CN104358515A - 水平定向钻机导向钻杆 - Google Patents

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Abstract

一种水平定向钻机导向钻杆，包括钻杆柱，在钻杆柱的前方设有切削钻头，在切削钻头与钻杆柱之间设有监控切削钻头位置的探头盒，在探头盒与切削钻头之间设有液控旋转导向装置。本发明利用设置在外杆体的外壁上周向均匀分布的四个控制切削钻头切削方向的导向活塞，可改变切削钻头的方向从而实现对钻孔轨迹的控制；利用设置在冲洗液通流通道内的阀芯，通过合理分配压缩弹簧的刚度系数和冲洗液的压力档位，可实现对各功能的控制。本发明钻进效率高、导向能力强、对操作技能水平要求不高，大大降低了因钻杆柱损坏断裂而引发的孔底事故，提高了生产效率，降低了成本。

Description

水平定向钻机导向钻杆
技术领域
本发明涉及一种非开挖地下管线的铺设工程领域，特别是一种水平定向钻机导向钻杆。
背景技术
水平定向钻进技术在非开挖铺管工程中的应用十分广泛，铺管工程一般分为三个阶段，即先导孔钻进、回拉扩孔和管道铺设。传统的先导孔是指利用带斜面的、直径较小的切削钻头按照预定的设计轨迹首先形成小直径的导引孔，为后续扩孔和铺管提供导引功能，所以先导孔质量的优劣直接影响整个孔工程能否顺利完成，是后续回拉扩孔和管道铺设的基础和保障。但是传统导向装置存在许多不足之处：一是当钻直孔不造斜时，容易使钻孔轨迹发生偏斜的趋向，严重影响工作效率，同时，还增加了钻杆柱施工过程易损坏断裂的危险性；二是当需要造斜导向时，钻机动力头不旋转，靠导向板的面向及地表监控仪器的数据来实现不旋转向前推压钻进，这种钻进方式效率更低，并且必须要有经验的操作非常娴熟的机长靠多年实际经验才能顺利完成造斜导向，受人工的影响较大。综合以上因素，传统导向装置钻孔轨迹与设计轨迹偏差较大，导向方向多变性，钻孔内壁不平整，所以一种钻进效率高、导向能力强、对操作技能水平要求不高的导向钻进装置的研发迫在眉睫。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种高效钻进、导向能力强，减少因钻杆柱损坏断裂而引发的孔底事故，提高成产效率的水平定向钻机导向钻杆。
本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，一种水平定向钻机导向钻杆，包括钻杆柱，在钻杆柱的前方设有切削钻头，在切削钻头与钻杆柱之间设有监控切削钻头位置的探头盒，其特点是：在探头盒与切削钻头之间设有液控旋转导向装置，所述液控旋转导向装置包括外杆体，在外杆体的后端设有连接探头盒用的母扣，母扣的内腔设置为冲洗液进液腔，在外杆体的前端设有与切削钻头相接的接头，接头的内腔设置为冲洗液出液腔，在外杆体的内部设有与外杆体同轴设置的心轴，心轴的后部外壁与外杆体的内壁之间设有深沟球轴承Ⅰ，在深沟球轴承Ⅰ的后方心轴的外壁与外杆体的内壁之间设有后密封装置，在心轴的前端外杆体的内部插装有配流轴，在配流轴的前部套装有与外杆体固定相接的定中配流套，在定中配流套与配流轴之间设有前密封装置，在配流轴与心轴插接处设有外套在心轴上的深沟球轴承Ⅱ，在深沟球轴承Ⅱ与深沟球轴承Ⅰ之间的心轴上设有偏心机构，在偏心机构上设有与母扣冲洗液进液腔相通用于切削钻头工作面冷却的冲洗液冷却通道，在配流轴上设有连通冲洗液冷却通道与冲洗液出液腔的冲洗液冷却流通通道，所述心轴的中心孔设置为与母扣冲洗液进液腔相通的冲洗液压力通道，在配流轴内设有与心轴冲洗液压力通道相通的冲洗液通流通道；在外杆体的外壁上周向均匀分布有四个控制切削钻头切削方向的导向活塞，导向活塞的轴向与外杆体的轴向垂直，在配流轴上设有四条分别连通导向活塞与冲洗液通流通道的分流通道，所述导向活塞与外杆体之间设有复位弹簧，在配流轴的外壁上设有至少一个控制配流轴与外杆体同步旋转的刹车活塞，刹车活塞的轴向与配流轴的轴向垂直，在外杆体的内壁上向内设有与刹车活塞配合的定位槽，在车活塞与与外杆体之间设有刹车弹簧，所述配流轴上设有连通刹车活塞与配流轴冲洗液通流通道的冲洗液刹车通道；在冲洗液通流通道内设有前后移动控制冲洗液刹车通道和分流通道启闭的阀芯，在阀芯的前方设有与配流轴固定相接的弹簧套，在弹簧套与阀芯之间安装有压缩弹簧。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述后密封装置为设置在心轴外壁与外杆体内壁之间的V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ，在V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ的后端设有套装在心轴上的垫圈Ⅰ，在垫圈Ⅰ的后端设有调整V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ用的调节螺钉Ⅰ。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述前密封装置为设置在配流轴外壁与定中配流套内壁之间的V型夹织物橡胶密封圈Ⅱ，在V型夹织物橡胶密封圈Ⅱ的前端设有套装在配流轴上的垫圈Ⅱ，在垫圈Ⅱ的前端设有调整V型夹织物橡胶密封圈Ⅱ用的调节螺钉Ⅱ。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在心轴冲洗液压力控制通道的入口处还设有冲洗液过滤装置，所述冲洗液过滤装置为通过堵头固定安装在心轴上的滤网，在堵头上设有与冲洗液进液腔和冲洗液压力控制通道相通的堵头通道。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，在弹簧套的前端设有调节压缩弹簧用的调节螺钉Ⅲ。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述冲洗液冷却通道为心轴双耳槽通孔，所述冲洗液冷却流通通道为与心轴双耳槽正对相通的配流轴双耳槽通孔。
本发明要解决的技术问题还可以通过以下技术方案来进一步实现，所述四个导向活塞沿外杆体轴向等间距布置。
与现有技术相比，本发明利用设置在外杆体的外壁上周向均匀分布的四个控制切削钻头切削方向的导向活塞，可改变切削钻头的方向从而实现对钻孔轨迹的控制；利用设置在冲洗液通流通道内的阀芯，通过合理分配压缩弹簧的刚度系数和冲洗液的压力档位，可实现对各功能的控制。本发明钻进效率高、导向能力强、对操作技能水平要求不高，大大降低了因钻杆柱损坏断裂而引发的孔底事故，提高了生产效率，降低了成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A向结构示意图；
图3为图1的B-B向结构示意图；
图4为图1的C-C向结构示意图。
具体实施方式
一种水平定向钻机导向钻杆，包括钻杆柱，在钻杆柱的前方设有切削钻头，在切削钻头与钻杆柱之间设有监控切削钻头位置的探头盒，在探头盒与切削钻头之间设有液控旋转导向装置，所述液控旋转导向装置包括外杆体2，在外杆体2的后端设有连接探头盒用的母扣，母扣的内腔设置为冲洗液进液腔1，在外杆体2的前端设有与切削钻头相接的接头10，接头10的内腔设置为冲洗液出液腔11，在外杆体2的内部设有与外杆体同轴设置的心轴5，心轴5的后部外壁与外杆体的内壁之间设有深沟球轴承Ⅰ4，在深沟球轴承Ⅰ4的后方心轴的外壁与外杆体的内壁之间设有后密封装置，在心轴的前端外杆体的内部插装有配流轴15，在配流轴15的前部套装有与外杆体固定相接的定中配流套9，在定中配流套9与配流轴15之间设有前密封装置，在配流轴与心轴插接处设有外套在心轴上的深沟球轴承Ⅱ7，在深沟球轴承Ⅱ7与深沟球轴承Ⅰ4之间的心轴上设有偏心机构，在偏心机构上设有与母扣冲洗液进液腔相通用于切削钻头工作面冷却的冲洗液冷却通道，在配流轴上设有连通冲洗液冷却通道与冲洗液出液腔的冲洗液冷却流通通道，所述心轴5的中心孔设置为与母扣冲洗液进液腔相通的冲洗液压力通道6，在配流轴15内设有与心轴冲洗液压力通道相通的冲洗液通流通道；在外杆体的外壁上周向均匀分布有四个控制切削钻头切削方向的导向活塞8，导向活塞8的轴向与外杆体的轴向垂直，在配流轴上设有四条分别连通导向活塞与冲洗液通流通道的分流通道，所述导向活塞与外杆体之间设有复位弹簧，在配流轴的外壁上设有至少一个控制配流轴与外杆体同步旋转的刹车活塞18，刹车活塞18的轴向与配流轴的轴向垂直，在外杆体2的内壁上向内设有与刹车活塞配合的定位槽，在车活塞与与外杆体之间设有刹车弹簧，所述配流轴上设有连通刹车活塞与配流轴冲洗液通流通道的冲洗液刹车通道；在冲洗液通流通道内设有前后移动控制冲洗液刹车通道和分流通道启闭的阀芯16，在阀芯16的前方设有与配流轴固定相接的弹簧套12，在弹簧套12与阀芯16之间安装有压缩弹簧13。本发明主要用于0～23°水平定向钻进工程，利用高效切削钻头，实现了直线方向高效切削钻进，并且还在钻杆柱上安装有扶正器，保证了导向孔内壁平整光滑。所述心轴中间设有一段偏心机构，偏心机构为偏心凸轮，能实现靠自重的作用在外杆体旋转时保持静止状态；心轴5设有用于控制用的冲洗液压力通道和用于冲洗冷却用的冲洗液冷却通道，实现冲洗液在此处分为两路实现不同功能；所述配流轴后端设有与心轴相配合的外螺扣和外止口，实现能和心轴牢固的连接在一起；配流轴内孔设有刹车、上、下、左、右6处槽口，并且该6处槽口均对应通往各控制功能处；配流轴上设有与心轴相通的配流轴双耳槽通孔，实现冲洗液从该处流过；阀芯在冲洗液和压缩弹簧两者的作用下能实现对配流轴各流道的分配控制；阀芯设有一段长度的与配流轴内孔滑道相配合的外滑动表面，实现能在配流轴内自由滑动；阀芯前端设有一台阶端面，用于限制压缩弹簧的位置；所述导向活塞的下腔没有冲洗液时，导向活塞靠复位弹簧的作用缩回在外杆体里，不起导向作用，钻孔轨迹为直线；当导向活塞的下腔充满冲洗液时，导向活塞下端面在冲洗液推力作用下克服复位弹簧的作用使导向活塞外伸出外杆体的外表面，对钻孔内壁产生推力，改变钻头的方向从而实现对钻孔轨迹的控制。
所述外杆体后端有母扣与探头盒相连，前端与接头相连，实现了与探头盒和切削钻头的连接；外杆体内孔设有两处轴承位，用于定位心轴；外杆体内还设有密封装置位，完成轴承与冲洗液的隔离，并通过调节螺钉Ⅰ，用于调节V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ的紧密程度；外杆体后端内孔设有孔用弹性挡圈卡槽位，用于定位V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ，前端内孔也设有孔用弹性挡圈卡槽位，用于定位轴承；外杆体前端内孔设有一段与配流轴外表面一段外凸表面相配合的内表面，用于防止前端冲洗液进入轴承位；外杆体前端内孔设有与定中配流套相配合的内表面，用于定位定中配流套，前端母扣根处设有键槽，配合定中配流套和键实现定中配流套的周向定位；外杆体前端设有刹车活塞的定位槽，配合刹车外罩壳实现对刹车活塞的定位；外杆体前端设有导向活塞的定位孔及平面，配合导向罩壳实现对导向活塞的定位，外杆体右端外圆设有若干单向阀，用于实现从前端导向活塞内泻出的冲洗液经该处流出，反向不通。
所述本装置的冲洗液分为两路：一路经心轴和配流轴流出后对切削钻头的工作面进行冷却冲洗；另一路流经心轴和配流轴的中心孔对阀芯形成压力控制。心轴和配流轴相互连接在一起靠心轴的自重作用能实现在外杆体旋转时处于基本静止状态。阀芯所受冲洗液压力大小在压缩弹簧的反作用力下使阀芯停留在某一控制点，实现对各个流道的打开或关闭控制。当阀芯的通道对准冲洗液刹车通道时，其余各通道关闭，此时心轴和配流轴等零件可随外杆体一起转动，此时该装置不起导向作用，随钻运动，切削钻头钻进轨迹为直线；当阀芯的通道对准上导向活塞通道时，其余各通道关闭，刹车活塞靠刹车弹簧的作用自动缩回，原先靠复位弹簧作用处于缩回状态的上导向活塞受到冲洗液作用对井壁施加径向力，控制钻头向下运动实现向下导向控制；其他三个方向依此类推。
所述后密封装置为设置在心轴外壁与外杆体内壁之间的V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ3，在V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ3的后端设有套装在心轴上的垫圈Ⅰ，在垫圈Ⅰ的后端设有调整V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ用的调节螺钉Ⅰ；所述前密封装置为设置在配流轴外壁与定中配流套内壁之间的V型夹织物橡胶密封圈Ⅱ14，在V型夹织物橡胶密封圈Ⅱ14的前端设有套装在配流轴上的垫圈Ⅱ，在垫圈Ⅱ的前端设有调整V型夹织物橡胶密封圈Ⅱ用的调节螺钉Ⅱ；在心轴冲洗液压力控制通道的入口处还设有冲洗液过滤装置，所述冲洗液过滤装置为通过堵头固定安装在心轴上的滤网，在堵头上设有与冲洗液进液腔和冲洗液压力控制通道相通的堵头通道；在弹簧套的前端设有调节压缩弹簧用的调节螺钉Ⅲ；所述冲洗液冷却通道为心轴双耳槽通孔17，所述冲洗液冷却流通通道为与心轴双耳槽正对相通的配流轴双耳槽通孔19；所述四个导向活塞沿外杆体轴向等间距布置。

Claims (7)

1.一种水平定向钻机导向钻杆，包括钻杆柱，在钻杆柱的前方设有切削钻头，在切削钻头与钻杆柱之间设有监控切削钻头位置的探头盒，其特征在于：在探头盒与切削钻头之间设有液控旋转导向装置，所述液控旋转导向装置包括外杆体，在外杆体的后端设有连接探头盒用的母扣，母扣的内腔设置为冲洗液进液腔，在外杆体的前端设有与切削钻头相接的接头，接头的内腔设置为冲洗液出液腔，在外杆体的内部设有与外杆体同轴设置的心轴，心轴的后部外壁与外杆体的内壁之间设有深沟球轴承Ⅰ，在深沟球轴承Ⅰ的后方心轴的外壁与外杆体的内壁之间设有后密封装置，在心轴的前端外杆体的内部插装有配流轴，在配流轴的前部套装有与外杆体固定相接的定中配流套，在定中配流套与配流轴之间设有前密封装置，在配流轴与心轴插接处设有外套在心轴上的深沟球轴承Ⅱ，在深沟球轴承Ⅱ与深沟球轴承Ⅰ之间的心轴上设有偏心机构，在偏心机构上设有与母扣冲洗液进液腔相通用于切削钻头工作面冷却的冲洗液冷却通道，在配流轴上设有连通冲洗液冷却通道与冲洗液出液腔的冲洗液冷却流通通道，所述心轴的中心孔设置为与母扣冲洗液进液腔相通的冲洗液压力通道，在配流轴内设有与心轴冲洗液压力通道相通的冲洗液通流通道；在外杆体的外壁上周向均匀分布有四个控制切削钻头切削方向的导向活塞，导向活塞的轴向与外杆体的轴向垂直，在配流轴上设有四条分别连通导向活塞与冲洗液通流通道的分流通道，所述导向活塞与外杆体之间设有复位弹簧，在配流轴的外壁上设有至少一个控制配流轴与外杆体同步旋转的刹车活塞，刹车活塞的轴向与配流轴的轴向垂直，在外杆体的内壁上向内设有与刹车活塞配合的定位槽，在车活塞与与外杆体之间设有刹车弹簧，所述配流轴上设有连通刹车活塞与配流轴冲洗液通流通道的冲洗液刹车通道；在冲洗液通流通道内设有前后移动控制冲洗液刹车通道和分流通道启闭的阀芯，在阀芯的前方设有与配流轴固定相接的弹簧套，在弹簧套与阀芯之间安装有压缩弹簧。
2.根据权利要求1所述的水平定向钻机导向钻杆，其特征在于：所述后密封装置为设置在心轴外壁与外杆体内壁之间的V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ，在V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ的后端设有套装在心轴上的垫圈Ⅰ，在垫圈Ⅰ的后端设有调整V型夹织物橡胶密封圈Ⅰ用的调节螺钉Ⅰ。
3.根据权利要求1所述的水平定向钻机导向钻杆，其特征在于：所述前密封装置为设置在配流轴外壁与定中配流套内壁之间的V型夹织物橡胶密封圈Ⅱ，在V型夹织物橡胶密封圈Ⅱ的前端设有套装在配流轴上的垫圈Ⅱ，在垫圈Ⅱ的前端设有调整V型夹织物橡胶密封圈Ⅱ用的调节螺钉Ⅱ。
4.根据权利要求1所述的水平定向钻机导向钻杆，其特征在于：在心轴冲洗液压力控制通道的入口处还设有冲洗液过滤装置，所述冲洗液过滤装置为通过堵头固定安装在心轴上的滤网，在堵头上设有与冲洗液进液腔和冲洗液压力控制通道相通的堵头通道。
5.根据权利要求1所述的水平定向钻机导向钻杆，其特征在于：在弹簧套的前端设有调节压缩弹簧用的调节螺钉Ⅲ。
6.根据权利要求1所述的水平定向钻机导向钻杆，其特征在于：所述冲洗液冷却通道为心轴双耳槽通孔，所述冲洗液冷却流通通道为与心轴双耳槽正对相通的配流轴双耳槽通孔。
7.根据权利要求1所述的水平定向钻机导向钻杆，其特征在于：所述四个导向活塞沿外杆体轴向等间距布置。
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