[发明专利]岩层的水平定向钻井钻头

说明书

本发明涉及地层钻井，特别涉及水平定向钻井。

本发明涉及定向钻井装置。这些装置主要用于水平定向钻井，特别用于地层和岩层钻孔。钻头体中有低压、大水量管道用于润滑钻头和浮起钻屑。

本发明装置用于横向或水平定向钻井，此时必须在可定向的同时钻透土层中的岩石之类岩层。有时称为“无沟槽挖掘”的这一行业在路面、河流和/或湖泊之类固定体周围埋设公用事业设备。现有钻孔技术通常使用一钻孔装置或钻孔机推进和/或转动一由一连串互相连接的钻管和一定向钻头构成的钻具而钻出一埋设一管或公用事业设施的地下通道。当钻头在管的上方或下方推进时一探头紧随其后。探头把定位电子信号发给工人的接受装置。

现有钻井方法包括一钻头体和通常为同心的一钻头刀刃而钻出直径与钻头刀刃大致相同的一圆柱形孔。该现有方法和装置通常使用高压高速射流引导和冷却钻头体和刀刃。本发明如钻油井时常见的，把液体用作润滑和浮起钻屑，而不是通过喷射液体而进行引导。

所以现有水平定向钻井装置的一个重大缺点是无法钻透岩石。在本发明之前，普遍认为大多数岩层由于岩石太硬而无法钻透。而本发明装置有革命性的进展而证明可钻透所有岩层，包括花岗岩。此外，本装置更容易对土层或沙层之类较容易钻孔的地层钻孔。

在脏物、沙、岩石或任何组合地层中钻孔的本定向钻孔装置使用其上有固定和半浮动切削点的一钻头体和一个或多个用于润滑和扩散钻屑的液体管道。

与现有钻头装置比较，本发明钻头装到钻头体上的方法可生成一随机的椭圆轨道运动，从而与钻具的推动和转动配合而造成一高冲力的破碎作用。

本装置与钻机的所有部件的大小和重量以及所使用的钻孔方法直接有关。即，由于钻透混合地层的新技术或操作程序日新月异，因此本钻头装置的能力的确切上限现在还是未知数。

钻头体中的一凹槽用来在引导时减小钻头表面的横截面密度以及在钻孔过程中对齐引导件。

从结合附图的下述详细说明中可更充分理解本发明及其优点，附图中

图1为本发明钻头和探头座的分解立体图；

图2为本发明钻头和探头座的俯视图；

图3为钻头的放大分解立体图；

图4为钻头和探头座前部的部分零件剖视图；

图5为沿图4中5-5线的剖视图；

图6是用于钻头的端柱的立体图。

首先参看图1-6，其中，相同部件用同一标号表示，使用本发明钻头的钻井装置是一种在岩石中进行水平定向钻孔的装置。该装置使一钻具104的一端上的一特殊形状的钻头102边掘进边间断性地转动、停止转动直到岩石破碎，然后在破碎后以随机、间断性的轨道运动移动。钻具104最好在该钻具的另一端用现有定向钻孔机以大致不变的转速在压力下转动。一液体(未示出)可泵入钻具104中后从钻头102流出而润滑该孔和扩散钻屑。

按照本发明的另一个方面，在岩石中进行水平定向钻孔的特殊形状的非对称钻头102包括一装在一探头座110的一端108上的钻头体106。从图4可看得最清楚，钻头体106与探头座110斜交，两者所成角度较小，即约为15°。

钻头体106中装有三个从一前部平面114(图6)伸出的表面向前的端柱112。从一圆柱形侧面118上伸出许多表面在径向上的钻头体柱116。

每一个端柱112包括一个硬质合金头117a、柱体117b和抓紧环117c，如图3所示。多个抓紧环117c由分别位于柱体117b和圆柱形套117f的互补的半环形槽117d和117e固定住。从图2可看得最清楚，三个表面向前的端柱112互相稍成角度，中间端柱112的纵向轴向与钻具共平面，另两个端柱向外张开。许多碎石护柱120从前部表面114与一引导凹面124的交线122(图2)上伸出。钻头102在横向引导面124中有一引导凹槽125。非对称钻头102和探头座110用螺纹连接件126连接。

工作时，可钻透脏物、沙、岩石和/或任何混合地层的该定向钻孔装置使用其上有固定和半浮动切削点的钻头和一个或多个用于润滑和扩散钻屑的液体管道。清除高密度岩石或岩层的高冲力点破碎方法在钻透更软、密度较低的地层时还生成一高速轨道结点。本发明的主要特征是钻头102掘进时，时而停时而工作而破碎岩石，然后跳到一新位置。