[發明專利]冰層定向鉆井熱熔鉆頭

有效

• 申請號: 201210338492.6
• 申請日: 2012-09-13
• 公開（公告）號: CN102839918A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 帕維爾達拉拉伊;范曉鵬;張楠;孫友宏;薛軍;曹品魯;鄭治川;于達慧;胡正毅;楊成;毛建設
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: E21B10/00
• 分類號: E21B10/00;E21B7/15;E21B7/04
• 代理公司: 長春市四環專利事務所 22103
• 代理人: 張建成

技術領域

本發明涉及一種在極地冰層鉆進定向井使用的冰層定向鉆井熱熔鉆頭。

背景技術

目前國際上使用的熱熔鉆具多為鉆進垂直孔使用，當主孔出現孔內事故或需要開分支孔時，則需要下入孔底造斜器，并利用特殊工具將孔底擴大，然后下入熱熔鉆具，在造斜器斜面的幫助下，鉆具傾斜從而實現斜孔鉆進。但是采用這種方法鉆進斜孔，鉆具在自重作用下，始終具有向垂直方向偏移的趨勢，經過一段時間后也必將回歸垂直方向，不能實現斜孔鉆進。而隨著全球氣候變暖以及對極地冰蓋研究的深入，越來越多的科學家們不僅僅局限于研究冰芯本身，而開始關注冰蓋自身的穩定性，比如冰蓋每年的移動速度，冰下河流及冰下湖泊流入大海的水流量等問題。這些問題的研究同時也就為鉆探技術提出了新的課題，需要一種不取芯快速成孔并且具備定向孔施工能力的新型鉆具。目前國際上已有的不取芯熱熔鉆具的鉆頭都為中心加熱式，如德國的probesⅠ和probesⅡ和香港理工大學研究的衛星熱熔鉆，這樣的加熱方式不能使鉆具實現定向鉆進。威斯康辛-麥迪遜大學研制了一種電動機械定向鉆具，是依靠控制安裝在鉆具上的三根定向桿的張開度來給鉆具施加一定的側向力，從而使鉆具在鉆進中改變方向。針對熱熔定向鉆具的研究還沒有看到國內外文獻的介紹。但定向熱熔鉆具比電動機械鉆具具有更強的操控性，而且結構簡單，容易實現，工作也相對穩定，在未來的研究中一定會成為極地冰層定向鉆具研究的主要方向。

發明內容

本發明的目的是提供一種在極地和冰川鉆探中能夠實現定向鉆進的冰層定向鉆井熱熔鉆頭。

本發明是由六個加熱模塊組、半圓母卡塊和半圓公卡塊構成，每個加熱模塊組是由加熱模塊和連接塊構成，連接塊通過沉頭螺釘固定在加熱模塊的頂部，加熱模塊的內壁延伸出接線柱，導線的一端與接線柱聯接，導線的另一端通過接頭與電源聯接，所述的接線柱、導線和接頭均采用防水處理，每個加熱模塊為一個鑄銅加熱器，加熱模塊的側面和內表面均涂有隔熱漆層，這樣有利于熱量通過外表面向冰層傳遞，六個加熱模塊組組合在一起形成圓頭狀鉆頭，圓頭狀鉆頭的底部中心具有排水口，上部鉆具排水泵的吸水管可以安裝到排水口附近位置，這樣可以及時將孔底熔融水排走，有利于熱量傳遞；

所述連接塊的中部具有凹槽，半圓母卡塊和半圓公卡塊底部具有凸臺，凸臺卡入在凹槽中，這樣可以利用凸臺來承受鉆頭的重量；半圓母卡塊和半圓公卡塊上均開設有第一螺紋孔，連接塊上開設有第二螺紋孔，半圓母卡塊和半圓公卡塊與連接塊通過第一螺紋孔和第二螺紋孔用螺釘連接在一起；

半圓公卡塊的二個豎壁上具有凸臺，半圓母卡塊的二個豎壁上具有卡槽，半圓母卡塊和半圓公卡塊結合在一起形成圓柱體，半圓公卡塊的凸臺卡如在半圓母卡塊的卡槽中，此結構可以使半圓母卡塊和半圓公卡塊結合在一起形成的圓柱體與連接塊的連接更穩固。半圓母卡塊和半圓公卡塊與上部鉆具可以根據需要選擇用螺釘連接或者用螺紋連接。

本發明的有益效果：

本發明很好地解決了在極地冰層中鉆進定向井的難題，并且該鉆頭與現有鉆具具有很好的兼容性，只需將現有熱熔鉆具的控制系統與鉆頭電路配套就可使用該定向鉆頭，上部機械結構基本不用變化；該熱熔鉆頭采用模塊化設計，結構簡單，易于更換，大大增加了鉆頭的壽命和使用效率。

附圖說明

圖1是本發明實施例的立體分解示意圖。

圖2是圖1的俯視圖

圖3是本發明實施例之加熱模塊組的立體分解示意圖。

圖4是本發明實施例的另一視角立體分解示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1圖2、圖3和圖4所示，本發明是由六個加熱模塊組A、半圓母卡塊8和半圓公卡塊12構成，每個加熱模塊組A是由加熱模塊3和連接塊2構成，連接塊2通過沉頭螺釘1固定在加熱模塊3的頂部，加熱模塊3的內壁延伸出接線柱6，導線5的一端與接線柱6聯接，導線5的另一端通過接頭4與電源聯接，所述的接線柱6、導線5和接頭4均采用防水處理，每個加熱模塊3為一個鑄銅加熱器，加熱模塊3的側面和內表面均涂有隔熱漆層，這樣有利于熱量通過外表面向冰層傳遞，六個加熱模塊組A組合在一起形成圓頭狀鉆頭B，圓頭狀鉆頭B的底部中心具有排水口7，上部鉆具排水泵的吸水管可以安裝到排水口7附近位置，這樣可以及時將孔底熔融水排走，有利于熱量傳遞。