一种偏心环式水平定向取心钻具及其控向装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种偏心环式水平定向取心钻具控向装置，包括岩心外管和岩心内管，所述岩心内管置于所述岩心外管中，所述岩心外管外壁上设置有偏心机构，所述偏心机构包括内、外偏心环及控制电机。本发明专利技术还提供了一种安装有上述控向装置的偏心环式水平定向取心钻具，包括外壳、外壳卡固装置、以及在外壳内部的外管总成和内管总成，所述内管总成从左至右依次设置有绳索打捞装置、弹卡机构、单动机构、定向测量装置和岩心内管。本发明专利技术提供的控向装置可实现对取心钻具的导向控制，使其轴迹得到精准控制；本发明专利技术提供的取心钻具能结合水平定向钻机进行各种造斜段和水平段的连续取心。进行各种造斜段和水平段的连续取心。进行各种造斜段和水平段的连续取心。

【技术实现步骤摘要】
一种偏心环式水平定向取心钻具及其控向装置


[0001]本专利技术涉及一种偏心环式水平定向取心钻具及其控向装置，属于岩土工程勘察


技术介绍

[0002]工程钻探是目前常用的一种地质勘探手段，是在通过工程地质测绘对地面基本情况有了初步的了解后，为进一步探明地下隐伏地质现象，了解地质现象的空间变化规律而运用的方法。工程钻探也是为了勘探矿床、地层构造、土壤性质等，利用钻机向地下钻孔，取出土壤或岩心供分析研究的一种勘察方法，主要目的是从钻孔中取得岩芯、土样进行物理性质分析从而判断其地基基础是否满足工程建设的承载重力和稳定性。
[0003]目前，主要采用垂直钻孔取样勘查手段对一些不规则的特殊沉积矿床进行勘查评估，这很难准确获得该矿区的勘探评估报告，即使在特殊情况下设计定向孔进行勘查取样，也没有形成一套完整的钻进和取心方案，造斜后采用常规回转钻进取心极容易发生孔内事故，严重时导致钻孔报废。且对于一些大深埋长距离的地下工程(如隧道、地铁等)，传统的垂直孔地质钻探，需要穿过上部覆盖层，才能达到隧道轴线所在地层，并且，需要将钻孔点沿轴线间隔布置，然后通过连线法才能预估出沿线地质断面情况，但这并不能真实、全面反映隧道围岩的地质特征，而且设备需要经常搬迁，非常不便，因此，需要一种超长距离大埋深的水平定向勘察方法来满足上述需求。
[0004]水平定向钻技术目前广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等柔性管线铺设施工中，水平定向钻是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点。
[0005]而工程钻探中常规配套绳索取心的钻具主要有双动双管、单动双管以及适合在松散、破碎等困难地层中取心的三层管取心钻具和无泵反循环取心钻具及喷射式反循环取心钻具等。传统的绳索取心钻具虽然能够连续取心，但只能进行垂直孔取心钻进，而传统的定向钻技术虽然可以通过造斜精准的控制钻进轴迹，但不能获取岩心。
[0006]如能将水平定向钻技术运用到水平超长距离大埋深的地质勘探中，就可以真实的反应地下沿线的地质情况，而且避免了设备在复杂地形情况下的搬迁，能以较少的钻进入射点、较短的钻进轨迹，取得较大的有效信息量，再与传统的垂直或倾斜钻进取心方式相结合使用，则可在绝大多数场合下满足地质岩心钻探工作的需要。

技术实现思路

[0007]为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种偏心环式水平定向取心钻具及其控向装置，该控向装置可实现对取心钻具的导向控制，使其轴迹得到精准控制；该钻具能结合水平定向钻机进行各种造斜段和水平段的连续取心。
[0008]本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]一种偏心环式水平定向取心钻具控向装置，包括岩心外管和岩心内管，所述岩心
内管置于所述岩心外管中，所述岩心外管外壁上设置有偏心机构，所述偏心机构包括内偏心环及其控制电机和外偏心环及其控制电机，所述内偏心环的内壁通过轴承安装在所述岩心外管的外壁上，所述内偏心环的外壁通过轴承安装在所述外偏心环的内壁上，所述内、外偏心环分别与各自的控制电机连接，所述内外偏心环皆由各自的控制电机直接驱动。
[0010]对上述方案的进一步改进是：
[0011]在所述岩心内管的左端设置有定向测量装置。
[0012]在所述偏心机构的右边设置有调心滚子轴承，所述调心滚子轴承内壁与岩心外管外壁相配合。
[0013]一种安装有上述控向装置的偏心环式水平定向取心钻具，至少包括外壳、外壳卡固装置、以及在外壳内部的外管总成和内管总成，所述内管总成从左至右依次设置有绳索打捞装置、弹卡机构、单动机构、定向测量装置和岩心内管；
[0014]所述外管总成包括岩心外管、偏心机构和取心钻头；
[0015]所述偏心机构安装在岩心外管外壁上，在所述外壳卡固装置右边。
[0016]对上述方案的进一步改进是：
[0017]在所述偏心机构的右边设置有调心滚子轴承，所述调心滚子轴承外壁固定在所述外壳内壁上，所述调心滚子轴承内壁与岩心外管外壁相配合。
[0018]所述的外壳卡固装置包括膨胀橡胶和卡固块，所述膨胀橡胶固定在所述外壳的内壁上，所述卡固块在所述膨胀橡胶的外侧，所述外壳在所述卡固块对应的位置开有天窗。
[0019]所述单动机构包括轴承和轴承座。
[0020]所述定向测量装置为测量探管。
[0021]由本专利技术的技术方案可知，本专利技术的偏心环式水平定向钻具控向装置通过内外偏心环的不同组合得到不同的偏心距，通过定向测量装置对钻孔进行测量，且以调心滚子轴承作为转动支点，对取心钻头进行导向控制，并实现对钻孔轴迹的精准控制。本专利技术的偏心环式水平定向取心钻具与水平定向钻机和绳索取心装置配套，利用水平定向钻技术对超长距离的地下工程进行水平定向钻孔，同时利用绳索取心装置完成连续取心。当将其应用于超长距离大深埋隧道地质勘察中时，可将该设备布置在隧道出入口处，由此避免了设备在复杂地形情况下的频繁搬迁，增强生产安全性并降低了劳动强度，该技术能以较少的钻进入射点、较短的钻进轨迹，取得较大的有效信息量。
附图说明
[0022]图1是本专利技术取心钻具的结构示意图。
[0023]图2是卡固装置的结构示意图。
[0024]图3是偏心机构在极大偏置状态下的结构示意图。
[0025]图4是偏心机构在零偏置状态下的结构示意图。
[0026]图中：1.绳索打捞装置，2.轴承A，3.轴承座，4.轴承B，5.测量探管，6.膨胀橡胶，7.卡固块，8.外偏心环控制电机，9.外偏心环法兰，10.外偏心环，11.内偏心环，12.内偏心环法兰，13.内偏心环控制电机，14.第一调心滚子轴承，15.外壳，16.岩心外管，17.岩心内管，18.卡簧座，19.岩心卡簧，20.取心钻头，21.第二调心滚子轴承。
具体实施方式
[0027]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。
[0028]如图1、3和4所示，本专利技术实施例的偏心环式水平定向取心钻具控向装置包括：岩心外管16和岩心内管17，所述岩心内管17置于所述岩心外管16中，所述岩心外管16外壁上设置有偏心机构，所述岩心内管17的左端设置有定向测量装置。所述偏心机构的右边设置有第一调心滚子轴承14，所述第一调心滚子轴承14内壁与岩心外管16外壁相配合。所述偏心机构包括内偏心环11和外偏心环10，内偏心环11的内壁通过第二调心滚子轴承21安装在岩心外管16的外壁上，内偏心环11外壁通过轴承安装在外偏心环10的内壁上，外偏心环10左端通过外偏心环法兰9与外偏心环控制电机8连接，内偏心环11右端通过内偏心环法兰12与内偏心环控制电机13连接，内、外偏心环皆由各自的控制电机直接驱动。
[0029]如图1所示，本专利技术实施例的偏心环式水平定向取心钻具包括：外壳、外壳卡固装置、以及在外壳内部的外管总成和内管总成。
[0030]所述内管总成从左至右依次设置有绳索打捞装置1、弹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种偏心环式水平定向取心钻具控向装置，包括岩心外管和岩心内管，其特征在于：所述岩心内管置于所述岩心外管中，所述岩心外管外壁上设置有偏心机构，所述偏心机构包括内偏心环及其控制电机和外偏心环及其控制电机，所述内偏心环的内壁通过轴承安装在所述岩心外管的外壁上，所述内偏心环的外壁通过轴承安装在所述外偏心环的内壁上，所述内、外偏心环分别与各自的控制电机连接，所述内外偏心环皆由各自的控制电机直接驱动。2.根据权利要求1所述的偏心环式水平定向取心钻具控向装置，其特征在于：在所述岩心内管的左端设置有定向测量装置。3.根据权利要求1所述的偏心环式水平定向取心钻具控向装置，其特征在于：在所述偏心机构的右边设置有调心滚子轴承，所述调心滚子轴承内壁与岩心外管外壁相配合。4.一种安装有权利要求1所述的控向装置的偏心环式水平定向取心钻具，至少包括外壳、外壳卡固装置、以及在外壳内部的外管总成和内管总成，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘继国，程勇，崔庆龙，刘尚各，马保松，闫雪峰，赵强，高抗，张军，邹小新，
申请(专利权)人：中交第二公路勘察设计研究院有限公司中山大学河南研究院，
类型：发明
国别省市：