[发明专利]一种偏心环式水平定向取心钻具及其控向装置

说明书

本发明提供了一种偏心环式水平定向取心钻具控向装置，包括岩心外管和岩心内管，所述岩心内管置于所述岩心外管中，所述岩心外管外壁上设置有偏心机构，所述偏心机构包括内、外偏心环及控制电机。本发明还提供了一种安装有上述控向装置的偏心环式水平定向取心钻具，包括外壳、外壳卡固装置、以及在外壳内部的外管总成和内管总成，所述内管总成从左至右依次设置有绳索打捞装置、弹卡机构、单动机构、定向测量装置和岩心内管。本发明提供的控向装置可实现对取心钻具的导向控制，使其轴迹得到精准控制；本发明提供的取心钻具能结合水平定向钻机进行各种造斜段和水平段的连续取心。

技术领域

本发明涉及一种偏心环式水平定向取心钻具及其控向装置，属于岩土工程勘察技术领域。

背景技术

工程钻探是目前常用的一种地质勘探手段，是在通过工程地质测绘对地面基本情况有了初步的了解后，为进一步探明地下隐伏地质现象，了解地质现象的空间变化规律而运用的方法。工程钻探也是为了勘探矿床、地层构造、土壤性质等，利用钻机向地下钻孔，取出土壤或岩心供分析研究的一种勘察方法，主要目的是从钻孔中取得岩芯、土样进行物理性质分析从而判断其地基基础是否满足工程建设的承载重力和稳定性。

目前，主要采用垂直钻孔取样勘查手段对一些不规则的特殊沉积矿床进行勘查评估，这很难准确获得该矿区的勘探评估报告，即使在特殊情况下设计定向孔进行勘查取样，也没有形成一套完整的钻进和取心方案，造斜后采用常规回转钻进取心极容易发生孔内事故，严重时导致钻孔报废。且对于一些大深埋长距离的地下工程(如隧道、地铁等)，传统的垂直孔地质钻探，需要穿过上部覆盖层，才能达到隧道轴线所在地层，并且，需要将钻孔点沿轴线间隔布置，然后通过连线法才能预估出沿线地质断面情况，但这并不能真实、全面反映隧道围岩的地质特征，而且设备需要经常搬迁，非常不便，因此，需要一种超长距离大埋深的水平定向勘察方法来满足上述需求。

水平定向钻技术目前广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等柔性管线铺设施工中，水平定向钻是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点。

而工程钻探中常规配套绳索取心的钻具主要有双动双管、单动双管以及适合在松散、破碎等困难地层中取心的三层管取心钻具和无泵反循环取心钻具及喷射式反循环取心钻具等。传统的绳索取心钻具虽然能够连续取心，但只能进行垂直孔取心钻进，而传统的定向钻技术虽然可以通过造斜精准的控制钻进轴迹，但不能获取岩心。

如能将水平定向钻技术运用到水平超长距离大埋深的地质勘探中，就可以真实的反应地下沿线的地质情况，而且避免了设备在复杂地形情况下的搬迁，能以较少的钻进入射点、较短的钻进轨迹，取得较大的有效信息量，再与传统的垂直或倾斜钻进取心方式相结合使用，则可在绝大多数场合下满足地质岩心钻探工作的需要。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种偏心环式水平定向取心钻具及其控向装置，该控向装置可实现对取心钻具的导向控制，使其轴迹得到精准控制；该钻具能结合水平定向钻机进行各种造斜段和水平段的连续取心。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种偏心环式水平定向取心钻具控向装置，包括岩心外管和岩心内管，所述岩心内管置于所述岩心外管中，所述岩心外管外壁上设置有偏心机构，所述偏心机构包括内偏心环及其控制电机和外偏心环及其控制电机，所述内偏心环的内壁通过轴承安装在所述岩心外管的外壁上，所述内偏心环的外壁通过轴承安装在所述外偏心环的内壁上，所述内、外偏心环分别与各自的控制电机连接，所述内外偏心环皆由各自的控制电机直接驱动。

对上述方案的进一步改进是：

在所述岩心内管的左端设置有定向测量装置。

在所述偏心机构的右边设置有调心滚子轴承，所述调心滚子轴承内壁与岩心外管外壁相配合。