旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置的制作方法

本实用新型属于钻机钻杆技术领域，尤其涉及一种旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置。

背景技术：

如图17所示，传统的定向钻探施工原理，钻杆连接方式为：钻头114与液压螺杆泵转子连接头113相连，液压螺杆泵转子112与液压螺杆泵转子连接头113有1.5度的旋转摆动量，在钻探工作过程中，液压螺杆泵的外罩定子111不动，钻机油缸117推动钻机动力头116将更多钻杆和测斜钻杆118及钻头114推进钻孔，与此同时，液态介质110沿着钻杆中心孔进入推动液压螺杆泵转子112转动，带动液压螺杆泵转子连接头113和钻头114转动实现钻孔。在整个钻孔过程中，钻杆不转动。

测斜纠偏系统固定在测斜钻杆118内，在整个钻探施工过程中测斜钻杆118不转动只是平进，主要由电池供电系统101、测试系统102、发射系统103、测试脉冲波104、接收系统105、解调系统106及终端服务器107，测试脉冲波104是以液态介质110为载体传递信号。工作人员根据测试数据，通过钻机动力头116旋转调整液压螺杆泵的外罩定子111位置，从而调整了钻头114角度，实现定向施工。

传统的定向钻探施工系统存在问题：

1、大孔径施工过程中，如钻孔在180mm以上，液压螺杆泵长度大约在10～12m，重量在1200kg，在煤矿井下安装使用不便。

2、大孔径施工过程液压螺杆泵需要的液体流速大约为每秒300～400升，地面向井下供液困难。

3、由于钻杆是旋转，系统对于钻孔无法随钻测试，精准定位施工困难。

4、平推式系统不能满足松软地层施工要求，塌孔严重，容易埋钻无法处理。

目前煤矿井下通常采用外动力源推动钻杆转动的钻探工艺方法，因此，解决煤矿井下大孔径定向施工成套技术非常必要。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置。

为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本实用新型采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置，包括：动力输入轴、动力输出轴及定位纠偏筒，所述动力输入轴设置在所述动力输出轴内，所述定位纠偏筒套装在所述动力输入轴与所述动力输出轴的外部；当钻孔时，所述动力输入轴与所述动力输出轴啮合传动；当纠偏时，所述动力输入轴与所述定位纠偏筒啮合传动。

在一些可选的实施例中，所述定位纠偏筒包括：内齿圈法兰盘、纠偏定位法兰盘及套在所述动力输入轴与所述动力输出轴外部的纠偏内筒；所述纠偏内筒一端与所述内齿圈法兰盘焊接，另一端与所述纠偏定位法兰盘焊接。

在一些可选的实施例中，所述定位纠偏筒还包括：套在所述纠偏内筒外部的纠偏外筒；所述纠偏外筒和所述纠偏内筒之间形成排料通道，所述内齿圈法兰盘和纠偏定位法兰盘上开设与所述排料通道相同的排料孔。

在一些可选的实施例中，所述动力输入轴为空心轴以形成动力输入轴内通道，所述动力输入轴外表面设置与所述内齿圈法兰盘适配的外齿圈。

在一些可选的实施例中，所述动力输出轴内部开设前腔室、中腔室及后腔室，所述中腔室与所述后腔室之间设置与所述动力输入轴的外齿圈相适配的内齿圈。

在一些可选的实施例中，所述的旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置，还包括：安装在所述前腔室上的万向输出轴组件；所述万向输出轴组件包括：前固定压块、后压紧块及用于与钻头连接的摆动输出轴。

在一些可选的实施例中，所述的旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置，还包括：随钻测斜系统；所述随钻测斜系统包括：涡轮发电机、电池、测量系统、发射系统、接收器、通讯接口及用于数据处理分析的控制终端，所述涡轮发电机提供电能，所述测量系统将测量数据通过所述发射系统传输至所述接收器，并由所述接收器上传至所述控制终端。

在一些可选的实施例中，所述的旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置，还包括：前固定法兰及后固定法兰，所述前固定法兰与所述后固定法兰分别设置在所述定位纠偏筒的两端，所述定位纠偏筒通过所述前固定法兰与所述后固定法兰安装在所述动力输入轴和所述动力输出轴的外部。

在一些可选的实施例中，所述后固定法兰上开设反向排料孔，且所述后固定法兰上焊有反向排料导板。

本实用新型所带来的有益效果：采用动力输入轴、动力输出轴与定位纠偏筒套装结构，动力输入轴向前推，动力输入轴上的外齿圈与动力输出轴的内齿圈啮合，动力输出轴随动力输入轴一起转动从而带动万向输出轴组件和钻头转动，完成钻探施工，动力输入轴向后退，动力输入轴上的外齿圈与定位纠偏筒的内齿圈法兰盘啮合带动定位纠偏筒转动，动力输出轴停止转动，进行纠偏，无需在煤矿井下安装使用螺杆泵，安装使用相对于现有设备更加便捷；可在钻杆转动过程中进行轨迹测量与纠偏，纠偏时只需后移动力输入轴，纠偏结构更加合理化，使得煤矿井下大孔径定向施工变得较易操作，且还具有钻孔效率及钻孔精度高的优点。

附图说明

图1是本实用新型旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置的结构示意图；

图2是本实用新型定位纠偏筒的内齿圈法兰盘的结构示意图；

图3是本实用新型定位纠偏筒、动力输入轴与动力输出轴的配合示意图；

图4是本实用新型定位纠偏筒与动力输出轴的内齿圈的位置示意图；

图5是本实用新型定位纠偏筒端面结构示意图；

图6是本实用新型定位纠偏筒轴向剖视结构示意图；

图7是本实用新型动力输入轴的结构示意图；

图8是本实用新型动力输入轴的外齿圈剖视结构示意图；

图9是本实用新型动力输出轴的轴向剖视结构示意图；

图10是本实用新型动力输出轴的内齿圈剖视结构示意图；

图11是本实用新型万向输出轴组件结构示意图；

图12是本实用新型万向输出轴组件正面结构示意图；

图13是本实用新型后固定法兰正面结构示意图；

图14是本实用新型后固定法兰轴向剖视结构示意图；

图15是本实用新型随钻测斜系统原理示意图；

图16是本实用新型旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置工作原理示意图；

图17是传统的定向钻探施工原理示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。

如图1至16所示，提供一种旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置，包括：动力输入轴1、动力输出轴2、定位纠偏筒3、后固定法兰4、前固定法兰5、万向输出轴组件6、随钻测斜系统7及随进钻杆33。

动力输入轴1设置在动力输出轴2内，通过后固定法兰4限定位置。定位纠偏筒3套装在动力输入轴1与动力输出轴2的外部，靠后固定法兰4和前固定法兰5定位固定，前固定法兰5与后固定法兰4分别设置在定位纠偏筒3的两端，定位纠偏筒3通过前固定法兰5与后固定法兰4安装在动力输入轴1和动力输出轴2的外部，即将动力输入轴1、动力输出轴2与定位纠偏筒3组装在一起。

万向输出轴组件6设置在动力输出轴2的端部，并与钻头8连接，带动钻头8一同转动。随钻测斜系统7安装在动力输入轴1内或安装在与动力输入轴1连接的随进钻杆33内。

如图5和6所示，定位纠偏筒3包括：内齿圈法兰盘9、纠偏定位法兰盘11、纠偏内筒12及纠偏外筒10。纠偏内筒12套在动力输入轴1与动力输出轴2外部，纠偏内筒12一端与内齿圈法兰盘9焊接，另一端与纠偏定位法兰盘11焊接。纠偏外筒10套在纠偏内筒12的外部，纠偏外筒10和纠偏内筒12之间形成排料通道13，内齿圈法兰盘9和纠偏定位法兰盘11上开设与排料通道13相同的排料孔35，便于排料。

如图7和8所示，动力输入轴1为空心轴以形成动力输入轴内通道15，动力输入轴外表面设置与内齿圈法兰盘9适配的外齿圈14，适配是指动力输入轴的外齿圈14与定位纠偏筒3的内齿圈法兰盘9可以啮合，从而带动定位纠偏筒3转动。

如图9和10所示，动力输出轴2内部开设前腔室16、中腔室17及后腔室19，中腔室17与后腔室18之间设置与动力输入轴的外齿圈14相适配的内齿圈18，适配是指动力输出轴2的内齿圈18可与动力输入轴的外齿圈14相啮合，从而实现动力输入轴1带动动力输出轴2转动。

如图11和12所示，万向输出轴组件6包括：前固定压块21、后压紧块22及用于与钻头8连接的摆动输出轴20。万向输出轴组件6通过后压紧块22与动力输出轴2螺栓连接，即万向输出轴组件6安装在前腔室16上，当动力输出轴2转动时，带动万向输出轴组件6转动，从而带动钻头8转动。摆动输出轴20与前固定压块22和后压紧块21之间为球面配合，摆动输出轴20通过万向节与前固定压块21与后压紧块22配合使用，使得万向输出轴组件6作为一个万向联轴器将动力输出轴2与钻头8连接在一起，因此，摆动输出轴20与前固定压块22有一定角度转动摆角α。

如图13和14所示，后固定法兰4上开设反向排料孔23，且后固定法兰4上焊有反向排料导板24，便于反向排料。

如图15所示，随钻测斜系统7采用钻井液压力脉冲法将钻孔信息借助通道以压力脉冲的形式传输，包括：涡轮发电机25、电池26、测量系统27、发射系统28、接收器30、通讯接口31及用于数据处理分析的控制终端32。随钻测斜系统7由涡轮发电机25提供电能，采用正脉冲压浆波29无线通讯。介质34流经动力输入轴内通道15推动涡轮发电机25发电并对电池26充电，电池26再对测量系统27和发射系统28供电，对测量系统27测试钻孔形成正脉冲压浆波29，以介质34为载体从随进钻杆33传出，接收器30接受正脉冲压浆波29提供给通讯接口31最终到控制终端32，控制终端32完成系统总计算，计算出与初始数据的偏移量。测量系统27、发射系统28、接收器30、通讯接口31及控制终端32均采用现有的随钻测斜系统所使用的设备，因此具体结构本文不再赘述。采用涡轮发电机25，避免电池26往复拆卸充电不便，确保施工时间；随钻测斜系统7采用正脉冲压浆无线通讯传输测试数据，系统靠涡轮发电机25供电，确保井下施工系统供电，不因电池容量影响施工。

本实用新型旋转钻杆定向施工轨迹测量纠偏装置的工作过程：

介质传输冷却：介质34从随进钻杆内通道36进入动力输入轴内通道15，流经动力输出轴的中腔室17和前腔室16，通过万向输出轴组件内通道37进入钻头8，实现钻探过程冷却钻头8。

钻机钻探过程：随进钻杆33推进旋转带动动力输入轴1旋转，动力输入轴的外齿圈14与动力输出轴的内齿圈18啮合带动动力输出轴2转动，动力输出轴2通过万向输出轴组件6带动钻头8转动实现钻探施工。

随钻测量过程：介质34流经动力输入轴内通道15推动涡轮发电机25发电并对电池25充电，电池25再对测量系统27和发射系统28供电，对测量系统27测试钻孔形成正脉冲压浆波29，以介质34为载体从随进钻杆33传出，接收器30接收正脉冲压浆波29提供给通讯接口31到控制终端32，控制终端32完成系统总计算，计算出与初始数据的偏移量。

定向纠偏：根据随钻测斜系统7提供的计算数据，如果计算值与初始测定值产生偏差，随进钻杆33退移，带动动力输入轴1退移，动力输入轴的外齿圈14与定位纠偏筒3的内齿圈法兰盘9啮合，随进钻杆33转动带动动力输入轴1转动从而带动定位纠偏筒3转动，动力输出轴2停止，进行纠偏，纠偏后随进钻杆33前移，带动动力输入轴1与动力输出轴的内齿圈18啮合，从而带动动力输出轴2转动，再次开始钻孔。

利用万向输出轴组件6上的摆动输出轴20与动力输出轴2中心轴线之间一定角度转动摆角实现纠偏。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所做的改变，修饰，替代，组合，简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本实用新型的保护范围内。