微小孔眼钻井设备的制作方法

1.本实用新型涉及钻井装备的技术领域，尤其涉及一种微小孔眼钻井设备。


背景技术：

2.在能源与矿产领域，利用微小孔眼钻进技术进行地质勘查、工程钻孔、或者在巷道内进行微小孔眼的钻孔，可以实现气体排水、采气或者取样等工程目的。
3.目前，微小孔眼钻井无法在微小孔眼中实现轨迹控制，制约了上述条件下微小孔眼钻井技术的使用效果。此外，由于微小孔眼尺寸的限制，微小孔眼钻进过程也无法在钻头处设置可控定向机构，也就无法实现钻井工具的钻井面角控制。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种微小孔眼钻井设备，以解决微小孔眼钻井中无法实现轨迹控制的技术问题。
5.本实用新型的上述目的可采用下列技术方案来实现：
6.本实用新型提供一种微小孔眼钻井设备，包括：
7.微小孔眼钻杆，其内部设置有流道；
8.钻头，其设置于所述微小孔眼钻杆下端；
9.主驱动装置，其与所述微小孔眼钻杆连接，用于驱动所述微小孔眼钻杆沿微小孔眼纵向移动及自转；
10.侧向力机构，其设置于所述微小孔眼钻杆的下部；
11.导向控制装置，其与所述侧向力机构连接，用于控制所述侧向力机构对所述微小孔眼钻杆下部或者所述钻头施加侧向力。
12.在优选的实施方式中，所述流道与所述侧向力机构连通；所述导向控制装置包括控制机构，所述控制机构与流道连接以控制流入流道的流体的流速和压力。
13.在优选的实施方式中，所述控制机构设置于所述微小孔眼钻杆的上部，泵的输出端通过所述控制机构与所述流道的输入端连通。
14.在优选的实施方式中，还包括节流装置，所述节流装置设置于所述钻头上，或者，所述节流装置设置于所述侧向力机构附近。
15.在优选的实施方式中，所述控制机构包括截流机构或泄流机构。
16.在优选的实施方式中，所述侧向力机构包括液压缸，所述液压缸设置于所述钻头或者所述微小孔眼钻杆的下部。
17.在优选的实施方式中，所述微小孔眼钻杆的下部设置有姿态测量机构，或者，所述钻头上设置有姿态测量机构。
18.在优选的实施方式中，所述控制机构包括电驱动阀，所述电驱动阀能够打开或切断流体进入流道的通断。
19.在优选的实施方式中，所述导向控制装置包括变排量泵。
20.在优选的实施方式中，所述微小孔眼钻杆钻的微小孔眼的直径在1寸～6寸之间。
21.本实用新型的特点及优点是：
22.该微小孔眼钻井设备中侧向力机构在导向控制装置的控制下动作，所产生的侧向力促使钻头进行转向，从而实现微小孔眼导向钻进，改变微小孔眼钻井轨迹。该微小孔眼钻井设备可以应用于地质勘查、工程钻孔、或者在巷道内进行微小孔眼的钻孔；进行地质体改造及竖井巷道建设中，可利用可控轨迹的微小井眼实现绳锯切割，大幅度节约了岩体改造或掘进成本。
附图说明
23.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本实用新型提供的小孔眼钻井设备一实施方式的结构示意图；
25.图2为本实用新型提供的小孔眼钻井设备又一实施方式的结构示意图；
26.图3-图4为本实用新型提供的小孔眼钻井设备又一实施方式的结构示意图；
27.图5为本实用新型提供的小孔眼钻井设备中侧向力机构一实施方式的结构示意图。
28.附图标号说明：
29.100、微小孔眼；
30.10、微小孔眼钻杆；11、流道；20、钻头；
31.30、侧向力机构；32、液压缸；
32.40、姿态测量系统；
33.50、导向控制装置；51、控制模块；
34.24、入流孔；
35.25、阀座；26、控制阀；27、电驱动执行器；
36.251、转阀定子；261、转阀转子；271、电动机；272、角度位置传感器；
37.252、带有节流孔的阀座；262、阀杆；273、丝杠；
38.274、电磁铁。
具体实施方式
39.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
40.本实用新型提供了一种小孔眼钻井设备，如图1-图4所示，该小孔眼钻井设备包括：微小孔眼钻杆10、钻头20、主驱动装置、侧向力机构30及导向控制装置50，微小孔眼钻杆10内部设置有流道11，钻头20设置于微小孔眼钻杆10下端；主驱动装置与微小孔眼钻杆10连接，用于驱动微小孔眼钻杆10沿微小孔眼100纵向移动及自转；侧向力机构30设置于微小
孔眼钻杆10的下部；导向控制装置50与侧向力机构30连接，用于控制侧向力机构30对微小孔眼钻杆10下部或者钻头20施加侧向力。该微小孔眼钻井设备中侧向力机构30在导向控制装置50的控制下动作，所产生的侧向力促使钻头20进行转向，从而实现微小孔眼100导向钻进，改变微小孔眼钻井轨迹。
41.侧向力机构30可以采用液压装置，也可以采用电驱动装置。相应地，导向控制装置50可以为液压元件，例如阀门或泵；导向控制装置50也可以为电开关、电源或电控制器。在一些实施方式，侧向力机构30可以采用液压装置：流道11与侧向力机构30连通；导向控制装置50包括控制机构，控制机构与流道11连接以控制流入流道11的流体的流速和压力。导向控制装置50包括控制模块51，控制机构在控制模块51的控制下动作，对流入流道11中的流体的流速或压力进行调控。导向控制装置50可以设置于孔眼孔口外部。
42.该微小孔眼钻井设备中的微小孔眼钻杆10，所钻的微小孔眼100的直径在1寸～6寸之间。进一步地，微小孔眼100的直径小于100毫米，微小孔眼钻杆10的长度为钻头20直径的100～20000倍。
43.进一步地，控制机构设置于微小孔眼钻杆10的上部，泵的输出端通过控制机构与流道11的输入端连通。具体地，控制机构的一端与泵的输出端密封连接，控制机构的另一端与微小孔眼钻杆10的流道11输入端密封连接。钻孔循环介质通过泵加压后依次经过控制机构、微小孔眼钻杆10的流道11及钻头20后，通过微小孔眼钻杆10与微小孔眼100的环空返回孔口外。
44.进一步地，控制机构包括截流机构或泄流机构，通过截流或泄流的方式来调节微小孔眼钻杆10的流道11内的压力，从而改变侧向力机构30驱动压力。
45.在一些实施方式中，还包括节流装置，流道11通过节流装置与侧向力机构30连接；节流装置设置于钻头20上，或者，节流装置设置于侧向力机构30附近。当微小孔眼钻杆10中的循环流体排放到孔眼内时产生节流阻力，节流阻力引起节流压降，节流压降能驱动侧向力机构30抵推井壁，以产生侧向力，驱动钻头20转向。例如，节流装置为与侧向力机构30的液压腔连接的喷嘴。
46.在一些实施方式中，侧向力机构30包括液压缸32，如图1-图5所示，液压缸32设置于钻头20或者微小孔眼钻杆10的下部，液压缸32能通过抵靠井壁的方式，利用反作用力为钻头20施加侧向力；或者液压缸32直接驱动钻头20发生偏转。
47.进一步地，微小孔眼钻杆10的下部设置有姿态测量系统40，或者，钻头20上设置有姿态测量系统40。姿态测量系统40用于测量钻头20处的姿态，姿态测量系统40和控制模块51均与控制系统通讯连接，通过姿态测量装置测得的钻头20姿态，控制系统通过控制模块51控制流入微小孔眼钻杆10的流道11的钻孔循环介质的流量或压力，利用钻孔循环介质的流量或压力的周期性变化，来驱动侧向力机构30周期性执行导向功能。姿态测量系统40可以采用加速度计、磁力计、电流计或陀螺仪中的任一个或组合。磁力计通过测量地磁场判断方位；或者，在孔口附近设置磁体，通过磁力计判断钻头20处的空间位置。在一实施例中，在孔口附近释放电流，通过近钻头20处设置的磁力计或电流计判断钻头20的空间位置。
48.在一些实施方式中，控制机构包括电驱动阀，电驱动阀能够打开或切断流体进入流道的通断。电驱动阀能打开或切断钻柱水眼内的钻井循环流体与流道的通断。具体地，电驱动阀包括电驱动执行器27、阀座25和控制阀26，控制阀26与电驱动执行器27相连，控制阀
26在电驱动执行器27的驱动下相对阀座25运动，用于实现钻柱水眼内的钻井循环流体与流道的通断。
49.控制机构可以为任意形式的电驱动阀，电驱动阀为电动转阀、电动换向阀或电磁阀。如图3和图4所示，当电驱动阀为电动转阀时电驱动执行器为电动机271，控制阀为转阀转子261，阀座为转阀定子251；转阀转子261在电动机271的驱动下相对转阀定子251旋转，用于实现钻柱水眼内的钻井循环流体与控制流道的通断。
50.如图1所示，当电驱动阀为电动换向阀时，电驱动执行器为直线电机或者电动机271与丝杠273的组合，控制阀为阀杆262，阀座为带有节流孔的阀座252；流体经过入流孔24进入到电驱动阀内，阀杆262在直线驱动电机的驱动下相对转阀定子251作直线运动，能周期性改变节流孔的节流面积，用于实现钻柱水眼内的钻井循环流体与控制流道的通断。
51.如图2所示，当电驱动阀为电动换向阀时，电驱动执行器为电磁铁274，控制阀为阀杆262，阀座为带有节流孔的阀座252；流体经过入流孔24进入到电驱动阀内，阀杆262在电磁铁274的驱动下相对转阀定子251作直线运动，能周期性改变节流孔的节流面积，用于实现钻柱水眼内的钻井循环流体与控制流道的通断。
52.进一步地，电动机包括角度位置传感器272，角度位置传感器可以为霍尔传感器或者旋转变压器。
53.在另一些实施方式中，导向控制装置包括变排量泵，通过周期性地改变向微小孔眼钻杆的流道中泵注的液体的流量，实现对侧向力机构的驱动压力进行调控。具体地，变排量泵通过流道与液压缸连通，变排量泵周期性地改变泵注的液体的流量，从而对液压缸所产生的侧向力进行调控。
54.该微小孔眼钻井设备具有以下优点：
55.(1)该微小孔眼导向钻孔设备能建立可控轨迹的若干微小孔眼，增强与地层的接触程度以及精度，还可以应用于在煤矿、水合物、金属离子等固体矿物开发中；
56.(2)该微小孔眼导向钻孔设备中的钻头可以是能产生方向性射流的定向射流钻头，定向射流钻头的水射流方向与钻头轴线不重合，便于实现定向；
57.(3)该微小孔眼导向钻孔设备可在旋转钻孔条件下实现微小孔眼导向钻进，其受到的总摩擦力为轴向摩擦分力和切向摩擦力的合力，使得微小孔眼钻杆所承受的轴向摩擦分力大幅减小，有利于微小孔眼钻杆在小孔眼中顺畅钻进。
58.以上所述仅为本实用新型的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本实用新型实施例进行各种改动或变型而不脱离本实用新型的精神和范围。