屑同步输送至回转钻机一端排出。
[0012]作为本专利技术的又一种改进，所述钻头上部带有喷口，喷口通过内部管路与空心钻杆相连通，空心钻杆的后端注入高压流体；所述内部管路采用由钻头、随钻测量信号器和空心钻杆的内孔依次连通构成的管路；或者，所述内部管路采用自由转动穿设在钻头、随钻测量信号器和空心钻杆的内孔中的高压管道，且高压管道的前端与喷口之间采用旋转接头相连接。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述弯管机构包括壳体和挠性联轴器，壳体的内部设置有支撑座，挠性联轴器的前端用于倾斜转动安装钻头，挠性联轴器的后端通过空心轴杆转动设置在支撑座上，所述壳体内设置有离合结构，调整钻进轨迹时，通过离合结构使得空心钻杆的旋转动力传递至弯管机构的壳体且与钻头脱离，之后回转钻机带动空心钻杆旋转继而带动弯管机构的壳体旋转角度，之后通过离合结构以使得空心钻杆的旋转动力传递至钻头且与弯管机构的壳体脱离。
[0014]所述离合结构包括设置在空心轴杆的端部的第一花键体/第一花键套，随钻测量信号器的前端设置有与第一花键体/第一花键套相配合的第一花键套/第一花键体，用于安装随钻测量信号器一端的壳体的内部设置有第二花键套，随钻测量信号器上安装有与第二花键套相配合的第二花键体。
[0015]或者，所述离合结构包括沿轴向设置在所述壳体上的若干组伸缩支撑机构，每组伸缩支撑机构的数量为多个且呈周向开设在所述随钻测量信号器的管壁上，所述随钻测量信号器的内部用于通入压力水，全部的伸缩支撑机构统一由压力控制机构提供的水压力变化来实现伸出和缩回；所述伸缩支撑机构包括沿径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种回转钻机钻进轨迹控制方法，其特征在于，包括以下步骤：回转钻机钻进：回转钻机带动转动安装在弯管机构前端的钻头进行与空心钻杆同步旋转和进给，此时弯管机构随空心钻杆作同步进给而不随空心钻杆旋转；钻头监测：随钻测量信号器将钻头的位置姿态信息实时反馈至随钻测量仪；钻进轨迹判断及控制：随钻测量仪判断钻头的钻进轨迹是否超出设计轨迹范围，当钻头的钻进轨迹未超出设计轨迹范围时，回转钻机继续正常钻孔作业；当钻头的钻进轨迹超出设计轨迹范围时，通过弯管机构内的离合结构使得空心钻杆的旋转动力传递至弯管机构的壳体且与钻头脱离，之后回转钻机带动空心钻杆旋转继而带动弯管机构的壳体旋转角度，使得钻头的钻进轨迹符合设计轨迹，之后通过弯管机构内的离合结构使得空心钻杆的旋转动力传递至钻头且与弯管机构的壳体脱离，之后回转钻机继续钻孔作业；钻进过程中实时监测、判断和控制钻进轨迹，直至完成整个定向钻孔作业。2.如权利要求1所述的回转钻机钻进轨迹控制方法，其特征在于，空心钻杆的表面带有螺旋排屑槽，钻孔过程产生的渣屑被螺旋排屑槽同步输送至回转钻机一端排出。3.如权利要求1所述的回转钻机钻进轨迹控制方法，其特征在于，钻头上部带有喷口，喷口通过内部管路与空心钻杆相连通，回转钻机钻进时，由空心钻杆的后端注入高压流体并由钻头上的喷口喷出，以使得钻孔过程中产生的渣屑被喷口喷出的高压流体沿着钻孔向回转钻机一端排出。4.如权利要求3所述的回转钻机钻进轨迹控制方法，其特征在于，所述内部管路采用由钻头、随钻测量信号器和空心钻杆的内孔依次连通构成的管路；或者，所述内部管路采用自由转动穿设在钻头、随钻测量信号器和空心钻杆的内孔中的高压管道，且高压管道的前端与喷口之间采用旋转接头相连接。5.如权利要求1所述的回转钻机钻进轨迹控制方法，其特征在于，在进行钻进轨迹判断及控制时，设计轨迹参数包括孔深、测量深度、倾角和磁方位角，经过设计轨迹参数的计算后将钻孔的设计轨迹平面进行投影显示，钻进轨迹参数包括孔深、测量深度、倾角、磁方位角和工具面向角，随钻测量仪对实时接收到钻进轨迹参数进行计算后将钻进轨迹平面同样进行投影显示，工作人员对钻进轨迹平面和设计轨迹平面进行对比分析，判断随钻测量仪判断钻头的钻进轨迹是否超出设计轨迹范围。6.一种钻进设备，其特征在于，包括：回转钻机本体(100)，作为主体设备，且回转钻机本体(100)上带有随钻测量仪(110)；空心钻杆(120)，安装在回转钻机本体(100)的回转器(130)上；弯管机构(140)，其一端通过随钻测量信号器(150)安装在空心...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建国，范付恒，
申请(专利权)人：平顶山市安泰华矿用安全设备制造有限公司，
类型：发明
国别省市：