一种用于施工超深水平钻孔的钻孔装置的制作方法

本发明涉及钻孔技术领域，具体涉及一种用于施工超深水平钻孔的钻孔装置。

背景技术：

在超深钻孔施工过程中，由于施工的深度较大，因此需要采用较长的钻杆进行施工，但钻杆较长时，钻头和钻杆的自重容易对钻孔的精度产生影响，从而导致钻孔轨迹向下倾斜。为了解决上述问题，现有的钻孔装置在钻杆靠近钻头的位置处设置了扶正器，例如公开号为cn105735896a的中国专利《利用扶正器组施工超深水平钻孔的方法》，该专利公开了在钻杆上设置了一系列扶正器组，用于减小钻杆、钻头在钻孔内的跳动量，同时利用远离钻头一端的扶正器的重力作用，平衡钻头与靠近钻头端扶正器之间的钻杆产生的下挠量，保持前端钻头轴线最大程度与设计轴线吻合，减小超深孔钻孔误差。然而上述钻孔装置前端扶正器和后端扶正器的径向尺寸不同，使用时需要采用两种径向尺寸的扶正器，因此生产和加工扶正器时所需的设备较为复杂，且生产成本较高。基于上述技术问题，急需设计一种可以通用的且可以改变径向尺寸的扶正器，用于超深水平钻孔施工，确保超深钻孔过程中钻孔位置精度的同时还能够简化扶正器的生产设备，且降低扶正器的生产成本。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种通用的且可以改变径向尺寸的用于施工超深水平钻孔的钻孔装置，能够确保超深钻孔过程中钻孔位置精度的同时还简化扶正器的生产设备、降低扶正器的生产成本。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种用于施工超深水平钻孔的钻孔装置，包括钻头、钻杆和钻杆上套装的扶正器组，钻头安装在钻杆的一端，所述扶正器组包括若干个可调径扶正器，各可调径扶正器间隔套装在钻杆上；所述可调径扶正器包括截面为圆环状的外圈和至少两个变径杆，外圈内固设有与外圈同心的内圈，内圈套装在钻杆上；各变径杆的一端沿外圈的径向伸入外圈内且各变径杆与外圈滑动配合，各变径杆关于外圈的轴心呈中心对称，所述外圈上设置有用于控制各变径杆同步滑动并对其锁止的调节机构。

进一步地，所述调节机构包括环形的调节圈体，调节圈体和外圈同轴设置，调节圈体与外圈相对一侧的边缘卡接且调节圈体可相对外圈转动；调节圈体朝向外圈的一侧设有用于调节各变径杆沿外圈径向同步滑动的调节螺齿，所述变径杆朝向调节圈体的一侧设有与调节螺齿相配合的配合螺齿。

进一步地，所述调节圈体朝向外圈的一侧边缘设有一圈环形凸台，环形凸台朝向调节圈体轴心的一侧设有环形的第一斜面，且第一斜面与调节圈体朝向外圈一侧的表面呈钝角；所述外圈朝向调节圈体的一侧边缘设有若干个与所述第一斜面卡接的弧形凸台，所述弧形凸台远离外圈轴心的一侧为弧形表面，且该弧形表面为与所述第一斜面相配合的第二斜面。

进一步地，所述弧形凸台远离调节圈体的一侧设有第一凹槽，所述第一凹槽上方的弧形凸台侧表面内设有滚珠。

进一步地，所述环形凸台朝向调节圈体轴心的一侧表面还设有位于第一斜面和外圈之间的第三斜面，第三斜面与第一斜面反向倾斜设置；所述外圈外还设有与所述第三斜面相配合的环形第二凹槽。

进一步地，所述变径杆的两端通过滑块与所述外圈内的滑槽滑动连接。

进一步地，所述外圈和内圈之间通过与变径杆数量相同的固定结构相连，所述固定结构包括设置在所述变径杆两侧的两固定杆，两固定杆的一端固接在外圈内，另一端固接在所述内圈的外侧。

进一步地，两固定杆相对的一侧设有与变径杆两侧滑块相配合的第三凹槽。

相比于现有技术，本发明中钻杆上套装有同样的多个可调径扶正器，可调径扶正器的外径尺寸可调节，因此可以将靠近钻头的可调径扶正器调节至外径尺寸大于远离钻头的可调径扶正器，以实现平衡钻杆的作用，而同一钻杆上使用可调径扶正器，可以简化加工制造可调径扶正器的设备结构，同时生产相同的可调径扶正器的成本较生产不同的扶正器的成本有所下降。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中外圈的剖视图。

图3为图2中a1处的放大图。

图4为图2中a2处的放大图。

图5为本发明中调节圈体的结构示意图。

图6为本发明中外圈和变径杆的结构示意图。

在图中：钻头1、钻杆2、可调径扶正器3、调节圈体3.1、调节螺齿3.1.1、环形凸台3.1.2、第一斜面3.1.2.1、球形凹槽3.1.2.2、第三斜面3.1.2.3、外圈3.2、弧形凸台3.2.1、滚珠3.2.2、第一凹槽3.2.3、第二凹槽3.2.4、变径杆3.3、滑块3.3.1、配合螺齿3.3.2、轴承3.4、固定杆3.5、第三凹槽3.5.1。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作进一步详细说明，并给出具体实施方式。

如图1-6所示，一种用于施工超深水平钻孔的钻孔装置，包括钻头1、钻杆2和钻杆2上套装的扶正器组，钻头1安装在钻杆2的一端，所述扶正器组包括若干个可调径扶正器3，各可调径扶正器3间隔套装在钻杆2上；所述可调径扶正器3包括截面为圆环状的外圈3.2和至少两个变径杆3.3，外圈3.2内设有与外圈3.2同心的内圈，内圈套装在钻杆2上；所述变径杆3.3一端沿外圈3.2的径向插入外圈3.2内且所述变径杆3.3与外圈3.2滑动设置，各变径杆3.3关于外圈3.2的轴心呈中心对称，所述外圈3.2上设置有用于控制各变径杆3.3同步滑动并对其锁止的调节机构。优选地，内圈采用轴承3.4，外圈3.2通过轴承3.4套接在钻杆2上，同时本实施例中变径杆3.3设置了三个，且变径杆3.3的截面形状为类似t形，变径杆3.3远离钻杆2的一端设有弧形的表面。使用时，将靠近钻头1的可调径扶正器3调节至外径尺寸大于远离钻头1的可调径扶正器3，以利用远离钻头1的可调径扶正器3的重力作用，平衡钻头1与靠近钻头1的可调径扶正器3之间的钻杆2产生的下挠量，从而保持钻头1轴线最大程度与水平线吻合，减小钻孔误差。

如图2-6所示，所述调节机构包括环形的调节圈体3.1，调节圈体3.1和外圈3.2同轴设置，调节圈体3.1与外圈3.2相对一侧的边缘卡接且调节圈体3.1可相对外圈3.2转动；调节圈体3.1朝向外圈3.2的一侧设有用于调节各变径杆3.3沿外圈3.2径向同步滑动的调节螺齿3.1.1，调节螺齿3.1.1呈螺旋形设置在调节圈体3.1侧表面上，所述变径杆3.3朝向调节圈体3.1的一侧设有与调节螺齿3.1.1相配合的配合螺齿3.3.2。调节可调径扶正器3的外径是通过相对外圈3.2转动调节圈体3.1，进而通过调节圈体3.1上的调节螺齿3.1.1与变径杆3.3侧面的配合螺齿3.3.2的啮合来调节变径杆3.3相对外圈3.2沿径向的伸缩，当变径杆3.3向外圈3.2外伸出时，即可调径扶正器3的外径变大；当变径杆3.3向外圈3.2内收缩时，即可调径扶正器3的外径变小。使用前，可以先根据调节螺齿3.1.1的螺旋特性和变径杆3.3的数量，预先调整变径杆3.3上与调节螺齿3.1.1啮合的配合螺齿的序数，从而保证随着调节圈体3.1的转动各变径杆伸出长度保持一致，以达到调径的目的。

如图3-6所示，所述调节圈体3.1朝向外圈3.2的一侧边缘设有一圈环形凸台3.1.2，环形凸台3.1.2朝向调节圈体3.1轴心的一侧设有环形的第一斜面3.1.2.1，如图3所示，第一斜面3.1.2.1与调节圈体3.1朝向外圈3.2一侧的环形凸台3.1.2内的侧面呈钝角；所述外圈3.2朝向调节圈体3.1的一侧边缘设有若干个与所述第一斜面3.1.2.1卡接的弧形凸台3.2.1，所述弧形凸台3.2.1远离外圈3.2轴心的一侧为弧形表面，且该弧形表面为与所述第一斜面3.1.2.1相配合的第二斜面。所述弧形凸台3.2.1远离调节圈体3.1的一侧设有第一凹槽3.2.3，以便调节圈体3.1的环形凸台3.1.2卡入弧形凸台3.2.1内时，弧形凸台3.2.1具有让力，防止卡接时环形凸台3.1.2被损坏。所述第一凹槽3.2.3上方的弧形凸台3.2.1侧边设有滚珠3.2.2，所述环形凸台3.1.2内第一斜面3.1.2.1和第三斜面3.1.2.3连接处的侧壁上设有与所述滚珠3.2.2相配合的球形凹槽3.1.2.2，在弧形凸台3.2.1和环形凸台3.1.2配合的侧面设置滚珠3.2.2可以确保调节圈体3.1相对外圈3.2转动时的顺畅性，防止转动时卡死。

如图3-6所示，所述环形凸台3.1.2朝向调节圈体3.1轴心的一侧表面还设有位于第一斜面3.1.2.1和外圈3.2之间的第三斜面3.1.2.3，第三斜面3.1.2.3与第一斜面3.1.2.1反向倾斜设置；所述外圈3.2外还设有与所述第三斜面3.1.2.3相配合的环形第二凹槽3.2.4。第三斜面3.1.2.3和第二凹槽3.2.4的结构是用于确保调节圈体3.1和外圈3.2的配合更加紧密，防止调节圈体3.1在钻杆2使用过程中与外圈3.2分离。

如图6所示，所述变径杆3.3的两端通过滑块3.3.1与所述外圈3.2内的滑槽配合滑动连接。滑块3.3.1与滑槽的配合是用于限制变径杆3.3相对外圈3.2的横向移动。所述外圈和轴承3.4之间通过与变径杆3.3数量相同的固定结构相连，所述固定结构包括设置在所述变径杆3.3两侧的两固定杆3.5，两固定杆3.5的一端固接在外圈内，另一端固接在所述轴承3.4的外侧。两固定杆3.5相对的一侧设有与变径杆3.3两侧滑块3.3.1相配合的第三凹槽3.5.1。第三凹槽3.5.1是用于确保变径杆3.3在向外圈3.2内收缩时沿外圈3.2的径向移动，防止偏差的产生。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。