CN110939387A - 定向侧钻斜向器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定向侧钻斜向器，包括右端开口的导引套、设置于引导套内轴向排列的若干组坐封组件以及驱动坐封组件的驱动组件，所述坐封组件包括以导引套中轴线中心对称分布并可径向滑动的若干个锚固瓦，所述导引套上开设有用于对锚固瓦径向滑动进行导向的导向孔，所述驱动件驱动锚固瓦径向往复滑动，所述导引套开口端斜切形成用于引导造斜钻头的导斜面；本发明的斜向器可大大提高开分支孔的效率以及成功率，并可实现对分支孔角度的精度控制，可有效提高开孔质量，且该斜向器使用寿命长，稳定性好。

Description

定向侧钻斜向器

技术领域

本发明涉及煤矿机械设备技术领域，特别涉及一种定向侧钻斜向器。

背景技术

随着煤矿井下定向钻进技术不断提高及应用，在煤矿井下顶、底板定向钻进时，尤其岩石较坚硬以及定向钻孔扩孔后，单纯依靠螺杆钻具低速磨削或反复磨削裸眼钻进开分支时，存在开分支孔效率低、成功率低以及质量差等问题。

目前，针对煤矿井下开分支用斜向器没有较为成熟的产品实现规模化工业应用，不能满足煤矿井下定向钻孔施工的需要；

因此需要一种定向侧钻斜向器，该斜向器配合定向钻杆使用，实现定向钻孔裸眼开分支，解决定向钻孔裸眼开分支效率低、成功率低以及开孔质量差等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种定向侧钻斜向器，该斜向器配合定向钻杆使用，实现定向钻孔裸眼开分支，解决定向钻孔裸眼开分支效率低、成功率低以及开孔质量差等问题。

本发明的定向侧钻斜向器，包括右端开口的导引套、设置于引导套内轴向排列的若干组坐封组件以及驱动坐封组件的驱动组件，所述坐封组件包括以导引套中轴线中心对称分布并可径向滑动的若干个锚固瓦，所述导引套上开设有用于对锚固瓦径向滑动进行导向的导向孔，所述驱动件驱动锚固瓦径向往复滑动，所述导引套开口端斜切形成用于引导造斜钻头的导斜面。

进一步，所述驱动组件包括与导引套同轴设置的坐封杆以及驱动坐封杆的动力装置，所述锚固瓦内侧具有沿轴向斜向上倾斜的楔形面，楔形面上沿倾斜方向开设有导轨槽，所述导轨槽内单自由度滑动安装有滑动件，所述驱动块固连于坐封杆上，所述动力装置驱动坐封杆轴向滑动带动驱动块沿导轨槽内滑动并推动锚固瓦径向滑动。

进一步，所述锚固瓦外端面具有紧固齿。

进一步，所述楔形面沿轴向向右倾斜向上，所述动力装置包括坐封驱动组件以及复位件，所述复位件设置于导引套内并位于坐封杆左侧，所述复位件具有驱动坐封杆向右运行的弹性力，所述坐封驱动组件设置于导引套内并位于坐封杆右侧，所述坐封驱动组件包括连接于坐封杆右端的活塞、以及设置于导引套内并位于活塞右侧的单向阀，所述单向阀与活塞之间的引导套段形成密封腔，所述单向阀的进液端朝向引导套右端，所述单向阀的出液端朝向活塞侧。

进一步，所述活塞外套有水压筒，所述水压筒轴向固定于导引套内圆，所述单向阀出液端密封连接于水压筒左端，所述活塞外圆与水压筒内圆之间设置有密封件。

进一步，所述单向阀包括轴向左右设置的水压筒压盖和单向阀压盖以及可轴向滑动的阀芯和弹性件，所述水压筒压盖右端与单向阀压盖左端螺纹连接，所述水压筒压盖与水压筒右端螺纹连接，所述水压筒压盖与单向阀压盖上分别轴向开有出液口和进液口，所述阀芯右端密封于进液口、左端位于出液口内，所述阀芯左端轴向开设有轴向过流通道，所述阀芯外圆径向开设有与轴向过流通道贯通的径向过流通道，所述弹性件具有使阀芯沿轴向向右运行的弹性力。

进一步，阀芯右端与进液口之间、水压筒压盖与单向阀压盖之间、水压筒压盖外圆与水压筒内圆之间以及活塞外圆与水压筒内圆之间均为承压密封。

进一步，所述导引套包括从左至右依次首尾螺纹连接的头部段、中部段以及尾部段。

进一步，所述头部段左端呈半球形结构，所述头部段内腔底部轴向连接有导向轴，所述坐封杆左端连接有导向套，所述导向轴右端内套于导向套内，所述复位件为弹性件，所述弹性件套于导向轴上，弹性件两端抵在导向套左端以及头部段内腔底部。

进一步，所述中部段右端内圆具有从左至右直径依次变大的两级阶梯结构，所述水压筒外圆呈从左至右外径变大的一级阶梯结构，所述水压筒轴肩抵在中部段左侧轴肩处，所述尾部段左端外圆螺纹连接于中部段内圆的大径段，所述尾部段左端抵在水压筒右端。

本发明的有益效果：

本发明的斜向器可大大提高开分支孔的效率以及成功率，并可实现对分支孔角度的精度控制，可有效提高开孔质量，且该斜向器使用寿命长，稳定性好；

本发明采用高压液体实现对锚固瓦的驱动，易于远程穿过钻孔驱动锚固瓦的运行，该结构无需在导引套内安装电机、液压缸或者气缸等动力装置，可简化斜向器的结构，避免了驱动电机、液压缸、气缸所需要的引线或者管路，防止与钻杆的干涉；

本发明导引套设置为分段式结构，通过各个分段结构的首尾连接可降低内部零部件封装的难度，导引套内部零部件配合其各个分段结构可拆卸连接并相互轴向实现定位，该结构便于斜向器的拆卸和装配，降低了初期装配难度以及后期的维护成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明局部结构示意图；

图3为本发明A-A剖视结构示意图；

图4为本发明中部段与尾部段连接处结构示意图；

图5为回收杆结构示意图；

具体实施方式

本实施例中左右方向与图1和图2的左右方向一致。

如图所示，本实施例提供了一种定向侧钻斜向器，包括右端开口的导引套1、设置于引导套内轴向排列的若干组坐封组件以及驱动坐封组件的驱动组件，所述坐封组件包括以导引套中轴线中心对称分布并可径向滑动的若干个锚固瓦2，所述导引套上开设有用于对锚固瓦径向滑动进行导向的导向孔，所述驱动件驱动锚固瓦径向往复滑动，所述导引套开口端斜切形成用于引导造斜钻头的导斜面3；本实施中设置有两组坐封组件，每组坐封组件中包括中心对称分布的四个锚固瓦，具体坐封组件的数量以及锚固瓦的数量可依据实际使用工况进行调整，在使用过程中，首先将斜向器送至指定孔段内，为便于对斜向器的输送，在导引套1 的右端内圆处设置内螺纹段，通过钻机带动定向钻杆转动使得定向钻杆的外螺纹段与导引套内螺纹段连接，通过定向钻杆定向将斜向器在导引套的导引作用下送入指定孔段，通过旋转定向钻杆调整好斜向器导斜面的面向角，通过驱动组件驱动锚固瓦径向向外滑动并抵在孔壁内圆，使斜向器锚固在孔壁内，实现斜向器坐封；坐封完成后，反转定向钻杆，定向钻杆与斜向器之间的螺纹连接段分离，操作钻机后退钻具，则定向钻杆被提出孔外，准备进行侧钻开分支孔工作，操作钻机使得造斜钻头进入钻孔内，在导斜面的作用下造斜钻头沿着导斜面变向钻进，侧钻开出分支，为保证导斜面的良好导向作用，造斜钻头的头部直径应大于导引套1右端的内径，本实施例中导斜面3与导引套轴线的夹角为6°，该角度可依据实际使用工况进行调整，具体不在赘述，通过该结构可大大提高开分支孔的效率以及成功率，并可实现对分支孔角度的精度控制，可有效提高开孔质量，且该斜向器使用寿命长，稳定性好。

本实施例中，所述驱动组件包括与导引套同轴设置的坐封杆4以及驱动坐封杆的动力装置，所述锚固瓦内侧具有沿轴向斜向上倾斜的楔形面2a，楔形面2a 上沿倾斜方向开设有导轨槽2b，所述导轨槽内单自由度滑动安装有滑动件5，所述驱动块固连于坐封杆上，所述动力装置驱动坐封杆轴向滑动带动驱动块沿导轨槽内滑动并推动锚固瓦2径向滑动；坐封杆截面可以为圆形也可以为正多边形结构，本实施例中坐封杆采用柱状结构，每组坐封组件对应一个坐封杆，各个坐封杆首尾通过套嵌的形式可拆卸连接，滑动件选用六角螺钉，对应于六角螺钉的坐封杆处具有小径段，该小径段围抱有由两个半瓦合围成的推动环14，其中推动环的轴向两端抵在小径段的两个轴肩处，六角螺钉螺纹段螺纹连接于推动环的外圆，导轨槽为内大外小的T型槽，六角螺钉的头部位于该T形槽内，六角螺钉由坐封杆驱动轴向移动，六角螺钉头部在T形槽内滑动并径向推动锚固瓦径向滑动，该结构便于推动环、六角螺钉、锚固瓦以及坐封杆之间的相互装配，各个零部件均为可拆卸连接，便于各个零部件的维修更换，当然，滑动件还可以设置燕尾快或者T形块，导轨槽设置为与滑动件相适配的燕尾槽或者T形槽，具体不在赘述；动力装置可选用液压或者气压结构或者可选用直线电机实现对坐封杆的轴向驱动。

本实施例中，所述锚固瓦2外端面具有紧固齿；通过该紧固齿可使得锚固外的外端部更好的压于钻孔内壁，对斜向器形成良好的固定支撑作用，紧固齿可选用柱状、梯形、矩形或者其他异形结构，应保证紧固齿的上端部具有尖锐的棱角，便于更好的压入钻孔内壁形成良好的支撑。

本实施例中，所述楔形面2a沿轴向向右倾斜向上，所述动力装置包括坐封驱动组件以及复位件，所述复位件设置于导引套内并位于坐封杆左侧，所述复位件具有驱动坐封杆向右运行的弹性力，所述坐封驱动组件设置于导引套内并位于坐封杆右侧，所述坐封驱动组件包括连接于坐封杆右端的活塞6、以及设置于导引套内并位于活塞右侧的单向阀，所述单向阀与活塞之间的引导套段形成密封腔，所述单向阀的进液端朝向引导套右端，所述单向阀的出液端朝向活塞侧；活塞左端有螺纹内孔，坐封杆右端螺纹连接于该螺纹孔内，本实施例中复位件选用圆柱螺旋弹簧，该弹簧抵在坐封杆左侧为坐封杆左侧提供复位弹性力，当然复位件也可采用碟片弹簧或者其他形式的弹性件，具体不在赘述；在使用时，通过高压泵为导引套内输送高压清水，单向阀在高压清水的作用下打开，清水进入密封腔内并推动活塞带动坐封杆向左运行，在滑动件5的推动作用下将锚固瓦推出导引套，使斜向器锚固在孔壁内，实现斜向器坐封；该结构采用高压液体实现对锚固瓦的驱动，易于远程穿过钻孔驱动锚固瓦的运行，该结构无需在导引套内安装电机、液压缸或者气缸等动力装置，可简化斜向器的结构，避免了驱动电机、液压缸、气缸所需要的引线或者管路，防止与钻杆的干涉。

本实施例中，所述活塞外套有水压筒7，所述水压筒轴向固定于导引套内圆，所述单向阀出液端密封连接于水压筒左端，所述活塞外圆与水压筒内圆之间设置有密封件8；水压筒、活塞、单向阀之前形成了密封腔，该密封腔的密封性能由水压筒、活塞以及单向阀之间的配合决定，可降低导引套对于密封性能的影响，便于后期的维护，降低后期的维护成本，本实施例中，密封件选用轴用格莱圈，通过该密封件提供承压密封，提高密封性能，当然密封件也可选用其他常用的密封圈结构，具体不在赘述。

本实施例中，所述单向阀包括轴向左右设置的水压筒压盖9和单向阀压盖 10以及可轴向滑动的阀芯11和弹性件12，所述水压筒压盖9右端与单向阀压盖 10左端螺纹连接，所述水压筒压盖9与水压筒7右端螺纹连接，所述水压筒压盖9与单向阀压盖10上分别轴向开有出液口和进液口，所述阀芯右端密封于进液口、左端位于出液口内，所述阀芯左端轴向开设有轴向过流通道11a，所述阀芯外圆径向开设有与轴向过流通道贯通的径向过流通道11b，所述弹性件具有使阀芯沿轴向向右运行的弹性力；水压筒、活塞、水压筒压盖、单向阀压盖以及单向阀共同形成密封腔，该密封腔便于高压液体驱动活塞运行，也同时具有保压效果，当高压液体推动阀芯左移时，进液口打开，高压液体通过径向过流通道、轴向过流通道以及出液口流至密封腔内，高压液体推动活塞左移驱动锚固瓦径向向外移动，所述阀芯11右端呈左大右小的阶梯轴状结构，所述阀芯小径段穿设于进液口并密封进液口，阀芯的左端呈左小右大的阶梯轴状结构，其中弹性件为圆柱螺旋弹簧，该弹簧套于阀芯左端小径段，弹性件两端抵在水压筒压盖右端以及阀芯左端的轴肩处，通过弹性件可实现对单向阀的复位避免液体逆向流动。

本实施例中，阀芯右端与进液口之间、水压筒压盖9与单向阀压盖10之间、水压筒压盖9外圆与水压筒内圆之间以及活塞外圆与水压筒内圆之间均为承压密封；可采用螺纹密封方式结合密封圈密封的方式实现承压密封，通过该承压密封结构实现良好的保压效果，提高锚固瓦锚固力的稳定性，提高坐封稳定性。

本实施例中，所述导引套包括从左至右依次首尾螺纹连接的头部段1a、中部段1b以及尾部段1c；由于导引套的长度较长，本实施例中导引套设置为分段式结构，其中复位件16设置于头部段1a内腔中，坐封杆、锚固瓦以及活塞设置于中部段，水压筒、水压筒压盖以及单向阀压盖设置于中部段与尾部段连接处，通过各个分段结构的首尾连接可降低内部零部件封装的难度。

本实施例中，所述头部段左端呈半球形结构，所述头部段内腔底部轴向连接有导向轴12，所述坐封杆4左端连接有导向套13，所述导向轴右端内套于导向套内，所述复位件16为弹性件，所述弹性件套于导向轴上，弹性件两端抵在导向套左端以及头部段内腔底部；导向套的右端通过套嵌的形式与其相邻的坐封杆左端相连，复位件为圆柱螺旋弹簧，当然也可以为碟片弹簧或者其他弹性结构，泄压后，通过复位件的弹力推动坐封杆右移，带动锚固瓦径向内移，实现斜向器的解封，便于斜向器取出重复利用。

本实施例中，所述中部段1b右端内圆具有从左至右直径依次变大的两级阶梯结构，所述水压筒7外圆呈从左至右外径变大的一级阶梯结构，所述水压筒轴肩抵在中部段左侧轴肩处，所述尾部段1c左端外圆螺纹连接于中部段1b内圆的大径段，所述尾部段1c左端抵在水压筒7右端；结合图2和图4所示，水压筒7 实现可拆卸方式的轴向定位，各个部件可拆卸连接并相互轴向实现定位，该结构便于斜向器的拆卸和装配，降低了初期装配难度以及后期的维护成本。

本实施例中还包括回收杆15，该回收杆左端为导引泄压头，该导引泄压头可从导引套右端穿至导引套内并向左推动阀芯打开进液口实现泄压，泄压后通过复位件实现锚固瓦的收回，在导引泄压头外圆连接有弹卡17，弹卡以垂直于回收杆轴线方向的中轴线为中心可摆动的方式连接于导引泄压头外圆，弹卡通过扭簧实现弹性摆动，在初始状态位置时，弹卡轴向向右并斜向下延伸至导引泄压头外，导引泄压头上在弹卡摆动方向具有两个斜面18用于控制弹卡的摆动方向，导引套内位于尾部段1c内圆处具有外小内大的阶梯腔19，该阶梯结构位于单向阀压盖10右侧，使用时在定向钻具的推动下回收杆进入引导套内腔推动阀芯，打开进液口，压力水泄出，压力平衡状态被打破，复位件推动坐封杆轴向右移，带动锚固瓦收缩，锚固瓦与孔壁分离，斜向器解封，在回收杆进入引导套的过程中，弹卡17在阶梯腔的小径腔段受压向回收杆中心处摆动，弹卡进入至阶梯腔的大径腔段后，弹卡17回弹与阶梯腔的轴肩处形成卡接，使得回收杆与导引套连接为整体，回收杆带动导引套一起可退出钻孔外，实现回收作业，为便于回收杆与导引套的分离，回收杆设置为中空结构，从回收杆的右端可伸入专用工具拨动弹卡17回转解除弹卡17与阶梯腔轴肩的配合，具体不在赘述。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种定向侧钻斜向器，其特征在于：包括右端开口的导引套、设置于引导套内轴向排列的若干组坐封组件以及驱动坐封组件的驱动组件，所述坐封组件包括以导引套中轴线中心对称分布并可径向滑动的若干个锚固瓦，所述导引套上开设有用于对锚固瓦径向滑动进行导向的导向孔，所述驱动件驱动锚固瓦径向往复滑动，所述导引套开口端斜切形成用于引导造斜钻头的导斜面。

2.根据权利要求1所述的定向侧钻斜向器，其特征在于：所述驱动组件包括与导引套同轴设置的坐封杆以及驱动坐封杆的动力装置，所述锚固瓦内侧具有沿轴向斜向上倾斜的楔形面，楔形面上沿倾斜方向开设有导轨槽，所述导轨槽内单自由度滑动安装有滑动件，所述驱动块固连于坐封杆上，所述动力装置驱动坐封杆轴向滑动带动驱动块沿导轨槽内滑动并推动锚固瓦径向滑动。

3.根据权利要求1所述的定向侧钻斜向器，其特征在于：所述锚固瓦外端面具有紧固齿。

4.根据权利要求2所述的定向侧钻斜向器，其特征在于：所述楔形面沿轴向向右倾斜向上，所述动力装置包括坐封驱动组件以及复位件，所述复位件设置于导引套内并位于坐封杆左侧，所述复位件具有驱动坐封杆向右运行的弹性力，所述坐封驱动组件设置于导引套内并位于坐封杆右侧，所述坐封驱动组件包括连接于坐封杆右端的活塞、以及设置于导引套内并位于活塞右侧的单向阀，所述单向阀与活塞之间的引导套段形成密封腔，所述单向阀的进液端朝向引导套右端，所述单向阀的出液端朝向活塞侧。

5.根据权利要求4所述的定向侧钻斜向器，其特征在于：所述活塞外套有水压筒，所述水压筒轴向固定于导引套内圆，所述单向阀出液端密封连接于水压筒左端，所述活塞外圆与水压筒内圆之间设置有密封件。

6.根据权利要求5所述的定向侧钻斜向器，其特征在于：所述单向阀包括轴向左右设置的水压筒压盖和单向阀压盖以及可轴向滑动的阀芯和弹性件，所述水压筒压盖右端与单向阀压盖左端螺纹连接，所述水压筒压盖与水压筒右端螺纹连接，所述水压筒压盖与单向阀压盖上分别轴向开有出液口和进液口，所述阀芯右端密封于进液口、左端位于出液口内，所述阀芯左端轴向开设有轴向过流通道，所述阀芯外圆径向开设有与轴向过流通道贯通的径向过流通道，所述弹性件具有使阀芯沿轴向向右运行的弹性力。

7.根据权利要求6所述的定向侧钻斜向器，其特征在于：阀芯右端与进液口之间、水压筒压盖与单向阀压盖之间、水压筒压盖外圆与水压筒内圆之间以及活塞外圆与水压筒内圆之间均为承压密封。

8.根据权利要求6所述的定向侧钻斜向器，其特征在于：所述导引套包括从左至右依次首尾螺纹连接的头部段、中部段以及尾部段。

9.根据权利要求8所述的定向侧钻斜向器，其特征在于：所述头部段左端呈半球形结构，所述头部段内腔底部轴向连接有导向轴，所述坐封杆左端连接有导向套，所述导向轴右端内套于导向套内，所述复位件为弹性件，所述弹性件套于导向轴上，弹性件两端抵在导向套左端以及头部段内腔底部。

10.根据权利要求8所述的定向侧钻斜向器，其特征在于：所述中部段右端内圆具有从左至右直径依次变大的两级阶梯结构，所述水压筒外圆呈从左至右外径变大的一级阶梯结构，所述水压筒轴肩抵在中部段左侧轴肩处，所述尾部段左端外圆螺纹连接于中部段内圆的大径段，所述尾部段左端抵在水压筒右端。

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