專利名稱：冰層定向鉆井熱熔鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種在極地冰層鉆進(jìn)定向井使用的冰層定向鉆井熱熔鉆頭。
背景技術(shù)：
目前國際上使用的熱熔鉆具多為鉆進(jìn)垂直孔使用，當(dāng)主孔出現(xiàn)孔內(nèi)事故或需要開分支孔時(shí)，則需要下入孔底造斜器，并利用特殊工具將孔底擴(kuò)大，然后下入熱熔鉆具，在造斜器斜面的幫助下，鉆具傾斜從而實(shí)現(xiàn)斜孔鉆進(jìn)。但是采用這種方法鉆進(jìn)斜孔，鉆具在自重作用下，始終具有向垂直方向偏移的趨勢，經(jīng)過一段時(shí)間后也必將回歸垂直方向，不能實(shí)現(xiàn)斜孔鉆進(jìn)。而隨著全球氣候變暖以及對(duì)極地冰蓋研究的深入，越來越多的科學(xué)家們不僅僅局限于研究冰芯本身，而開始關(guān)注冰蓋自身的穩(wěn)定性，比如冰蓋每年的移動(dòng)速度，冰下河流及冰下湖泊流入大海的水流量等問題。這些問題的研究同時(shí)也就為鉆探技術(shù)提出了新的課題，需要一種不取芯快速成孔并且具備定向孔施工能力的新型鉆具。目前國際上已有的不 取芯熱熔鉆具的鉆頭都為中心加熱式，如德國的probes I和probes II和香港理工大學(xué)研究的衛(wèi)星熱熔鉆，這樣的加熱方式不能使鉆具實(shí)現(xiàn)定向鉆進(jìn)。威斯康辛-麥迪遜大學(xué)研制了一種電動(dòng)機(jī)械定向鉆具，是依靠控制安裝在鉆具上的三根定向桿的張開度來給鉆具施加一定的側(cè)向力，從而使鉆具在鉆進(jìn)中改變方向。針對(duì)熱熔定向鉆具的研究還沒有看到國內(nèi)外文獻(xiàn)的介紹。但定向熱熔鉆具比電動(dòng)機(jī)械鉆具具有更強(qiáng)的操控性，而且結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)，工作也相對(duì)穩(wěn)定，在未來的研究中一定會(huì)成為極地冰層定向鉆具研究的主要方向。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種在極地和冰川鉆探中能夠?qū)崿F(xiàn)定向鉆進(jìn)的冰層定向鉆井熱熔鉆頭。本實(shí)用新型是由六個(gè)加熱模塊組、半圓母卡塊和半圓公卡塊構(gòu)成，每個(gè)加熱模塊組是由加熱模塊和連接塊構(gòu)成，連接塊通過沉頭螺釘固定在加熱模塊的頂部，加熱模塊的內(nèi)壁延伸出接線柱，導(dǎo)線的一端與接線柱聯(lián)接，導(dǎo)線的另一端通過接頭與電源聯(lián)接，所述的接線柱、導(dǎo)線和接頭均采用防水處理，每個(gè)加熱模塊為一個(gè)鑄銅加熱器，加熱模塊的側(cè)面和內(nèi)表面均涂有隔熱漆層，這樣有利于熱量通過外表面向冰層傳遞，六個(gè)加熱模塊組組合在一起形成圓頭狀鉆頭，圓頭狀鉆頭的底部中心具有排水口，上部鉆具排水泵的吸水管可以安裝到排水口附近位置，這樣可以及時(shí)將孔底熔融水排走，有利于熱量傳遞；所述連接塊的中部具有凹槽，半圓母卡塊和半圓公卡塊底部具有凸臺(tái)，凸臺(tái)卡入在凹槽中，這樣可以利用凸臺(tái)來承受鉆頭的重量；半圓母卡塊和半圓公卡塊上均開設(shè)有第一螺紋孔，連接塊上開設(shè)有第二螺紋孔，半圓母卡塊和半圓公卡塊與連接塊通過第一螺紋孔和第二螺紋孔用螺釘連接在一起；半圓公卡塊的二個(gè)豎壁上具有凸臺(tái)，半圓母卡塊的二個(gè)豎壁上具有卡槽,半圓母卡塊和半圓公卡塊結(jié)合在一起形成圓柱體，半圓公卡塊的凸臺(tái)卡入在半圓母卡塊的卡槽中，此結(jié)構(gòu)可以使半圓母卡塊和半圓公卡塊結(jié)合在一起形成的圓柱體與連接塊的連接更穩(wěn)固。半圓母卡塊和半圓公卡塊與上部鉆具可以根據(jù)需要選擇用螺釘連接或者用螺紋連接。本實(shí)用新型的有益效果本實(shí)用新型很好地解決了在極地冰層中鉆進(jìn)定向井的難題，并且該鉆頭與現(xiàn)有鉆具具有很好的兼容性，只需將現(xiàn)有熱熔鉆具的控制系統(tǒng)與鉆頭電路配套就可使用該定向鉆頭，上部機(jī)械結(jié)構(gòu)基本不用變化；該熱熔鉆頭采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，易于更換，大大增加了鉆頭的壽命和使用效率。
圖I是本實(shí)用新型實(shí)施例的立體分解示意圖。圖2是圖I的俯視圖圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例之加熱模塊組的立體分解示意圖。圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的另一視角立體分解示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖I圖2、圖3和圖4所示，本實(shí)用新型是由六個(gè)加熱模塊組A、半圓母卡塊8和半圓公卡塊12構(gòu)成，每個(gè)加熱模塊組A是由加熱模塊3和連接塊2構(gòu)成，連接塊2通過沉頭螺釘I固定在加熱模塊3的頂部，加熱模塊3的內(nèi)壁延伸出接線柱6，導(dǎo)線5的一端與接線柱6聯(lián)接，導(dǎo)線5的另一端通過接頭4與電源聯(lián)接，所述的接線柱6、導(dǎo)線5和接頭4均采用防水處理，每個(gè)加熱模塊3為一個(gè)鑄銅加熱器，加熱模塊3的側(cè)面和內(nèi)表面均涂有隔熱漆層，這樣有利于熱量通過外表面向冰層傳遞，六個(gè)加熱模塊組A組合在一起形成圓頭狀鉆頭B，圓頭狀鉆頭B的底部中心具有排水口 7，上部鉆具排水泵的吸水管可以安裝到排水口 7附近位置，這樣可以及時(shí)將孔底熔融水排走，有利于熱量傳遞。所述連接塊2的中部具有凹槽15,半圓母卡塊8和半圓公卡塊12底部具有凸臺(tái)10,凸臺(tái)10卡入在凹槽15中，這樣可以利用凸臺(tái)10來承受鉆頭的重量；半圓母卡塊8和半圓公卡塊12上均開設(shè)有第一螺紋孔13，連接塊2上開設(shè)有第二螺紋孔14，半圓母卡塊8和半圓公卡塊12與連接塊2通過第一螺紋孔13和第二螺紋孔14用螺釘連接在一起；半圓公卡塊12的二個(gè)豎壁上具有凸臺(tái)11，半圓母卡塊8的二個(gè)豎壁上具有卡槽9,半圓母卡塊8和半圓公卡塊12結(jié)合在一起形成圓柱體,半圓公卡塊12的凸臺(tái)11卡入在半圓母卡塊8的卡槽9中,此結(jié)構(gòu)可以使半圓母卡塊8和半圓公卡塊12結(jié)合在一起形成的圓柱體與連接塊的連接更穩(wěn)固。半圓母卡塊8和半圓公卡塊12與上部鉆具可以根據(jù)需要選擇用螺釘連接或者用螺紋連接。本實(shí)用新型的工作過程和原理是I、采用本實(shí)用新型的熱熔鉆頭在冰層中鉆進(jìn)時(shí)，鉆具需要安裝陀螺儀，隨時(shí)測量鉆孔的頂角和方位角。當(dāng)測量數(shù)據(jù)顯示鉆孔的方向角和設(shè)計(jì)軌跡偏離時(shí)，即利用上位機(jī)向鉆具電路發(fā)出控制信號(hào)，使鉆頭六個(gè)加熱模塊3中的四個(gè)發(fā)熱，另外二個(gè)加熱模塊3停止加熱。這樣緊挨四個(gè)加熱模塊3的孔壁將繼續(xù)融化，而另一側(cè)則緩慢融化或停止融化，這樣鉆具勢必將產(chǎn)生偏斜，從而改變鉆孔的方向，實(shí)現(xiàn)定向井的施工。在鉆進(jìn)過程中，可以編寫程序，實(shí)時(shí)監(jiān)測鉆孔方向數(shù)據(jù)，經(jīng)過系統(tǒng)處理后轉(zhuǎn)換為對(duì)鉆頭模塊加熱開關(guān)的控制信號(hào)，實(shí)時(shí)控制加熱模塊的開閉。這樣就可以準(zhǔn)確的控制鉆具按照設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)。當(dāng)鉆孔方向回歸正確方向后，接通全部加熱模塊，鉆具實(shí)現(xiàn)全速鉆進(jìn)，這樣既能實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆孔方向的控制，又能保證鉆進(jìn)的速度。 2、當(dāng)熱熔鉆頭的加熱模塊3發(fā)生損害不能工作時(shí)，可以將鉆頭拆下，由于鉆頭模塊之間沒有聯(lián)系，為相互獨(dú)立的加熱系統(tǒng)，因此只需要將損壞的加熱模塊3換掉即可。這樣可以使每個(gè)加熱模塊3最大限度的發(fā)揮作用，大大增加了鉆頭的使用壽命，降低了成本?！?br> 權(quán)利要求1.一種冰層定向鉆井熱熔鉆頭，特征在于是由六個(gè)加熱模塊組(A)、半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)構(gòu)成，每個(gè)加熱模塊組(A)是由加熱模塊(3)和連接塊(2)構(gòu)成，連接塊(2)通過沉頭螺釘(I)固定在加熱模塊(3)的頂部，加熱模塊(3)的內(nèi)壁延伸出接線柱(6)，導(dǎo)線(5)的一端與接線柱(6)聯(lián)接，導(dǎo)線(5)的另一端通過接頭(4)與電源聯(lián)接，所述的接線柱(6)、導(dǎo)線(5)和接頭(4)均采用防水處理，六個(gè)加熱模塊組(A)組合在一起形成圓頭狀鉆頭(B)，圓頭狀鉆頭(B)的底部中心具有排水口(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種冰層定向鉆井熱熔鉆頭，特征在于所述連接塊(2)的中部具有凹槽(15),半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)底部具有凸臺(tái)(10),凸臺(tái)(10)卡入在凹槽(15)中，半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)上均開設(shè)有第一螺紋孔(13)，連接塊(2)上開設(shè)有第二螺紋孔(14)，半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)與連接塊(2)通過第一螺紋孔(13)和第二螺紋孔(14)用螺釘連接在一起；半圓公卡塊(12)的二個(gè)豎壁上具有凸臺(tái)(11)，半圓母卡塊(8)的二個(gè)豎壁上具有卡槽(9)，半圓母卡塊(8)和半圓公卡塊(12)結(jié)合在一起形成圓柱體，半圓公卡塊(12)的凸臺(tái)(11)卡入在半圓母卡塊(8)的卡槽(9)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種冰層定向鉆井熱熔鉆頭，特征在于所述加熱模塊(3)為一個(gè)鑄銅加熱器，加熱模塊(3)的側(cè)面和內(nèi)表面均涂有隔熱漆層。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種在極地冰層鉆進(jìn)定向井使用的冰層定向鉆井熱熔鉆頭，是由六個(gè)加熱模塊組、半圓母卡塊和半圓公卡塊構(gòu)成，每個(gè)加熱模塊組是由加熱模塊和連接塊構(gòu)成，六個(gè)加熱模塊組組合在一起形成圓頭狀鉆頭；本實(shí)用新型很好地解決了在極地冰層中鉆進(jìn)定向井的難題，并且該鉆頭與現(xiàn)有鉆具具有很好的兼容性，只需將現(xiàn)有熱熔鉆具的控制系統(tǒng)與鉆頭電路配套就可使用該定向鉆頭，上部機(jī)械結(jié)構(gòu)基本不用變化；該熱熔鉆頭采用模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，易于更換，大大增加了鉆頭的壽命和使用效率。
文檔編號(hào)E21B7/04GK202767885SQ20122046645
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月13日
發(fā)明者帕維爾達(dá)拉拉伊, 范曉鵬, 張楠, 孫友宏, 薛軍, 曹品魯, 鄭治川, 于達(dá)慧, 胡正毅, 楊成, 毛建設(shè) 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)