一种使钻头定向钻进的可控钻杆装置的制作方法

1.本发明涉及煤矿钻机技术领域，具体涉及一种使钻头定向钻进的可控钻杆装置。


背景技术：

2.煤矿用深孔钻车是新一代履带行走的探水、探瓦斯、探断层、放顶、注水等的钻孔设备，主要用于掘进工作面有防突措施要求的在软岩或煤层中实施密集形钻孔，也适用于其他场合。在煤矿井下钻孔施工过程中，由于钻杆自重、遇到岩石等情况，会造成钻杆产生弧度，成孔线性效果与设计产生偏差。尤其在定向钻孔，深孔钻孔时，偏差更为明显，造成实际施工与设计严重不符。而现今市场上的定向钻机的核心定向技术均采用孔底马达控制角度进行定向钻进，缺陷是整套专用设备不仅成本昂贵，而且普通钻机利用率低，造成资源的浪费。因此，本发明是对在现有普通钻机的基础上，使常规钻杆能带动钻头精确转向装置同样实现定向定位的目的。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供一种使钻头定向钻进的可控钻杆装置，利用高低压水相互切换就能够实现控制钻进角度，只需与普通钻杆连接，并对普通钻机进行改造就能实现定向钻进，无需采用成本昂贵的孔底螺杆马达及通缆钻杆，有效提高了普通钻机的利用率且节约资源。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种使钻头定向钻进的可控钻杆装置，包括转向壳体，所述转向壳体的内部一端转动设置有检测定位钻杆，所述转向壳体的内部另一端转动设置有空心钻杆，所述检测定位钻杆与所述空心钻杆之间通过挠性联轴器相连接，所述转向壳体上沿轴向设置若干组伸缩支撑机构，每组伸缩支撑机构的数量为多个且呈周向开设在所述空心钻杆的管壁上，所述空心钻杆的内部用于通入压力水，全部的伸缩支撑机构统一由压力控制机构提供的水压力变化来实现伸出和缩回。
5.进一步地，所述伸缩支撑机构包括沿径向开设在所述转向壳体上的导向孔，所述导向孔内滑动设置有活塞，所述活塞的上部设置有支撑杆，所述支撑杆的外端设置有支撑块，所述导向孔的外端设置有起到密和封限位作用的密封环，所述支撑杆由所述密封环穿出。所述空心钻杆的管壁上开设有与所述导向孔相连通的第一通孔。
6.进一步地，所述导向孔的外端开设有用于容纳缩回后的支撑块的容纳腔。
7.进一步地，所述压力控制机构包括设置在所述空心钻杆内的低压常开的第一高压堵塞阀，且所述第一高压堵塞阀位于全部的第一通孔的右侧，位于所述第一高压堵塞阀右侧的所述空心钻杆的管壁上开设有数量与每组伸缩支撑机构的数量相同的第二通孔，相对应的各组伸缩支撑机构的导向孔上段分别通过一个高压通道与相应的第二通孔相连通，所述高压通道内靠近所述第二通孔位置设置有低压常闭的第二高压堵塞阀；当所述伸缩支撑机构需要处于伸出状态或缩回状态时，所述空心钻杆内分别对应通入低压水或高压水。
8.进一步地，位于所述第二通孔左侧的所述转向壳体内开设有凹槽，所述凹槽的外
侧与所述高压通道之间相连通，所述凹槽内滑动设置有压紧块。
9.进一步地，所述伸缩支撑机构的数量为1至5组，每组伸缩支撑机构的数量为2至6个。
10.进一步地，位于检测定位钻杆一端的所述转向壳体的端部设置有定向套，所述检测定位钻杆的外端转动设置在所述定向套内。
11.进一步地，所述定向套上设置有与所述检测定位钻杆相配合的第一轴承。
12.进一步地，位于所述空心钻杆一端的所述转向壳体的端部设置有端盖，所述端盖上带有与所述空心钻杆的外端相配合的轴孔。
13.进一步地，所述轴孔内设置有环形密封。
14.进一步地，位于所述空心钻杆一端的所述转向壳体的端部设置有与所述空心钻杆相配合的第二轴承。
15.进一步地，所述挠性联轴器采用十字轴式万向联轴器，或者膜片联轴器，或者波纹管式联轴器，或者柔性绳索。
16.本发明的上述技术方案的有益效果如下：1、本发明主要是利用高低压水相互切换，实现控制定位装置的转角；2、本发明无需采用孔底螺杆马达及通缆钻杆成本大幅度降低；3、本发明只需与普通钻杆连接，并对普通钻机进行改造就能实现定向钻进。
17.4、维护方便，且与钻机动力头连接，大大提高了钻进效率。
附图说明
18.图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的结构剖面示意图；附图标记：转向壳体100；凹槽110；压紧块120；定向套130；第一轴承140；端盖150；环形密封160；第二轴承170；检测定位钻杆200；空心钻杆300；挠性联轴器400；伸缩支撑机构500；导向孔510；活塞520；支撑杆530；支撑块540；密封环550；第一通孔560；容纳腔570；压力控制机构600；第一高压堵塞阀610；第二通孔620；高压通道630；第二高压堵塞阀640。
具体实施方式
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-2，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.如图1-2所示：一种使钻头定向钻进的可控钻杆装置，包括转向壳体，所述转向壳体的内部一端转动设置有检测定位钻杆，所述转向壳体的内部另一端转动设置有空心钻杆，所述检测定位钻杆与所述空心钻杆之间通过挠性联轴器相连接，所述转向壳体上沿轴向设置若干组伸缩支撑机构，每组伸缩支撑机构的数量为多个且呈周向开设在所述空心钻杆的管壁上，所述空心钻杆的内部用于通入压力水，全部的伸缩支撑机构统一由压力控制机构提供的水压力变化来实现伸出和缩回。
21.具体而言，如图1和图2所示，一种使钻头定向钻进的可控钻杆装置，包括转向壳体100，所述转向壳体100的内部一端转动设置有检测定位钻杆200，所述转向壳体100的内部另一端转动设置有空心钻杆300，所述检测定位钻杆200与所述空心钻杆300之间通过挠性联轴器400相连接，所述转向壳体100上沿轴向设置若干组伸缩支撑机构500，每组伸缩支撑机构500的数量为多个且呈周向开设在所述空心钻杆300的管壁上，所述空心钻杆300的内部用于通入压力水，全部的伸缩支撑机构500统一由压力控制机构600提供的水压力变化来实现伸出和缩回。
22.根据本发明的一个实施例，如图2所示，所述伸缩支撑机构500包括沿径向开设在所述转向壳体100上的导向孔510，所述导向孔510内滑动设置有活塞520，所述活塞520的上部设置有支撑杆530，所述支撑杆530的外端设置有支撑块540，所述导向孔510的外端设置有起到密和封限位作用的密封环550，所述支撑杆530由所述密封环550穿出。所述空心钻杆300的管壁上开设有与所述导向孔510相连通的第一通孔560。
23.根据本发明的一个实施例，如图2所示，所述导向孔510的外端开设有用于容纳缩回后的支撑块540的容纳腔570。
24.根据本发明的一个实施例，如图2所示，所述压力控制机构600包括设置在所述空心钻杆300内的低压常开的第一高压堵塞阀610，且所述第一高压堵塞阀610位于全部的第一通孔560的右侧，位于所述第一高压堵塞阀610右侧的所述空心钻杆300的管壁上开设有数量与每组伸缩支撑机构500的数量相同的第二通孔620，相对应的各组伸缩支撑机构500的导向孔510上段分别通过一个高压通道630与相应的第二通孔620相连通，所述高压通道630内靠近所述第二通孔620位置设置有低压常闭的第二高压堵塞阀640；当所述伸缩支撑机构500需要处于伸出状态或缩回状态时，所述空心钻杆300内分别对应通入低压水或高压水。
25.根据本发明的一个实施例，如图2所示，为了进一步提高高压时空心钻杆300与转向壳体100之间抱紧的稳定性，在位于所述第二通孔620左侧的所述转向壳体100内开设有凹槽110，所述凹槽110的外侧与所述高压通道630之间相连通，所述凹槽110内滑动设置有压紧块120。
26.根据本发明的一个实施例，如图2所示，所述伸缩支撑机构500的数量为2组，每组伸缩支撑机构500的数量为2个。该实施例中，伸缩支撑机构500共有2组，且每组伸缩支撑机构500的数量为2个，很显然，也可以是其他数量，比如伸缩支撑机构500共3组，且每组伸缩支撑机构500的数量为3个等。
27.根据本发明的一个实施例，如图2所示，位于检测定位钻杆200一端的所述转向壳体100的端部设置有定向套130，所述检测定位钻杆200的外端转动设置在所述定向套130内。
28.根据本发明的一个实施例，如图2所示，所述定向套130上设置有与所述检测定位钻杆200相配合的第一轴承140。
29.根据本发明的一个实施例，如图2所示，位于所述空心钻杆300一端的所述转向壳体100的端部设置有端盖150，所述端盖150上带有与所述空心钻杆300的外端相配合的轴孔。
30.根据本发明的一个实施例，如图2所示，为了避免高压水由轴孔逸出，在所述轴孔
内设置有环形密封160。
31.根据本发明的一个实施例，如图2所示，为了提高空心钻杆300与转向壳体100之间的旋转顺畅性和可靠性，在位于所述空心钻杆300一端的所述转向壳体100的端部设置有与所述空心钻杆300相配合的第二轴承170。
32.根据本发明的一个实施例，如图2所示，所述挠性联轴器400采用十字轴式万向联轴器，很显然，所述挠性联轴器并不限于此，也可以采用其他的能够实现两端轴的偏角位移的联轴器，比如膜片联轴器，或者波纹管式联轴器，或者柔性绳索等。
33.本发明的工作方法（或工作原理）：当钻杆内为低压水时，空心钻杆300高速旋转带动挠性联轴器400，挠性联轴器400带动检测定位钻杆200和钻头旋转，而低压水通过常开状态的第一高压堵塞阀610直通钻头，同时低压水能够使得伸缩支撑机构500伸出撑紧孔壁，致使本转向装置不会转动，实现正常钻进；当要实现转向时，钻机停止钻进，空心钻杆300内通入高压水，持续高压水作用下第一高压堵塞阀610闭合且第二高压堵塞阀640打开，高压水转向由高压通道使伸缩支撑机构500缩回，同时活塞520将空心钻杆300与转向装置的转向壳体100进行抱紧（同时，高压水向压紧块120施压以进一步将空心钻杆与转向壳体100进行抱紧），这时，启动钻机带动空心钻杆300慢速旋转一定设置角度，空心钻杆300连接本转向装置精确转角，从而实现定向功能。另外，在检测定位钻杆200内安装随钻测量装置，可实时监测角度的变化并实时定位钻孔轨迹。
34.此外，本发明能够在普通钻机基础上，加以改进，使其成为可调可控的定向钻机，通过监测获得钻头实时轨迹显示，提高了钻机的精度，在煤矿瓦斯治理方面，既有效利用普通钻机节约资源大大降低成本，又实现监控钻孔方向钻头定向的目的，普及性高，整体提高了瓦斯治理效率。同时，本发明节约了资源，有效提高普通钻机利用率，而且也响应国家技术创新要求。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。