一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方法

摘要

本发明公开了一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方法，其中广谱型岩石穿越导向钻头包括：第一芯轴、第一芯轴外壳、第二芯轴、传动外壳、转向机构和钻具部分，本发明采用超越离合器加转向弯头导向机构，替代泥浆马达导向，减少泥浆用量，提高了导向钻进扭矩，给穿越施工节省了大量资金投入，还大大缩短了钻导向孔时间，为非开挖穿越施工提高了工作效率，降低了施工风险。

说明书

技术领域

本发明适用于地下定向穿越工程中岩石及泥土层全地质导向孔 钻进作业，具体涉及一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方 法。

背景技术

定向穿越工程施工遇到岩石或砂石混合地层时一般只能采取螺 杆马达带动钻头转进，其工作原理是：钻杆与螺杆马达同时旋转时， 导向钻头直线钻进；钻杆不转，螺杆马达旋转时，通过转向弯头实 现变向，这时导向钻头按设计轨迹的方向前进。螺杆马达转进需要 消耗大量泥浆，增加钻孔费用，带来环境污染。并且螺杆马达寿命较 短，扭矩较小，造成钻孔效率低下，螺杆马达经常更换检修给施工造 成很大不便。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种双壁钻杆驱动全地质导向 钻头的导向转向方法，包括以下步骤：

步骤一：双壁钻杆的内钻杆插头和外钻杆插头分别插接至内钻杆 接头和外钻杆接头内，然后双壁钻杆的内钻杆和外钻杆分别驱动第一 芯轴与第一芯轴外壳同时顺时针旋转，此时，钻具部分在岩石中直线 前进；

步骤二：需要变向时，根据设计轨迹调整转向弯头方向，使之对 应相应钟表盘面的位置；

步骤三：双壁钻杆的外钻杆停止旋转，内钻杆继续驱动第一芯轴 与顺时针旋转，此时第一芯轴和第二芯轴单独旋转驱动牙轮钻头转 动，第一芯轴外壳和传动外壳在没有旋转扭矩的情况下不旋转，只是 被第一芯轴和第二芯轴推动做直线前进，牙轮钻头在沿转向弯头偏向 的方向上钻进，实现在岩石中变向；

步骤四：恢复到直线钻进时，双壁钻杆的外钻杆重新启动旋转， 此时双壁钻杆的内钻杆和外钻杆再次分别驱动第一芯轴与第一芯轴 外壳同时顺时针旋转，钻具部分就可以继续直线前进了；及

步骤五：如此循环反复以上步骤以实现钻具部分的变向控制。

根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方法，包 括：

第一芯轴、钻具部分和第二芯轴依次连接，第一芯轴的第一端外 部设有内钻杆接头，第二芯轴的第一端设有带有牙轮钻头的导向钻头 接头，这样内钻杆的旋转推进依次通过内钻杆接头、第一芯轴、钻具 部分、第二芯轴和导向钻头接头传动至牙轮钻头；

第一芯轴外壳、转向机构和传动外壳依次连接及套在第一芯轴、 钻具部分和第二芯轴外，第一芯轴外壳的第一端连接有外钻杆接头， 传动外壳第一端与导向钻头接头通过第二连接构件连接在一起，这样 外钻杆的旋转推进依次通过外钻杆接头、第一芯轴外壳、转向机构、 传动外壳、第二连接构件和导向钻头接头传动至牙轮钻头；

内钻杆接头和外钻杆接头分别设有内钻杆接入腔和外钻杆接入 腔，内钻杆接头套在外钻杆接头的内部，及内钻杆接入腔的外端与外 钻杆接入腔的内端接触，这样外钻杆与外钻杆接入腔旋合时内钻杆自 动插接至外钻杆接入腔。

根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方法，其 中，转向机构包括本体接头和与本体接头连接的转向弯头，转向弯头 与本体接头之间具有一个偏向角度，本体接头的另一端与第一芯轴外 壳连接，转向弯头的另一端与传动外壳连接，这样所述转向机构的转 向弯头根据设计轨迹调整方向从而使牙轮钻头调整钻进方向。

根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方法，其 中，钻具部分包括万向联轴器和超越离合器，万向联轴器包括相互连 接的第一部分和第二部分，及超越离合器为单向轴承，包括外轴承和 套接在外轴承内部的内轴承，外轴承和内轴承之间设有内部棘爪，万 向联轴器的第一部分套接在第二芯轴第二端外侧，万向联轴器的第二 部分配合插入至超越离合器内轴承的第一端，超越离合器内轴承的第 二端套接在第一芯轴的第二端外侧并与第一芯轴外壳的第二端相接 触，超越离合器外轴承固定至转向机构本体接头内。

根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方法，其 中，超越离合器外轴承不随超越离合器内轴承顺时针旋转而旋转，超 越离合器外轴承随超越离合器内轴承逆时针旋转而旋转，及超越离合 器内轴承不随超越离合器外轴承顺时针旋转而旋转，超越离合器内轴 承随超越离合器外轴承逆时针旋转而旋转。

根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方法，其 中，第一芯轴外壳内设有侧装探棒仓，侧装探棒仓内储放有导向仪探 棒以提供方位角及深度信号。

根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方法，其 中，第二芯轴与传动外壳之间设有传动机构以传递扭矩及推力，传动 机构包括TC轴承和与TC轴承连接的串轴承。

根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方法，其 中，第二芯轴内部设有泥浆通道。

有益效果

本发明公开了一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的导向转向方 法，其特点是采用双壁钻杆驱动导向机构，替代泥浆马达，减少泥浆 用量，提高了导向钻进扭矩，给穿越施工节省了大量资金投入，还大 大缩短了钻导向孔时间，为非开挖穿越施工提高了工作效率，降低了 施工成本和施工风险。

附图说明

图1是本发明公开的一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的结构 示意图；

图2是本发明公开的一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的转向 机构和钻具部分的结构示意图；

图3是本发明公开的双壁钻杆的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作 为对本发明的限定。

图1是本发明公开的一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的结构 示意图，如图1所示，本发明提供了一种双壁钻杆驱动全地质导向钻 头，包括：第一芯轴01、第一芯轴外壳02、第二芯轴03、传动外壳 04、转向机构和钻具部分，第一芯轴01位于第一芯轴外壳02的内部， 第一芯轴01的第一端05外部设有内钻杆接头06，第一芯轴外壳02 的第一端07连接有外钻杆接头08，内钻杆接头06和外钻杆接头08 分别设有内钻杆接入腔09和外钻杆接入腔10，内钻杆接头06套在 外钻杆接头08的内部，及内钻杆接入腔09的外端与外钻杆接入腔 10的内端接触，第二芯轴03位于传动外壳04的内部，第二芯轴03 的第一端11设有带有牙轮钻头12的导向钻头接头13，传动外壳04 第一端14与导向钻头接头13通过第二连接构件15连接在一起，钻 具部分的两端分别与第一芯轴01的第二端16和第二芯轴03的第二 端17连接，及转向机构的两端分别与第一芯轴外壳02和传动外壳 04连接。

图2是本发明公开的一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头的转向 机构和钻具部分的结构示意图，如图2所示，根据上述一种双壁钻杆 驱动全地质导向钻头，其中，转向机构包括本体接头18和与本体接 头18连接的转向弯头19，转向弯头19与本体接头18之间具有一个 偏向角度，本体接头18的另一端与第一芯轴外壳02连接，转向弯头 19的另一端与传动外壳04连接。

如图2所示，根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头，其中， 钻具部分包括万向联轴器和超越离合器，万向联轴器包括相互连接的 第一部分20和第二部分21，及超越离合器为单向轴承，包括外轴承 22和套接在外轴承22内部的内轴承23，外轴承22和内轴承23之间 设有内部棘爪(图中未示出)，万向联轴器的第一部分20套接在第 二芯轴03第二端17外侧，万向联轴器的第二部分21配合插入至超 越离合器内轴承23的第一端24，超越离合器内轴承23的第二端25 套接在第一芯轴01的第二端16外侧并与第一芯轴外壳02的第二端 26相接触，超越离合器外轴承22固定至转向机构本体接头18内。

如图2所示，根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头，其中， 超越离合器外轴承22不随超越离合器内轴承23顺时针旋转而旋转， 超越离合器外轴承22随超越离合器内轴承23逆时针旋转而旋转，及 超越离合器内轴承23不随超越离合器外轴承22顺时针旋转而旋转， 超越离合器内轴承23随超越离合器外轴承22逆时针旋转而旋转。

如图1所示，根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头，其中， 万向联轴器的第二部分21和超越离合器内轴承23的第一端24分别 设有相互配合的六角公接头和六角母接头。

如图1所示，根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头，其中， 第一芯轴01的第二端16和超越离合器内轴承23的第二端25分别设 有相互配合的六角公接头和六角母接头。

如图1所示，根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头，其中， 第一芯轴外壳02内设有侧装探棒仓27，侧装探棒仓27内储放有导 向仪探棒28。

如图1所示，根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头，其中， 第二芯轴03与传动外壳04之间设有传动机构，传动机构包括TC轴 承29和与TC轴承29连接的串轴承30。

如图1所示，根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头，其中， 第二芯轴03内部设有泥浆通道31。

如图1和图3所示，根据上述一种双壁钻杆驱动全地质导向钻头 的导向转向方法，包括：

步骤一：双壁钻杆32的内钻杆插头35和外钻杆插头36分别插 接至内钻杆接头06和外钻杆接头08内，然后双壁钻杆32的内钻杆 33和外钻杆34分别驱动第一芯轴01与第一芯轴外壳02同时顺时针 旋转，此时，钻具部分在岩石中直线前进；

步骤二：需要变向时，根据设计轨迹调整转向弯头19方向，使 之对应相应钟表盘面的位置；

步骤三：双壁钻杆32的外钻杆34停止旋转，内钻杆33继续驱 动第一芯轴01与顺时针旋转，此时第一芯轴01和第二芯轴03单独 旋转驱动牙轮钻头12转动，第一芯轴外壳02和传动外壳04在没有 旋转扭矩的情况下不旋转，只是被第一芯轴01和第二芯轴03推动做 直线前进，牙轮钻头12在沿转向弯头19偏向的方向上钻进，实现在 岩石中变向；

步骤四：恢复到直线钻进时，双壁钻杆32的外钻杆34重新启动 旋转，此时双壁钻杆32的内钻杆33和外钻杆34再次分别驱动第一 芯轴01与第一芯轴外壳02同时顺时针旋转，钻具部分就可以继续直 线前进了；及

步骤五：如此循环反复以上步骤以实现钻具部分的变向控制。

其中，本发明中公开的双壁钻杆32，外钻杆34为特殊丝扣钻杆， 实现钻进过程中与导向钻头同时旋转时的直线前进。内钻杆插头35 采用公六方插头，外钻杆34旋合时内钻杆六方插头自动插接，当外 钻杆34不旋转时内钻杆33在钻机单独驱动下传递扭矩，将动力传递 给导向钻头。另外，侧装探棒仓27为导向仪探棒28的储放仓，提供 方位角及深度信号。

以上所述，仅是本发明较佳的实施方式，并非对本发明的技术方 案做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例做 任何简单修改，形式变化和修饰，均落入本发明的保护范围。