[发明专利]横孔螺旋钻机机械纠偏装置

说明书

本发明涉及一种横孔钻机纠偏装置，尤其是横孔螺旋钻机机械纠偏装置。

为了解决管道穿越公路、铁路、小河流、街道及建筑物等特殊地段的钻孔施工问题，国内外研制了多种形式的横孔钻机。横孔钻机的典型作业方式是：在要穿越的地段两侧分别构置一个操作坑，将设备安装在一侧的操作坑中，调整好钻孔顶管的方位，开动设备把管子按预定方位顶入地层并到达对面的操作坑。在现有技术中，美国奥格公司生产的42-300G型横孔螺旋钻机，主要适用于铺设输油气管道等要求不高的场合，缺乏有效的测向纠偏手段;美国专利US3938597介绍的测向纠偏装置，仅能监测、校正上下方位的偏斜，对左右方位的偏斜无能为力，不能满足高精度要求，纠偏机构经由套管与地层孔壁之间的环腔发挥作用，易受干扰而致操作和纠偏失效;日本生产的SH型水平顶管钻机。主要针对市政施工的精确顶管设计，配备有经纬仪测向系统和液压纠偏装置，美国专利US3857449和US3917010也是采用液压纠偏装置，液压纠偏存在的主要问题是：每次加接钻具、加长套管都需同时加接液压管线，液压系统护困难，液压管线过长会影响液压系统的使用，在液压纠偏时，往往需要几个执行机构协调操作，以致操作难度大。

本发明的目的是要提供一种用于横孔螺旋钻机的机械纠偏装置，使之具有结构简单、造价低廉、纠偏精确、安全可靠、操作简便和维护容易等优点。

本发明采用了3个附图：

图1是横孔螺旋钻机机械纠偏装置主要部件示意图;

图2是机械纠偏装置结构示意图;

图3是图2的C-C剖视图。

本发明的目的是通过研制一种控向头和一种纠偏控制机构来实现的，控向头具有钻进和转向功能，纠偏控制机构具有控制控向头钻进的方向和转向的方位和角度的功能。参照图1，横孔螺旋钻机具有旋转节（1）和套管推进盘（2），旋转节（1）用于带动钻头旋转钻孔，套管推进盘（2）用于顶管。参照图1，在机械纠偏装置的总体结构上，控向头（3）由钻杆头（5）、内套管头（6）和套管头（7）构成;纠偏控制机构（4）由内套管头控制盘（8）和指示器（9）构成;钻杆头（5）安装在内套管头（6）内且可相对旋转和轴向移动，内套管头（6）支承在套管头（7）内且可相对旋转和轴向移动，套管头（7）支承在地层孔壁上且与套管（10）相连接;内套管头控制盘（8）安装在套管推进盘（2）上且可相对旋转和同步推进，其旋转角度由指示器（9）显示;钻杆头（5）通过螺旋钻杆（11）与旋转节（1）相连接，内套管头（6）通过内套管（12）与内套管头控制盘（8）相连接，内套管头控制盘（8）可与旋转节（1）相连接而产生相对于套管推进盘（2）的旋转，套管推进盘（2）与旋转节（1）之间亦可产生相对轴向移动。参照图2，在控向头（3）结构上，钻杆头（5）由螺旋钻杆短节（13）、纠偏杆（14）和扶正杆（15）构成，螺旋钻杆短节（13）前端安装钻头（16）和后端通过联轴节（17）与螺旋钻杆（11）相连接，纠偏杆（14）与扶正杆（15）采用轴承对称和垂直地与联轴节（17）相连接;内套管头（6）为大小头结构，其大头内壁对称地固结有纠偏杆导槽（18）和扶正杆导槽（19），纠偏杆导槽（18）的楔形槽口朝后，扶正杆导槽（19）的楔形槽口朝前，纠偏 杆（14）和扶正杆（15）可分别在纠偏杆导槽（18）和扶正杆导槽（19）内同步滑动，其小头通过内套管（12）与内套管头控制盘（8）相连接;套管头（7）为加厚套管短节，其外径大于套管（10）外径。参照图2和图3，在纠偏控制机构（4）结构上，内套管头控制盘（8）中心带有一管状凸缘（20）、凸缘（20）与套管推进盘（2）的中心孔相配合，内套管头控制盘（8）可与旋转节（1）相连接而转动，可与套管推进盘（2）相连接而同步推进;纠偏指示器（9）由光靶（21）、指针（22）和刻度盘（23）构成，光靶（21）安装在内套管头（6）小头上，使用经纬仪通过套管（10）与内套管（12）之间的环形空间监测控向头（3）的钻进方位，指针（22）垂直地安装在内套管头控制盘（8）的凸缘（20）上且指向纠偏杆导槽（18）方向，刻度盘（23）同心地安装在套管推进盘（2）上且“0”刻度线在正上方。

本发明与现有技术相比，具有了结构简单、造价低廉、纠偏精确、安全可靠、操作简便和维护容易等优点，满足了现场施工需要。

本发明的实施方式是，按照图2设计和制造，按照下述步骤操作：采用经纬仪监测控向头（3）的偏斜是否超标;如超标则操纵纠偏控制机构（4），使内套管头控制盘（8）不推进仅旋转至指针（22）对准偏斜方位，使钻杆头（5）的旋转钻进带动纠偏杆（14）和扶正杆（15）分别沿静止的内套管头（6）内的纠偏杆导槽（18）和扶正杆导槽（19）向前移动，纠偏杆（14）在纠偏杆导槽（18）的楔形坡道上前移压迫钻杆头（5）向相应的方位偏移，从而使钻头（16）钻出一段偏斜孔，此后停止钻进，通过套管推进盘（2）将套管头（7）和内套管头（6）同时顶入钻成的偏斜孔中，从而达到纠偏目的;再操纵纠偏控制机构（4），使控向头（3）恢复正常钻进方位。