一种广谱型岩石穿越导向钻头的导向转向方法

摘要

本发明公开了一种广谱型岩石穿越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，本发明采用换挡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、沙硕全地质导向孔钻进 作业，具体涉及一种广谱型岩石穿越导向钻头的导向转向方法。

背景技术

定向穿越工程施工首先要求按预先设计的轨迹钻导向孔，遇到岩 石时一般只能采取螺杆马达带动牙轮钻头转进，其工作原理是：钻杆 与螺杆马达同时旋转时，钻具直线钻进；钻杆不转，螺杆马达旋转时， 通过转向弯头实现变向，这时钻杆走曲线。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，本发明提供了一种广谱型岩石穿越导向钻头 的导向转向方法，包括：

步骤一：推进钻头带动第一芯轴正旋旋转使换挡离合器的两个拔 插与第一芯轴第二端的凸起卡合，然后，向前推进推进钻头接头使其 一端与第一芯轴外壳第一端的端面齿啮合，实现第一芯轴与第一芯轴 外壳同时旋转，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：然后推进钻头回拉第一芯轴使推进钻头接头一端与第一 芯轴外壳第一端的端面齿分离，再反旋旋转一个方位角使换挡离合器 的两个拔插与第一芯轴第二端的凸起分离，这时推进钻头反旋并推进 第一芯轴，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，首先推进钻头停止钻进，正旋旋转 一个方位角使换挡离合器的两个拔插与第一芯轴第二端的凸起卡合， 向前推进推进钻头接头使其一端与第一芯轴外壳第一端的端面齿啮 合，再钻动推进钻头，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。

根据上述一种广谱型岩石穿越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连 接有带有推进钻头的推进钻头接头，第二芯轴的第一端连接有带有牙 轮钻头的导向钻头接头，这样推进钻头的旋转推进依次通过推进钻头 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通过第一连接构件套 在推进钻头接头外，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，这样第一芯轴外壳的旋转推进依次通过转向机构、传 动外壳、第二连接构件和导向钻头接头传动至牙轮钻头。

根据上述一种广谱型岩石穿越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。

根据上述一种广谱型岩石穿越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换挡离合器，万向联轴器的第一部分连接 至第二芯轴第二端外侧，万向联轴器的第二部分配合插入至换挡离合 器的一端，换挡离合器的另一端向内设有两个拔插及第一芯轴的第二 端向外设有凸起，两个拔插与凸起卡合或分离，及两个拔插与凸起卡 合时，钻具部分与转向机构相互作用同时旋转推进。

根据上述一种广谱型岩石穿越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。

根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头的导向转向方法，其中， 第一芯轴外壳的第一端与推进钻头接头的一端分别设有相互配合的 端面齿。

根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头的导向转向方法，其中， 第一芯轴外壳的第一端与推进钻头接头的一端通过相互配合的端面 齿啮合或分离，及第一芯轴外壳的第一端与推进钻头接头的一端通过 相互配合的端面齿啮合时，推进钻头的旋转推进带动第一芯轴外壳一 起旋转推进。

根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头的导向转向方法，其中， 第二芯轴与所述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。

根据上述一种广谱型岩石穿越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

本发明公开了一种广谱型岩石穿越导向钻头的导向转向方法，其 特点是采用换挡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。

附图说明

图1是本发明公开的一种广谱型岩石穿越导向钻头的结构示意 图；

图2是本发明公开的一种广谱型岩石穿越导向钻头的转向机构 和钻具部分的结构示意图。

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广谱型岩石穿越导向钻头的结构示意 图，如图1所示，本发明提供了一种广谱型岩石穿越导向钻头，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外部连接有带有推进钻头的推进钻头接头06，第一芯 轴外壳02的第一端07通过第一连接构件08套在推进钻头接头06外， 第二芯轴03位于传动外壳04的内部，第二芯轴03的第一端09连接 有带有牙轮钻头的导向钻头接头10，传动外壳04第一端11与导向 钻头接头10通过第二连接构件12连接在一起，钻具部分一端与第二 芯轴03连接，钻具部分的另一端与第一芯轴01的第二端13连接或 分离，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广谱型岩石穿越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，根据上述一种广谱型岩石穿 越导向钻头，其中，转向机构包括本体接头14和与本体接头14连接 的转向弯头15，转向弯头15与本体接头14之间具有一个偏向角度， 本体接头14的另一端与第一芯轴外壳02连接，转向弯头15的另一 端与传动外壳04连接。

如图2所示，根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头，其中，钻 具部分包括万向联轴器16和换挡离合器17，万向联轴器16的第一 部分18连接至第二芯轴03第二端外侧，万向联轴器16的第二部分 19配合插入至换挡离合器17的一端，换挡离合器17的另一端向内 设有两个拔插20及第一芯轴01的第二端13向外设有凸起21，两个 拔插20与所述凸起21卡合或分离。

如图2所示，根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头，其中，万 向联轴器16的第二部分19和换挡离合器17的一端分别设有相互配 合的六角公接头和六角母接头。

如图1所示，根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头，其中，第 一芯轴外壳02内设有侧装探棒仓22，侧装探棒仓22内储放有导向 仪探棒23。

如图1所示，根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头，其中，第 一芯轴外壳02的第一端07与推进钻头接头06的一端分别设有相互 配合的端面齿24。

如图1所示，根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头，其中，第 一芯轴外壳02的第一端07与推进钻头接头06的一端通过相互配合 的端面齿24啮合或分离。

如图1所示，根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头，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 25和与TC轴承25连接的串轴承26。

如图1所示，根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头，其中，第 二芯轴03内部设有泥浆通道27。

如图1和图2所示，根据上述一种广谱型岩石穿越导向钻头的导 向转向方法，包括：

步骤一：推进钻头带动第一芯轴01正旋旋转使换挡离合器17的 两个拔插20与第一芯轴01第二端13的凸起21卡合，然后，向前推 进推进钻头接头06使其一端与第一芯轴外壳02第一端07的端面齿 24啮合，实现第一芯轴01与第一芯轴外壳02同时旋转，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15方向，使 之对应相应钟表盘面的位置；

步骤三：然后推进钻头回拉第一芯轴01使推进钻头接头06一端 与第一芯轴外壳02第一端07的端面齿24分离，再反旋旋转一个方 位角使换挡离合器17的两个拔插20与第一芯轴01第二端13的凸起 21分离，这时推进钻头反旋并推进第一芯轴01，第一芯轴01和第二 芯轴03单独旋转驱动牙轮钻头转动，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，牙轮钻头在沿转向弯头15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，首先推进钻头停止钻进，正旋旋转 一个方位角使换挡离合器17的两个拔插20与第一芯轴01第二端13 的凸起21卡合，向前推进推进钻头接头06使其一端与第一芯轴外壳 02第一端07的端面齿24啮合，再钻动推进钻头，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。

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。