水平定向钻机在硬土、软岩中的变角方法及应用

摘要

本发明公开了一种成本低、效率高的水平定向钻机在硬土、软岩中的变角方法，即通过推拉油缸MD2控制钻头顶进或缩回，同时动力头回转装置MD1控制钻头正转切削或无切削反转，该方法在水平定向钻机中的应用，其变角控制装置它包括动力头[1]、动力头输出轴[2]、钻头[4]和液压控制装置，其特征是在动力头[1]的箱体上设有与动力头输出轴[2]上的强磁相对应的可调位置检测装置A、B；在液压控制装置中，增设有动力头控制电磁换向阀D1、D2及推拉油缸控制电磁换向阀D3；增设有使推拉油缸MD2控制钻头[4]顶进或缩回，同时动力头回转装置MD1控制钻头[4]正转切削或无切削反转的控制电路，本发明方法及控制装置简单，使用成本低，效率高。

权利要求

1.一种水平定向钻机在硬土、软岩中的变角方法，所述水平定向钻机的变角控制装置包括动力头（1）、动力头输出轴（2）、钻头（4），由动力头回转装置MD1、动力头控制手动换向阀SD1、推拉油缸MD2、推拉油缸控制手动换向阀SD2、油泵YB1组成的液压控制装置，其特征是在动力头（1）的箱体上设有与动力头输出轴（2）上的强磁相对应的可调位置检测装置A、B；在液压控制装置中，动力头回转装置MD1与动力头控制手动换向阀SD1之间设有动力头控制电磁换向阀D1、D2；在油泵YB1与推拉油缸控制手动换向阀SD2之间设有推拉油缸控制电磁换向阀D3；增设有由电路启动开关SA0，电路急停开关，位置检测装置触点KA1、KA2，动力头控制中间继电器J3，推拉油缸控制中间继电器J4，电磁换向阀线圈DT1、DT2、DT3组成的使推拉油缸MD2控制钻头（4）顶进或缩回，同时动力头回转装置MD1控制钻头（4）正转切削或无切削反转的控制电路；当推拉油缸MD2控制钻头（4）顶进时，动力头回转装置MD1控制钻头（4）正转切削；推拉油缸MD2控制钻头（4）缩回时，动力头回转装置MD1控制钻头（4）无切削反转。

2.根据权利要求1所述的水平定向钻机在硬土、软岩中的变角方法，其特征是动力头回转装置MD1正转切削或无切削反转的角度为30度－180度。

3.根据权利要求1或2所述水平定向钻机在硬土、软岩中的变角方法，其特征是可调位置检测装置A、B所形成的夹角为30度－180度。

说明书

水平定向钻机在硬土、软岩中的变角方法及应用

技术领域：

[0001] 本发明涉及一种水平定向钻机，具体地说是一种水平定向钻机在硬土、软岩中的变角方法及应用。背景技术：

[0002] 普通水平定向钻机在走直线时，镶嵌有硬质合金刀头的钻头在不停转动的同时，钻头还向前推进；当要变角时，钻头停止转动，钻头上的斜掌面向上的位置不变，钻头只做推进，这时钻头的斜掌面受到分力将向上抬起。同理当要求钻头向任何方向变角时，可将斜掌面作相应的转动即可，这在软土层是可以实现的。但在硬土层和软岩地层时，由于土层硬度高，钻头要变向时光靠推力是无法推动的，不可能产生向上的分力，反而使钻杆折弯。所以，硬土和软岩地层的施工一直是普通水平定向钻机的施工难点。对此，现有的两种解决方式，一是油田系统通常使用泥浆马达解决在硬质地层变角问题，但此方法泥浆马达的寿命短，且单个泥浆马达价格高，至使此方法的成本很高。二是采用双钻杆驱动解决在硬质地层变角问题，其缺点是双钻杆驱动所传递的扭矩小，工作效率低。发明内容：

[0003] 本发明的目的是提供一种成本低、效率高的水平定向钻机在硬土、软岩中的变角方法及应用。

[0004] 本发明是采用如下技术方案实现其发明目的的，控制钻头正转时，在设定的角度有推力，把这一角度的土层切除，钻头反转时无推力，这样就可在硬土、软岩层中形成一个斜半孔，从而实现钻头在硬土、软岩的变角。一种水平定向钻机在硬土、软岩中的变角方法，当推拉油缸MD2控制钻头顶进时，动力头回转装置MD1控制钻头正转切削；推拉油缸MD2控制钻头缩回时，动力头回转装置MD1控制钻头无切削反转。

[0005] 本发明动力头回转装置MD1正转切削或无切削反转的角度为30度-180度。

[0006] 一种上述方法在水平定向钻机中的应用，其变角控制装置它包括动力头、动力头输出轴、钻头，由动力头回转装置MD1、动力头控制手动换向阀SD1、推拉油缸MD2、推拉油缸控制手动换向阀SD2、油泵YB1组成的液压控制装置，在动力头的箱体上设有与动力头输出轴上的强磁相对应的可调位置检测装置A、B；在液压控制装置中，动力头回转装置MD1与动力头控制手动换向阀SD1之间设有动力头控制电磁换向阀D1、D2；在油泵YB1与推拉油缸控制手动换向阀SD2之间设有推拉油缸控制电磁换向阀D3；增设有由电路启动开关SA0，电路急停开关，位置检测装置触点KA1、KA2，动力头控制中间继电器J3，推拉油缸控制中间继电器J4，电磁换向阀线圈DT1、DT2、DT3组成的使推拉油缸MD2控制钻头顶进或缩回，同时动力头回转装置MD1控制钻头正转切削或无切削反转的控制电路。

[0007] 本发明的可调位置检测装置A、B所形成的夹角为30-180度。

[0008] 由于采用上述技术方案，本发明较好的实现了发明目的，方法及控制装置简单，使用成本低，效率高，通过控制钻头在设定的角度正转或反转时，有推力或无推力，把这一角度的土层切除，钻头这样就可在硬土、软岩层中形成一个斜半孔，从而实现钻头在硬土、软岩的变角。附图说明：

[0009] 图1是本发明的结构示意图；

[0010] 图2是图1中动力头1的左视图；

[0011] 图3是动力头回转装置MD1的液压控制原理图；

[0012] 图4是推拉油缸MD2的液压控制原理图；

[0013] 图5是本发明的电路控制原理图；

[0014] 图6是本发明的工作状态示意图。具体实施方式：

[0015] 下面结合附图对本发明作进一步说明。

[0016] 由图1、图2、图3、图4、图5和图6可知，一种水平定向钻机在硬土、软岩中的变角方法，当推拉油缸MD2控制钻头4顶进时，动力头回转装置MD1控制钻头4正转切削；推拉油缸MD2控制钻头4缩回时，动力头回转装置MD1控制钻头4无切削反转。

[0017] 本发明动力头回转装置MD1正转切削或无切削反转的角度为30度-180度(本实施例为120度)。

[0018] 一种上述方法在水平定向钻机中的应用，其变角控制装置它包括动力头1、动力头输出轴2、钻头4，由动力头回转装置MD1、动力头控制手动换向阀SD1、推拉油缸MD2、推拉油缸控制手动换向阀SD2、油泵YB1组成的液压控制装置，在动力头1的箱体上设有与动力头输出轴2上的强磁相对应的可调位置检测装置A、B；在液压控制装置中，动力头回转装置MD1与动力头控制手动换向阀SD1之间设有动力头控制电磁换向阀D1、D2；在油泵YB1与推拉油缸控制手动换向阀SD2之间设有推拉油缸控制电磁换向阀D3；增设有由电路启动开关SA0，电路急停开关，位置检测装置触点KA1、KA2，动力头控制中间继电器J3，推拉油缸控制中间继电器J4，电磁换向阀线圈DT1、DT2、DT3组成的使推拉油缸MD2控制钻头4顶进或缩回，同时动力头回转装置MD1控制钻头4正转切削或无切削反转的控制电路。

[0019] 本发明的可调位置检测装置A、B所形成的夹角为30-180度(本实施例为120度)。

[0020] 本发明的的动力头回转装置MD1包括换向阀与马达，动力头输出轴2与钻杆3及钻头4都是通过螺纹联接成整体，当动力头1前推或后拉时，钻头4在动力头输出轴2与钻杆3的带动下也同样前推或后拉；根据使用要求，可调位置检测装置A、B分别位于动力头1箱体的圆周方向上并成一定角度。

[0021] 本发明的工作过程是：先将动力头1的旋转手柄推至正转方向并将推拉手柄推至顶进位，根据使用要求，调整好可调位置检测装置A、B及强磁的位置后，即可合上SA0开关；(可调位置检测装置A、B安装在动力头1的箱体上固定不动，强磁在动力头输出轴2上与钻杆3及钻头4一起转动)。

[0022] 当钻头4上的斜掌转到A点位置时，可调位置检测装置A常开触点KA1合上，常闭触点KA1断开，可调位置检测装置B常开触点KA2断开，常闭触点KA2合上，动力头控制中间继电器J3得电，常开触点KJ3合上，电磁换向阀线圈DT3及DT1得电，同时，推拉油缸控制中间继电器J4不得电，常开触点KJ4断开，动力头控制电磁换向阀D1、推拉油缸控制电磁换向阀D3工作，使推拉油缸MD2产生顶进力，同时动力头回转装置MD1控制钻头4正转切削硬土、软岩。

[0023] 当钻头4上的斜掌转到B点位置时，可调位置检测装置B常开触点KA2合上，常闭触点KA2断开，可调位置检测装置A常开触点KA1断开，常闭触点KA1合上，推拉油缸控制中间继电器J4得电，常开触点KJ4合上，电磁换向阀线圈DT2得电，同时，动力头控制中间继电器J3不得电，常开触点KJ3断开，电磁换向阀线圈DT3及DT1不得电，推拉油缸控制电磁换向阀D3不工作，使推拉油缸MD2无法产生顶进力，动力头控制电磁换向阀D2工作，使动力头回转装置MD1控制钻头4反转，钻头4上的斜掌从B点无切削的返回A点。

[0024] 这样在A、B两点不断重复，就可在硬土、软岩中形成斜孔，从而实现变角。