[实用新型]回转热熔钻头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种在极地冰层钻进定向井使用的冰层定向钻井用回转热熔钻头。

背景技术

目前国际上使用的热熔钻具多为钻进垂直孔使用，当主孔出现孔内事故或需要开分支孔时，则需要下入孔底造斜器，并利用特殊工具将孔底扩大，然后下入热熔钻具，在造斜器斜面的帮助下，钻具倾斜从而实现斜孔钻进。但是采用这种方法钻进斜孔，钻具在自重作用下，始终具有向垂直方向偏移的趋势，经过一段时间后也必将回归垂直方向，不能实现斜孔钻进。而随着全球气候变暖以及对极地冰盖研究的深入，越来越多的科学家们不仅仅局限于研究冰芯本身，而开始关注冰盖自身的稳定性，比如冰盖每年的移动速度，冰下河流及冰下湖泊流入大海的水流量等问题。这些问题的研究同时也就为钻探技术提出了新的课题，需要一种不取芯快速成孔并且具备定向孔施工能力的新型钻具。目前国际上已有的不取芯热熔钻具的钻头都为中心加热式，如德国的probesⅠ和probesⅡ和香港理工大学研究的卫星热熔钻，这样的加热方式不能使钻具实现定向钻进。威斯康辛-麦迪逊大学研制了一种电动机械定向钻具，是依靠控制安装在钻具上的三根定向杆的张开度来给钻具施加一定的侧向力，从而使钻具在钻进中改变方向。针对热熔定向钻具的研究还没有看到国内外文献的介绍。但定向热熔钻具比电动机械钻具具有更强的操控性，而且结构简单，容易实现，工作也相对稳定，在未来的研究中一定会成为极地冰层定向钻具研究的主要方向。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种在极地和冰川钻探中能够实现定向钻进的冰层定向钻井用的回转热熔钻头。

本实用新型是由两个独立的加热模块和一个不加热模块组成，两个独立的加热模块和一个不加热模块组成圆头状的钻头，钻头底部开设有排水口，上部钻具排水泵的吸水管可以安装到水口附近位置，排水口可以及时将孔底熔融水排走，有利于热量传递，加热模块为铸铜加热器，加热模块的侧面和内表面均涂有隔热漆，这样有利于热量通过外表面向冰层传递。 

所述加热模块的内壁具有导线接头，导线接头与导线连接，导线接头的另一端与滑环接线柱连接，导线接头、导线和滑环接线柱，都采用防水处理，所述滑环接线柱与来自上部钻具的电源相连。

两个独立的加热模块和一个不加热模块与钻头连接块均采用螺钉连接， 钻头连接块通过螺钉固定在传动轴上，传动轴中部通过中部台阶坐落在轴承上，轴承安装在轴承板上，轴承板通过螺钉与下部钻具外管固定在一起，滑环通过螺钉固定在传动轴上，电刷通过螺钉固定在电刷安装板上，电刷安装板通过螺钉与下部钻具外管固定，电刷与滑环始终接触，传递电流，导线上部连接在滑环接线柱上，并穿过传动轴的侧壁开孔及钻头连接块的开孔与加热模块导线接头相连，传动轴上部与电机轴花键配合，传递扭矩，传动轴和电机轴为中空轴，吸水管可从传动轴和电机轴通过到达排水口附近，电机用螺钉安装在电机安装板上，电机安装板通过螺钉连接在上部钻具外管上，上部钻具外管与下部钻具外管螺纹连接。正常回转时，外部钻杆不回转，电机轴带动传动轴回转，滑环旋转，电刷不旋转，两者始终保持接触，传递电流，传动轴通过轴承实现传动轴旋转而下部钻具外管不旋转，通过轴承板连接到下部钻具外管，承担重量。在下部，钻头连接块已与钻头固定，通过螺钉固定在传动轴上，因此实现传动轴带动钻头回转。钻头连接块与下部钻具外管之间放置密封圈，防止外部熔融水通过下部钻具外管与钻头连接块的间隙进入钻具内部。

采用本实用新型的可回转热熔钻头钻进时，钻具需要安装陀螺仪，随时测量钻孔的顶角和方位角。正常回转时，钻孔为垂直孔，需要定向钻进时，停止回转，通过测量数据把钻具停止在预定的位置，两个加热模块工作，紧挨两个加热模块的冰层将由于吸收热量而继续融化，而不加热模块那一侧则缓慢融化或停止融化，这样钻具将产生倾斜，从而改变钻孔方向，实现定向。可控制钻具按照设计轨迹钻进。

当热熔钻头的加热模块发生损害不能工作时，可以将钻头拆下，由于钻头的各模块之间没有联系，为相互独立的加热系统，因此只需要将损坏的模块换掉即可，这样可以使每个加热模块最大限度的发挥作用，大大增加了钻头的使用寿命，降低了成本。

本实用新型的有益效果：

1、两个加热模块工作，正常回转钻进时，由于回转，加热模块的热量可以较为均匀地传递给四周，使冰层融化，为垂直孔钻进作业；两个加热模块工作，不回转给进时，紧挨两个加热模块的冰层将由于吸收热量而继续融化，而不加热模块那一侧则缓慢融化或停止融化，这样钻具将产生倾斜，从而改变钻孔方向，实现定向。