[发明专利]旋转导向式双级潜孔锤钻具

说明书

本发明公开了一种旋转导向式双级潜孔锤钻具，包括相连接的导向潜孔锤单元和扩孔潜孔锤单元，导向潜孔锤单元包括依次连接的导向潜孔锤、偏置短节和控制短节，扩孔潜孔锤单元的扩孔潜孔锤锤头外径大于导向潜孔锤锤头外径；偏置短节的外壳设置有三个推靠块总成，推靠块总成包括由动力传动机构通过连杆驱动的推靠块；钻井过程中，导向潜孔锤单元在前，形成小直径领眼，扩孔潜孔锤单元在后，通过扩孔形成大直径井眼；定向钻井时，导向潜孔锤单元的控制短节实时监测钻具井下方位，并将控制信号传递给偏置短节，动力传动机构通过连杆驱动推靠块交替实现伸出和回缩，使钻具偏转并保持在设定方位，按井眼设计轨迹进行钻进。

技术领域

本发明涉及钻井工程技术领域，具体涉及一种旋转导向式双级潜孔锤钻具。

背景技术

矿山开采过程中，当发生矿井透水、瓦斯突出、冲击地压等重大矿山灾害事故时，由于坍塌冒落、巷道积水及动力现象等因素，造成矿井巷道堵塞，井下作业人员被困，施救困难。目前，除传统救援方法外，钻井救援技术可有效建立快速救援通道，是实施救援的重要技术途径，其在国内外矿山事故中已取得成功案例。钻井救援技术可分为小口径的生命保障井和大口径逃生救援井两类。

目前，大直径逃生救援钻井面临两项技术难题：导向性差和钻进效率低。现阶段，大直径救援井采用二次成孔工艺，即先钻成一个小直径导向孔，再在导向孔的引导下采用大直径潜孔锤进行二次扩孔。上述技术方案虽解决了大直径导向问题，但施工工序多，施工时间长，大幅减低的钻井救援效率。

因此，急需研制一种适用于大直径定向钻井的旋转导向式双级潜孔锤钻具，该钻具可在大直径救援钻井中具有较高的定向性能和钻进效率。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是：提供一种旋转导向式双级潜孔锤钻具，提高钻进效率，实现定向钻进。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：旋转导向式双级潜孔锤钻具，所述旋转导向式双级潜孔锤钻具包括：同轴向设置并且相连接的导向潜孔锤单元和扩孔潜孔锤单元；

所述导向潜孔锤单元包括依次连接的导向潜孔锤、偏置短节和控制短节，所述导向潜孔锤包括导向潜孔锤锤体和设置于所述导向潜孔锤锤体下端的导向潜孔锤锤头，所述控制短节用于实时监测钻具的井下方位并控制所述偏置短节使所述钻具保持在设定方位；

所述扩孔潜孔锤单元包括扩孔潜孔锤，所述扩孔潜孔锤包括扩孔潜孔锤锤体和设置于所述扩孔潜孔锤锤体下端的扩孔潜孔锤锤头，所述扩孔潜孔锤锤头的外径大于所述导向潜孔锤锤头的外径，所述扩孔潜孔锤锤头与所述控制短节相连接。

其中，所述偏置短节包括偏置短节外壳，所述偏置短节外壳的外周设置有三个推靠块总成，每一所述推靠块总成包括由动力传动机构通过连杆驱动的推靠块，所述连杆的一端与所述动力传动机构的输出端铰接，所述连杆的另一端与所述推靠块铰接，所述推靠块的下端与所述偏置短节外壳铰接。

其中，所述动力传动机构包括直线电机和与所述直线电机的伸缩杆配合的滑块，所述连杆的一端与所述滑块铰接；或者，所述动力传动机构包括旋转电机和由所述旋转电机驱动的丝杠螺母副，所述连杆的一端与所述丝杠螺母副的螺母铰接。

其中，所述推靠块的上端面设置为用于与井壁贴靠的贴靠斜面。

其中，所述偏置短节外壳的外周设置有偏置短节容置凹槽，所述推靠块总成设置于所述偏置短节容置凹槽。

其中，所述控制短节包括控制短节外壳，所述控制短节外壳的外周设置有三个控制单元，每一所述控制单元包括控制器和随钻测量器件，所述随钻测量器件用于实时监测钻具的井下方位，所述控制器用于控制所述偏置短节使所述钻具保持在设定方位。

其中，所述控制器包括可编程逻辑控制器，所述随钻测量器件包括磁通门传感器和重力加速度计传感器。

其中，所述控制单元还包括定位模块。