一种竖向钻孔内射孔钻取装置及方法与流程

本发明涉及钻孔机构，尤其涉及一种竖向钻孔内射孔钻取装置及方法。

背景技术：

随着我国经济社会的发展，地下竖向钻孔的修建越来越多，随之关于模拟竖向钻孔开采的相关试验也越来越普遍。其中，岩心水力压裂试验是模拟现场油气开采较为常见的试验方式。

该试验通常取500mm×500mm×500mm的正方体岩块模拟实际工程中的无限地层，在岩块某一外表面几何中心向岩心方向钻取直径约为100mm甚至是更大直径的竖向钻孔，或者更小直径50～80mm，并放入套管模拟实际工程中的油井，在套管管壁和竖向钻孔孔壁以不同相位向岩层内钻取直径约为10～20mm，或则其他尺寸的横向钻孔模拟实际工程中的射孔，所以试件的加工具有一定难度。当前，试件加工方法是先在岩块的某一外表面几何中心向岩心方向钻取直径为200mm的竖向钻孔，在竖向钻孔中心放入套管，套管管壁已预先加工不同相位的射孔。然后在套管周围的竖向钻孔孔隙中填充水泥，在水泥硬化之前，用折角铁丝伸入套管口，并伸入套管管壁上的射孔，在水泥中搅动，完成横向射孔的钻取工作。该方法技术较为复杂，钻孔时间不易把握，可操作性差且钻孔精度不高，对试验结果产生不利影响。

此外，在目前生活和其他工程中，在竖向钻孔内钻取横向钻孔，也是需要的，但没有合适的装置进行钻孔。

因此，目前亟待开发一种竖向钻孔内射孔钻取装置。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的第一目的是提供一种竖向钻孔内射孔钻取装置，通过该装置可以实现在现有竖向钻孔内与孔壁呈一定角度的方向继续钻孔，钻取方法简单快速，使试件的加工更为简单精确。

本发明的第二目的是提供一种竖向钻孔内射孔钻取装置，采用推进机构为钻机钻孔提供前进的动力，同样有效可行。

本发明的第三目的是提供一种竖向钻孔内射孔钻取装置的使用方法，该方法给出了在竖向钻孔内横向或者斜向射孔的钻取方法，钻孔方法快速有效。

为了达成上述目的，本发明提供的第一个技术方案：

一种竖向钻孔内射孔钻取装置，包括可放置于竖向钻孔内的空心筒，空心筒底部设有支撑部件，空心筒底部一侧开有开口，开口是从空心筒筒壁与底部开出的缺口，在开口内设有一端与空心筒底部铰接连接的滑道，带钻头的钻机设于滑道上且钻机可沿着滑道滑动；钻机钻头的一端与第一卷扬机上的第一钢丝绳连接，转动第一卷扬机通过第一钢丝绳带动钻机在滑道上前进进行钻孔，钻机的另一端与第二卷扬机上的第二钢丝绳连接，转动第二卷扬机通过第二钢丝绳带动钻机在滑道上后退。

该钻取装置通过支撑部件对空心筒进行支撑，滑道作为钻机移动的轨道，起到支撑作用，第一钢丝绳带动钻机前进进而带动钻头在竖向钻孔内进行射孔的钻取，再由第二钢丝绳带动钻机后退，实现对钻机的收纳，便于对整个钻取装置的取出与放入，整个装置实现在竖向钻孔内射孔的钻取，而且只要转动空心筒开口的设置方位，即可实现不同方向钻孔的钻取。

所述滑道与第三卷扬机上的第三钢丝绳连接，第三钢丝绳设于滑道的两侧，共设有两处，实现对滑道的控制，转动第三卷扬机通过第三钢丝绳调整滑道相对于空心筒底部的倾斜角度实现对钻机钻头相对于水平面倾斜角度的调整。

在所述第一钢丝绳上设置滑轮，滑轮与连杆的一端固定，连杆另一端与空心筒活动铰接，该铰接点可设于空心筒筒壁靠近开口处，第一钢丝绳通过通孔穿入到空心筒内部，连杆与第四卷扬机上的第四钢丝绳连接，通过第四钢丝绳实现对连杆及滑轮位置的限定。

所述滑轮的位置设于钻机钻头的上方，在钻机的前上方，尽可能靠近钻机，这样有效保证第一钢丝绳对钻机提供的是向前的作用力。

为了保证对钻机、滑道所提供拉力的稳定性，所述第一钢丝绳绕过滑轮后穿过所述的开口通过空心筒内部连接到第一卷扬机，只要拉紧第一钢丝绳，即可有效保证对钻机提供拉力的稳定性；

第二钢丝绳绕过第二滑轮和设于空心筒内的铰接点连接到第二卷扬机，第二滑轮和铰接点均设于空心筒内壁，只是二者高度不同，第二滑轮高度低于铰接点高度，或者也可以在该铰接点处设置第三滑轮，实现第二钢丝绳的绕线；

第三钢丝绳穿过空心筒内部连接到第三卷扬机，传力速度快；

所述的第一卷扬机、第二卷扬机和第三卷扬机均固定于空心筒的顶部或者是竖向钻孔面上。

其中，所述滑道上设置凸起，在钻机的底部固定凹槽，凹槽设于底座上，底座与钻机可拆卸固定，凹槽与凸起配合从而带动钻机在滑道上移动。

在所述空心筒外部设有刻度线，通过该刻度线可以调整支撑部件的支撑高度，从而确定钻机的设置高度。

在钻机靠近空心筒的端部设置激光测距仪，激光测距仪用于测量钻机距离空心筒的距离，以近似确定钻头所钻钻孔的深度。

所述支撑部件为电动可伸缩部件，在空心筒的顶部可设置控制系统，控制系统与支撑部件连接来控制支撑部件的高度，控制系统与钻机的遥控器连接，钻机的遥控器用于控制钻机的打开与关闭，或者，控制系统通过电线与钻机的开关连接，由控制系统对钻机钻头的动作进行控制。伸缩支座缩回时，恰好能收纳在钻机右下方处，节省空间。

本发明提供的第二方案是：

一种竖向钻孔内射孔钻取装置，包括可放置于竖向钻孔内的空心筒，空心筒底部设有支撑部件，空心筒底部一侧开有开口，在开口内设有一端与空心筒底部铰接连接的滑道，带钻头的钻机设于滑道上且钻机可沿着滑道滑动；钻机的一端与设于空心筒底部的推进机构连接或者接触，推进机构动作带动钻机在滑道上前进进行钻孔，且钻机的该端部与第二卷扬机上的第二钢丝绳连接，转动第二卷扬机通过第二钢丝绳带动钻机在滑道上后退。

推进机构设于空心筒底部滑道的一侧，推进机构可以为电动推杆，也可以是其他直线推动机构，电动推杆的推杆在部分推出后可与钻机接触推动钻机前进，或者，电动推杆的推杆与钻机的端部固定连接，这样电动推杆动作推动钻机前进或者带动钻机回退，即实现钻机钻孔和后退，推进机构的控制开关同样设于空心筒顶部，便于人工控制。

本发明提供的第三方案是：

一种竖向钻孔内射孔钻取装置的使用方法，具体步骤如下：

步骤1)：在竖向钻孔内放入空心筒，打开支撑部件对空心筒的底部进行支撑；

步骤2)：转动第三卷扬机通过第三钢丝绳调整滑道的倾斜角度，转动第四卷扬机通过第四钢丝绳调整连杆的设置位置；

步骤3)：转动第一卷扬机通过第一钢丝绳带动钻机在滑道上前进到待钻横向钻孔处；

步骤4)：控制钻机的打开开关，钻机带动钻头进行作业；

步骤5)：通过调整空心筒开口的设置方向，重复步骤1)-步骤4)，实现多个方向射孔的钻取。

本发明具有以下优点：

1)通过在竖向钻孔内设置钻取装置，避免现有技术中钻取方法的复杂性，整个装置可实现在竖向钻孔内钻取射孔，操作简便，精度较高。

2)通过多个卷扬机配合钢丝绳，为钻机前进提供动力，同时，便于钻机在未使用状态时的收纳；通过第三卷扬机和第三钢丝绳的设置，便于对滑道倾斜角度的调整，实现不同倾斜角度射孔的钻取。

附图说明

图1是本发明整体结构侧视图；

图2是本发明整体结构的俯视图；

图3是本发明部分结构的放大图；

图4是本发明实施例2中部分结构示意图一；

图5是本发明实施例2的部分结构示意图二；

1.竖向钻孔，2.空心筒，3.第一卷扬机，4.支撑部件，5.第一钢丝绳，6.钻头，7.滑轮，8.连杆，9.钻机，10.滑道，11.刻度线，12.角度刻度，13.操作按钮，14.显示系统，15.铰，16.电动推杆，17.第四钢丝绳，18.第三钢丝绳，19.第二钢丝绳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

一种竖向钻孔内射孔钻取装置，包括可放置于竖向钻孔1内的金属空心筒2，空心筒2底部设有支撑部件4，空心筒2底部一侧开有开口，在开口内设有一端与空心筒2底部铰接连接的滑道10，使得滑道10可在开口处竖直面内上下转动，带钻头6的钻机设于滑道10上且钻机9可沿着滑道10滑动；钻机9钻头的一端与第一卷扬机3上的第一钢丝绳5连接，转动第一卷扬机通过第一钢丝绳5带动钻机9在滑道10上前进进行钻孔，钻机的另一端与第二卷扬机上的第二钢丝绳连接，转动第二卷扬机通过第二钢丝绳带动钻机在滑道上后退。在空心筒的顶部可设置支撑盖，在支撑盖上标有角度刻度12，在竖向钻孔1顶部表面设置零刻度标志，这边便于查看空心筒2旋转的角度，也便于确认开口相对于零刻度标志的旋转角度。此外，钻机的尺寸根据竖向钻孔的尺寸进行相应地调整。

该钻取装置通过支撑部件4对空心筒2进行支撑，滑道10作为钻机9移动的轨道，起到支撑作用，第一钢丝绳5带动钻机9前进进而带动钻头6在竖向钻孔内进行射孔的钻取，再由第二钢丝绳19带动钻机后退，实现对钻机9的收纳，便于对整个钻取装置的取出与放入，整个装置实现在竖向钻孔内射孔的钻取，而且只要转动空心筒2开口的设置方位，即可实现不同方向钻孔的钻取。

所述滑道10与第三卷扬机上的第三钢丝绳18连接，转动第三卷扬机通过第三钢丝绳18调整滑道相对于空心筒2底部的倾斜角度实现对钻机钻头相对于水平面倾斜角度的调整。

在所述第一钢丝绳5上设置滑轮7，滑轮7与连杆8的一端固定，连杆另一端与空心筒活动铰接，连杆8与第四卷扬机上的第四钢丝绳17连接，通过第四钢丝绳17实现对连杆8及滑轮7位置的限定，连杆8的作用是通过其前端的滑轮，第四钢丝绳17给钻机提供拉力，即使钻机9向前钻进的力尽可能与钻机前进方向平行，所以连杆8要尽可能长，且位置要尽可能贴近钻机9。滑道10的作用是为钻机9前进或后退提供通道，由于钻机9前后的钢丝绳在钻机前进和后退时所提供的拉力并不能与钻机行进方向平行，所以滑道10要在竖直方向上卡住钻机，以免钻机被提起。

所述滑轮7的位置设于钻机钻头6的上方，这样有效保证第一钢丝绳对钻机提供的是向前的作用力。

为了保证对钻机9、滑道10所提供拉力的稳定性，所述第一钢丝绳5绕过滑轮7后穿过所述的开口通过空心筒内部连接到第一卷扬机3，只要拉紧第一钢丝绳5，即可有效保证对钻机提供拉力的稳定性；

第二钢丝绳19绕过第二滑轮和设于空心筒2内的铰接点连接到第二卷扬机，第二滑轮固定于空心筒2内壁；第三钢丝绳18穿过空心筒2内部连接到第三卷扬机，传力速度快；所述的第一卷扬机3、第二卷扬机和第三卷扬机均固定于空心筒的顶部。

在钻机靠近空心筒的端部设置激光测距仪，激光测距仪用于测量钻机距离空心筒的距离，以近似确定钻头所钻钻孔的深度。

如图1和图3所示，钻机9左端的第一钢丝绳5的作用是将钻机拉出，并为钻机9提供钻进过程中向前的力，走向是钻机9左端→滑轮→平行于连杆方向→进入空心管的腔体→第一卷扬机；钻机右端的第二钢丝绳作用是在钻进中途更换钻头或钻进结束后将钻机缩回，走向是钻机右端→滑轮→进入空心管的腔体→第二卷扬机；连接连杆的第四钢丝绳17作用是使连杆绕铰转动，确定连杆的角度，走向是连杆→进入空心管的腔体→第四卷扬机；连接滑道的第三钢丝绳18作用是使滑道绕铰转动，确定滑道的角度，走向是滑道→进入空心管的腔体→第三卷扬机。连接连杆8和滑道10的钢丝绳用于改变钻进方向，实现斜向钻孔。

其中，所述滑道10上设置凸起，在钻机9的底部固定凹槽，凹槽设于底座上，底座与钻机可拆卸固定，凹槽与凸起配合从而带动钻机在滑道上移动。

在所述空心筒2外部设有刻度线11，通过该刻度线11可以调整支撑部件4的支撑高度，从而确定钻机9的设置高度。

所述支撑部件4为电动可伸缩部件，在空心筒2的顶部可设置控制系统，控制系统与支撑部件连接来控制支撑部件4的高度，控制系统与钻机9的遥控器连接，钻机9的遥控器用于控制钻机的打开与关闭，或者，控制系统通过电线与钻机的开关连接，由控制系统对钻机钻头的动作进行控制，控制系统包括有显示系统14，在显示系统14上设置操作按钮13对钻机的启停进行控制。

上述一种竖向钻孔内射孔钻取装置的使用方法，具体步骤如下：

步骤1)：在竖向钻孔1内放入空心筒2，打开支撑部件4对空心筒2的底部进行支撑；

步骤2)：转动第三卷扬机通过第三钢丝绳调整滑道的倾斜角度，转动第四卷扬机通过第四钢丝绳调整连杆的设置位置；

步骤3)：转动第一卷扬机通过第一钢丝绳5带动钻机9在滑道10上前进到待钻横向钻孔处；

步骤4)：控制钻机9的打开开关，钻机9带动钻头6进行作业，作业完成后，调整第二卷扬机第二钢丝绳19带动钻机9在滑道10上后退，收回钻机9和钻头6；

步骤5)：通过调整空心筒2开口的设置方向，重复步骤1)-步骤4)，实现多个方向射孔的钻取。

实施例2

一种竖向钻孔内射孔钻取装置，包括可放置于竖向钻孔内的空心筒，空心筒底部设有支撑部件，空心筒底部一侧开有开口，在开口内设有一端与空心筒底部铰接连接的滑道，带钻头的钻机设于滑道上且钻机可沿着滑道滑动；钻机的一端与设于空心筒底部的推进机构连接或者接触，推进机构动作带动钻机在滑道上前进进行钻孔，且钻机的该端部与第二卷扬机上的第二钢丝绳连接，转动第二卷扬机通过第二钢丝绳带动钻机在滑道上后退。

推进机构设于空心筒底部滑道的一侧，推进机构可以为电动推杆16，也可以是其他直线推动机构，电动推杆16的推杆在部分推出后可与钻机接触推动钻机前进，或者，电动推杆16的推杆与钻机的端部固定连接，这样电动推杆动作推动钻机前进或者带动钻机回退，即实现钻机钻孔和后退，当需要钻取斜向射孔时，可在空心筒底部设置倾斜的支撑板，尽量保证推杆与钻头在同一直线工作，若钻头需要斜向朝上钻孔，可以在电动推杆16的底部设置斜板，斜板的较低处靠近空心筒筒壁设置。

此外，为避免干涉钻机的工作，空心筒可以是半个空心筒，如图4所示。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。