[发明专利]半周期自修正防弯钻具

说明书

技术领域

本发明涉及地下钻孔施工的钻具，特别是一种半周期自修正防弯钻具。

背景技术

进行地下钻孔施工时，由于受到地层结构等多种原因的影响，通常会造成钻孔弯曲，钻孔弯曲后增大了钻具的钻进阻力，致使钻杆折断，无法继续施工，报废钻孔，或钻孔质量不合格，从而造成很大的经济损失。地下钻孔的施工历史悠久，很多业内专家及技术人员都在不断研究探讨钻孔的防弯问题，目前防止钻孔弯曲的方法包括加大钻孔孔径，减小钻进压力，钻具上加装导正器等，其对控制钻孔倾角的弯曲有一定控制作用，但其控制钻孔方位弯曲的效果较差，同时采用上述方法严重影响钻进效率，有的机台24小时仅进尺3-5米。因此，现有的防止钻孔弯曲的方法亟待改进。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种结构简单、易于加工、防弯效果突出的半周期自修正防弯钻具，从根本上解决进行地下钻孔施工时钻孔易弯曲的问题，与现有防止钻孔弯曲的方法相比，其原理巧妙，实用性强，防弯效果好，钻进效率高，同时不影响传统的施工工艺和钻具加工工艺。

本发明的技术方案是：

一种半周期自修正防弯钻具，包括钻头和外管，其特征在于：所述外管由上、下岩心管组成，所述上岩心管上端连接有上偏心件，所述上偏心件的半个圆周面上均匀镶焊有矩阵状合金上偏心体，所述上、下岩心管之间连接有下偏心件，所述下偏心件的半个圆周面上均匀镶焊有矩阵状合金反向偏心体，分别布置有合金上偏心体和合金反向偏心体的两个半圆周面相差180度，所述钻头为偏心钻头，连接于下岩心管下端，所述偏心钻头的最高偏心点与上偏心件的最高偏心点位于钻具的同一母线Ⅰ上，所述下偏心件的最高偏心点位于钻具的与母线Ⅰ相差180度角的母线Ⅱ上。

上述的半周期自修正防弯钻具，所述偏心钻头的最大半径R与上、下偏心件的最高偏心点至钻具轴线距离相等，所述上、下偏心件的偏心量的绝对值H相等，且钻孔孔径D=2H+d=2R，其中， d为上、下岩心管外径。

上述的半周期自修正防弯钻具，所述偏心钻头由支撑刚体和烧结在支撑刚体端部的偏心磨削体组成。

上述的半周期自修正防弯钻具，所述上偏心件与上岩心管之间、下偏心件与上、下岩心管之间、偏心钻头与下岩心管之间分别采用螺纹连接。

本发明的有益效果是：

1、正常情况下，钻孔没有弯曲呈直线钻进时，钻具只受到压力及扭矩作用，钻具以自身轴线为中心而旋转，钻头正常向下钻进，而当钻进过程中受岩层等影响钻孔稍有弯曲时（也可以称临界弯曲），钻具在旋转一周内，其受力是不同的，故且分为上半周和下半周，在上半周时如图5所示，下偏心件的合金反向偏心体的偏心最高点为支点G，顶在弯曲钻孔的孔壁上，上偏心件的合金上偏心体的偏心最高点与反侧的孔壁接触并受到来自该反侧孔壁的作用力F1，此时钻具相当于一个杠杆，F1是杠杆的动力，偏心钻头会对孔壁产生与F1相反方向的作用力F2，由于偏心钻头的偏心最高点也正处在钻孔弯曲的反面，故作用力F2作用在钻孔弯曲方向的反向岩石上，在磨削材料的作用下破碎岩石，从而自动修正了钻孔的弯曲；在钻具旋转到下半周时，如图6所示，下偏心件偏心最高点转到钻孔弯曲的空位，失去支点作用，而上偏心件偏心最高点也转到钻孔弯曲的空位，孔壁对上偏心件的作用力F1消失，偏心钻头的偏心最高点刚好转到钻孔弯曲方向，也正处在空位，其对岩石的作用力F2消失，因此，此半周没有对钻孔弯曲产生作用，只有偏心钻头的底唇面向下破碎岩石。基于以上原因分析，钻具的结构形式使其不断的修正岩层原因造成的钻孔弯曲趋势，平衡岩层原因施加给钻头的侧移力，保持钻孔呈直线状态，不弯曲，防弯效果突出；

2、由于偏心钻头的偏心量作用，形成钻孔孔径大于偏心钻头的最大直径，故偏心钻头在钻孔内存在一定的游动空间，而不是完全的被岩石控制钻头的延伸方向，沿着岩层作用力的规律确定的钻头轨迹行走，而是让偏心钻头有了可以改变延伸方向的空间，更利于钻孔防弯；

3、由于在钻进过程中钻具本身具有自动修正防弯功能，故显著提高了钻孔质量和钻进效率，极大的避免了钻杆折断或钻孔报废带来的经济损失。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A-A向剖面图；

图3是图1中B-B向剖面图；

图4是图1的右视图；

图5是本发明在弯曲钻孔内进行上半周修正的示意图；

图6是本发明在弯曲钻孔内进行下半周修正的示意图。