申请/专利权人：中国地质大学(北京)

申请日：2018-07-04

公开（公告）日：2023-05-26

公开（公告）号：CN108590546B

主分类号：E21B17/10

分类号：E21B17/10;E21B12/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.05.26#授权;2018.10.26#实质审查的生效;2018.09.28#公开

摘要：本发明公开了一种动力钻具实验扶正装置，包括框架，框架上安装两块相对设置的扶正板，两块扶正板的相对面上均设置有两个竖直的扶正钢筒，四个扶正钢筒中心区域为动力钻具穿过的扶正通道；扶正钢筒内装填多个钢球，钢球直径与扶正钢筒的内径相同，相邻钢球之间设置有垫片，位于顶端和底端的钢球通过扶正钢筒的封头卡住；扶正钢筒对应扶正通道的筒壁开让位豁口，扶正钢筒内的钢球通过让位豁口与扶正通道内的动力钻具接触。本发明采用可滑动双轨设计，能够适应钻杆不同位置的工况。可在横梁上滑动的扶正板可以根据钻具偏转钻孔轴线位移大小，在一定弹性范围内调节对钻杆扶正强度，稳定钻杆完成钻具相关实验。

主权项：1.一种动力钻具实验扶正装置，其特征在于，包括框架，框架上安装两块相对设置的扶正板，两块扶正板的相对面上均设置有两个竖直的扶正钢筒，四个扶正钢筒中心区域为动力钻具穿过的扶正通道；扶正钢筒内装填多个钢球，钢球直径与扶正钢筒的内径相同，相邻钢球之间设置有垫片，位于顶端和底端的钢球通过扶正钢筒的封头卡住；扶正钢筒对应扶正通道的筒壁开让位豁口，扶正钢筒内的钢球通过让位豁口与扶正通道内的动力钻具接触；扶正板通过上下两条横梁悬挂安装在框架上，框架开有供横梁水平移动的滑腔；其中一块扶正板上的横梁通过夹具在滑腔内定位，另一块扶正板上的横梁在滑腔内自由滑动；所述夹具包括抵接在横梁端部的定位板和位于框架内部的两块夹板，夹板分别设置在横梁的两侧与横梁的侧面抵接，定位板在横梁端面两侧形成翼板；夹板与翼板之间通过螺栓连接并通过螺母预紧，夹板与翼板夹住滑腔上下两侧的框架结构。

全文数据：动力钻具实验扶正装置技术领域[0001]本发明涉及地质勘探实验领域，尤其涉及一种动力钻具实验扶正装置。背景技术[0002]在现有技术中，在钻具钻进实验过程中，由于钻具较长，整体柔性较大，使得钻具旋转不稳定，导致钻具发生横向振动、钻头损坏，影响实验数据采集。因此，保证钻具旋转稳定，减小偏离轴线的相对位移对提高实验效率将起到关键性的作用，对此本文设计了钻具实验扶正装置。[0003]在国内外对于钻具实验扶正的研宄几乎空白，在实际钻孔施工中，通常采用稳定器与孔壁相组合来使钻杆轴线尽可能接近钻孔中心线，其结构比较简单，是带有肋骨片的粗径接头，可分为钻柱型和井底型。然而，在钻具实验中，钻杆悬空回转，缺少周围钻孔壁的支撑极大减弱了稳定器的作用，实验效果不理想，因此需要外在的一个扶正设备扶正钻杆钻孔。发明内容[0004]针对上述现有技术中的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种钻具实验中起辅助作用的钻具扶正装置。[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的：[0006]—种动力钻具实验扶正装置，包括框架，框架上安装两块相对设置的扶正板，两块扶正板的相对面上均设置有两个竖直的扶正钢筒，四个扶正钢筒中心区域为动力钻具穿过的扶正通道;扶正钢筒内装填多个钢球，钢球直径与扶正钢筒的内径相同，相邻钢球之间设置有垫片，位于顶端和底端的钢球通过扶正钢筒的封头卡住;扶正钢筒对应扶正通道的筒壁开让位豁口，扶正钢筒内的钢球通过让位豁口与扶正通道内的动力钻具接触。[0007]在本技术方案中，通过在两块平行扶正板的四个扶正钢筒内装填的钢球与钻具之间的滚动支撑，能够有效起到钻具在钻进过程中扶正的作用。钢珠可随着钻杆横向和纵向滚动，同时多个钢球与钻杆之间的接触几乎可视为点接触，此种配合方式使得两者之间的摩擦面积最小，使钻杆受到的横向和纵向的摩擦阻力最小，最大限度的降低外部辅助设备对钻进实验本身产生的影响。[0008]优选地，扶正板通过上下两条横梁悬挂安装在框架上，框架开有供横梁水平移动的滑腔;其中一块扶正板上的横梁通过夹具在滑腔内定位，另一块扶正板上的横梁在滑腔内自由滑动。[0009]在该优选的技术方案中，通过固定一块扶正板，另一块扶正板能沿滑腔自由滑动的方式可以任意调整扶正板之间形成的扶正通道的位置，从而更好的配合钻具进行调整；当解除夹具时，两块扶正板均可在滑腔内自由滑动。[0010]优选地，坯包括扶正杆，扶正杆以与扶正板的板面垂直的方向依次插入两块扶正板。[0011]在该优选的技术方案中，通过扶正杆去限定两扶正板的平行度，保证四个扶正钢筒内钢球与钻具接触时的受力均匀。[0012]优选地，所述扶正钢筒的封头为水平安装在扶正钢筒端部的转杆，转杆的圆周面与和其接触的钢球球面滚动配合。[0013]在该优选的技术方案中，用转杆作为封头能够减少钢球与封头之间的摩擦面，球面与圆柱面之间的摩擦面较小，封头对钢球产生的摩擦阻力也较小；同时，转杆方便拆卸。[0014]优选地，所述夹具包括抵接在横梁端部的定位板和位于框架内部的两块夹板，夹板分别设置在横梁的两侧与横梁的侧面抵接，定位板在横梁端面两侧形成翼板;夹板与翼板之间通过螺栓连接并通过螺母预紧，夹板与翼板夹住滑腔上下两侧的框架结构。[0015]在该优选的技术方案中，采用分体式的夹具并通过螺母预紧便于调节夹具与框架结构之间的应力，无需将螺母整个拆卸下来即可对扶正板进行调整。[0016]优选地，所述扶正杆为四条，四条扶正杆以扶正板中心为圆点成环形均布。[0017]在该优选的技术方案中，四条扶正杆以此种排布方式能够保证扶正板所受应力分布更平均。[0018]优选地，在扶正杆位于两块扶正板之间及扶正板外侧的杆件上均套有弹簧，扶正杆一端设有弹簧固定座，另一端设置有预紧螺母。[0019]在该优选的技术方案中，通过弹簧的形变特性使本扶正装置能够实现自动对钻具进行扶正对心;根据钻具的扭矩调节弹簧的预紧力避免施加的阻力太大使钻具卡死。[0020]优选地，所述垫片对应钢球球面加工有圆槽。[0021]在该优选的技术方案中，通过圆槽对钢球进行限位，防止钢球在转动过程中离位。[0022]优选地，所述扶正板通过滑套安装在横梁上。[0023]在该优选的技术方案中，滑套可采用悬挂的方式挂在横梁上，组装方便，需要固定时，可通过装配定位销、螺钉或螺栓将两者串联起来即可。[0024]优选地，所述滑套对应每一条横梁设置两个，两个滑套对称设置在扶正板的两端。[0025]在该优选的技术方案中，滑套的作用与扶正杆的作用相应，均是保证扶正板本身的受力分布平均。[0026]与现有技术相比，本发明实施例至少具有以下优点：[0027]采用可滑动双轨设计，能够适应钻杆不同位置的工况。可在横梁上滑动的扶正板可以根据钻具偏转钻孔轴线位移大小，在一定弹性范围内调节对钻杆扶正强度，稳定钻杆完成钻具相关实验。[0028]钢珠可随着钻杆横向和纵向滚动，同时钢珠与钻杆相接触的摩擦面积最小，使钻杆受到的横向和纵向的摩擦阻力最小。[0029]在扶正板两侧增加了弹簧，实现扶正设备在弹性范围内对钻杆的自动扶正钻杆偏离钻孔轴线后通过弹簧恢复形变力回正），可防止钻杆卡死。附图说明[0030]图1为本发明动力钻具实验扶正装置的结构示意图；[0031]图2为本发明动力钻具实验扶正装置的俯视图；[0032]图3为本发明动力钻具实验扶正装置的侧视图；LUUJJ」图4为本友明动力钻具实验扶正装置的扶正板及横梁装配示意图；[0034]图5为本发明动力钻具实验扶正装置的扶正钢筒的结构示意图；[0035]图6为本发明动力钻具实验扶正装置的垫片的结构示意图。具体实施方式[0036]下面结合实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。[0037]如图1所示，图1为本发明动力钻具实验扶正装置的结构示意图。[0038]一种动力钻具实验扶正装置，包括框架1，框架1上安装两块相对设置的扶正板2，两块扶正板2的相对面上均设置有两个竖直的扶正钢筒3,四个扶正钢筒3中心区域为动力钻具4穿过的扶正通道;扶正钢筒3内装填多个钢球5,钢球5直径与扶正钢筒3的内径相同，相邻钢球5之间设置有垫片6,位于顶端和底端的钢球5通过扶正钢筒3的封头卡住;扶正钢筒3对应扶正通道的筒壁开让位豁口，扶正钢筒3内的钢球5通过让位豁口与扶正通道内的动力钻具4接触。[0039]扶正板2通过上下两条横梁7悬挂安装在框架1上，框架1开有供横梁7水平移动的滑腔8;其中一块扶正板2上的横梁7通过夹具在滑腔8内定位，另一块扶正板2上的横梁7在滑腔8内自由滑动。[0040]还包括扶正杆9,扶正杆9以与扶正板2的板面垂直的方向依次插入两块扶正板2。[0041]如图5所示，所述扶正钢筒3的封头为水平安装在扶正钢筒3端部的转杆10,转杆10的圆周面与和其接触的钢球5球面滚动配合。[0042]如图4所示，所述夹具包括抵接在横梁7端部的定位板11和位于框架1内部的两块夹板12,夹板12分别设置在横梁7的两侧与横梁7的侧面抵接，定位板11在横梁7端面两侧形成翼板;夹板12与翼板之间通过螺栓连接并通过螺母预紧，夹板12与翼板夹住滑腔8上下两侧的框架1结构。[0043]如图3所示，所述扶正杆9为四条，四条扶正杆9以扶正板2中心为圆点成环形均布。[0044]如图2所示，在扶正杆9位于两块扶正板2之间及扶正板2外侧的杆件上均套有弹簧14,扶正杆9一端设有弹簧固定座15,另一端设置有预紧螺母16。[0045]如图6所示，所述垫片6对应钢球5球面加工有圆槽17。[0046]所述扶正板2通过滑套13安装在横梁7上。[0047]所述滑套13对应每一条横梁7设置两个，两个滑套13对称设置在扶正板2的两端。[0048]粗调:在钻具实验过程中，钻头下降至岩样表面时起到扶正作用的扶正板2通过横梁7在框架1上的滑腔8内滑动，使两块扶正板2靠近钻具;靠近钻具后再通过滑套13调整扶正板2在横梁7上的位置，使钻具正好处于两块扶正板2中间形成的扶正通道内，此时四个扶正钢筒3内的钢球5均与钻具的圆周面相切。[0049]固定:上述调整工作完成后，通过螺栓锁紧滑套13与横梁7，避免扶正板2在横梁7上发生位移;通过夹具锁定一块扶正板2的横梁7，避免横梁7在滑腔8内发生位移。[0050]细调:通过在两扶正板2之间加入弹簧14，通过扶正杆9锁紧两块扶正板2，预紧螺母16调整扶正板2两侧弹簧14以及两扶正板2之间弹簧14的预紧力，确定弹性范围。当钻杆转动，钢珠将对钻杆1提供横向支撑力，在弹性范围内维持钻杆轴线尽可能接近钻孔中心认。[0051]以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

权利要求：1.一种动力钻具实验扶正装置，其特征在于，包括框架，框架上安装两块相对设置的扶正板，两块扶正板的相对面上均设置有两个竖直的扶正钢筒，四个扶正钢筒中心区域为动力钻具穿过的扶正通道;扶正钢筒内装填多个钢球，钢球直径与扶正钢筒的内径相同，相邻钢球之间设置有垫片，位于顶端和底端的钢球通过扶正钢筒的封头卡住;扶正钢筒对应扶正通道的筒壁开让位豁口，扶正钢筒内的钢球通过让位豁口与扶正通道内的动力钻具接触。2.根据权利要求1所述的动力钻具实验扶正装置，其特征在于，扶正板通过上下两条横梁悬挂安装在框架上，框架开有供横梁水平移动的滑腔；其中一块扶正板上的横梁通过夹具在滑腔内定位，另一块扶正板上的横梁在滑腔内自由滑动。3.根据权利要求1所述的动力钻具实验扶正装置，其特征在于，所述扶正钢筒的封头为水平安装在扶正钢筒端部的转杆，转杆的圆周面与和其接触的钢球球面滚动配合。4.根据权利要求2所述的动力钻具实验扶正装置，其特征在于，还包括扶正杆，扶正杆以与扶正板的板面垂直的方向依次插入两块扶正板。5.根据权利要求2所述的动力钻具实验扶正装置，其特征在于，所述夹具包括抵接在横梁端部的定位板和位于框架内部的两块夹板，夹板分别设置在横梁的两侧与横梁的侧面抵接，定位板在横梁端面两侧形成翼板;夹板与翼板之间通过螺栓连接并通过螺母预紧，夹板与翼板夹住滑腔上下两侧的框架结构。6.根据权利要求4所述的动力钻具实验扶正装置，其特征在于，所述扶正杆为四条，四条扶正杆以扶正板中心为圆点成环形均布。7.根据权利要求4或6所述的动力钻具实验扶正装置，其特征在于，在扶正杆位于两块扶正板之间及扶正板外侧的杆件上均套有弹簧，扶正杆一端设有弹簧固定座，另一端设置有预紧螺母。8.根据权利要求1所述的动力钻具实验扶正装置，其特征在于，所述垫片对应钢球球面加工有圆槽。9.根据权利要求1所述的动力钻具实验扶正装置，其特征在于，所述扶正板通过滑套安装在横梁上。10.根据权利要求9所述的动力钻具实验扶正装置，其特征在于，所述滑套对应每一条横梁设置两个，两个滑套对称设置在扶正板的两端。

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