[發明專利]一種水平鉆進自動水力糾偏方法及專用鉆具

有效

• 申請號: 201010189061.9
• 申請日: 2010-05-26
• 公開（公告）號: CN101871320A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 文國軍;徐林紅;許超;李磊明;王玉丹;蔡記華
• 申請（專利權）人: 中國地質大學(武漢)
• 主分類號: E21B7/10
• 分類號: E21B7/10;E21B44/00;E21B7/18
• 代理公司: 武漢華旭知識產權事務所 42214
• 代理人: 劉榮

1.一種水平鉆進自動水力糾偏方法，其特征是根據所檢測到的鉆孔的傾角與方位角參數，微處理器自動運算出射流的方向，并通過旋轉控制盤控制具有多個方向射流孔的水力糾偏鉆具向所計算出的方向進行射流，實現鉆孔自動水力糾偏，所采用的具體步驟如下：傾角傳感器與方位角傳感器對鉆具姿態進行檢測得到鉆孔的實際傾角α和方位角β，然后將所得α和β與在孔口所獲得的初始值對應進行比較得到傾角偏差Δα和方位角偏差Δβ，當Δα和/或Δβ超過設定閾值時，微處理器根據射流方向確定算法計算出射流的方向，并發出指令給步進電機使其轉動旋轉控制盤，通過控制旋轉控制盤的旋轉角度使旋轉控制盤的通孔A旋轉至微處理器系統所計算出的射流方向，并與環形分布于射流控制盤上的若干通孔A中的一個貫通，構建該射流方向上水力糾偏的水流通道，實現停鉆自動水力糾偏。

2.權利要求1所述水鉆自動水力糾偏方法，其特征在于：射流方向確定算法是指根據Δα和Δβ的正負確定射流區間，根據Δα與Δβ比值的反正切值確定步進電機的區間內旋轉角度，根據區間的奇偶性決定區間內旋轉角度的正負，其中確定射流區間具體如下表：

旋轉角度計算公式如下：

Δα與Δβ比值的反正切值t＝actan(|Δα/Δβ|)；

在偶數象限區間中，旋轉角度：

在奇數象限區間中，旋轉角度：

各式中是步進電機的旋轉角度，Q為象限號。

3.權利要求1所述水平鉆進自動水力糾偏方法的專用鉆具，至少包括外殼(1)，外殼(1)的一端固定連接有鉆桿接頭(2)，另一端安裝有PDC鉆頭(19)，其特征在于：外殼(1)的內腔設有自動糾偏裝置，自動糾偏裝置包括水流方向控制機械部分和安裝有檢測與計算控制程序的射流方向檢測與控制的微處理器部分，水流方向控制機械部分至少包括軸承座(7)和通過軸芯、軸承座(7)安裝于外殼(1)上的旋轉控制盤(22)和射流控制盤(20)，射流控制盤(20)上設有若干環形分布的通孔A(20-1)，且軸承座的通孔(7-1)、外殼(1)的內腔、旋轉控制盤(22)的通孔A(22-1)、射流控制盤(20)上環形分布的通孔A(20-1)與PDC鉆頭(19)的若干環形分布的射流孔(19-1)貫通，構成水射流通道，射流控制盤(20)上的若干環形分布的通孔A(20-1)與PDC鉆頭(19)的若干射流孔(19-1)一一對應。

4.根據權利要求3所述的專用鉆具，其特征在于：旋轉控制盤中設有通孔B(22-2)作為溢流通道，射流控制盤中設有的通孔B(20-2)作為溢流通道，PDC鉆頭(19)中均設有通孔(19-2)作為溢流通道，旋轉控制盤(20)右端設有盲孔(22-3)，盲孔(22-3)內安裝有彈簧(17)和閥芯(18)構成溢流控制機構。

5.根據權利要求3所述的專用鉆具，其特征在于：射流方向檢測與控制的微處理器部分至少包括壓力傳感器(4)、支撐軸(6)、電源、步進電機(13)、傳動軸(25)、旋轉外殼和以單片機為核心的微處理器系統電路板(26)，該部分一側通過支撐軸(6)固定于旋轉外殼(10)上，另一側通過傳動軸安裝在射流控制盤(20)的軸芯內。

6.根據權利要求5所述的專用鉆具，其特征在于：所述的射流方向檢測與控制的微處理器系統的電源和步進電機(13)偏置于旋轉外殼(10)的同一方向從而使微處理器部分處于偏重狀態。

7.根據權利要求5所述的專用鉆具，其特征在于：以單片機為核心的微處理器系統電路板(26)主要由單片機、電子羅盤、傾角傳感器及相應的伺服電路構成。

8.根據權利要求5或7所述的專用鉆具，其特征在于：電路板(26)上設有串行通訊接口。

9.根據權利要求5所述的專用鉆具，其特征在于：所述射流方向檢測與控制的微處理器部分的檢測與計算控制軟件包括整體流程、數據采集和處理模塊、步進電機驅動與控制模塊和數據傳輸模塊。

10.根據權利要求3所述的專用鉆具，其特征在于：在射流控制盤(20)的通孔(20-1)處設有單向閥。