水平定向钻机孔底钻具的研究与应用 - 文章

水平定向钻机孔底钻具的研究与应用

作者：徐工集团

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一、孔底钻具的组成与功能

１、导向孔施工

导向孔施工钻具具有钻孔、变向、通磁和输送钻液的功能。通过人机协调控制，严格按已设计的轨迹完成导向孔施工。钻孔施工是以高压钻液射流和钻头板切削共同完成的；钻头板以及安装板上的钻牙，在钻头旋转钻进时起辅助的切削作用，在钻杆推进时起变向作用；发射器容纳管用来放置发射器，在容纳管上开有通磁槽，并用非金属材料密封以防止高压钻液进入，发射器发射的电磁波经通磁槽向外发射。钻杆和钻头内部应提供足够大的通道以满足对钻液流量的需求。

钻具组成：钻杆、发射器容纳管和导向钻头

２、扩孔施工

钻具组成：钻杆、回扩头、旋转接头和回拉钻杆

当导向孔钻进完成后，卸下导向钻头、发射器容纳管，接上反向扩孔钻头和旋转接头，然后在旋转接头后接上回拉钻杆，进行回拉扩孔钻进。对直径较大的孔，可进行多次扩孔钻进，使钻孔直径逐渐扩大至尺寸要求。

３、回拉铺管施工

钻具组成：回拉钻杆、回扩头、旋转接头和拉管头

当扩孔钻进完成后，在回拉钻杆后接上回扩头和旋转接头，在旋转接头后接上拉管头和待铺设的管线进行反扩铺管。

二、主要钻具的研究与应用

１、钻杆

钻杆的质量是施工成功的关键，施工中钻杆的损坏将导致与钻杆连接的孔底钻具的丢失，无论是回扩头还是价格昂贵的泥浆马达、管线等。由于钻杆对ＨＤＤ施工技术的成功起着基础性的作用，所以近年来，钻杆制造商们不断采用先进技术致力于改进钻杆的结构，提高其性能和质量。

目前，ＨＤＤ钻杆主要分为整体式和焊接式两种结构形式。

摩擦焊接式钻杆实现了钻杆最佳结构组合，这就意味着为满足不同需要的、不同性能的材料能够被用来做钻杆的不同部位。磨擦焊接钻杆具有很高的机械性能、耐磨性能，而且重量轻、柔韧性好，可方便地实现不同形式的螺纹接头与不同规格的钢管的焊接组合。

摩檫焊接式钻杆的技术关键是焊接质量，如果焊接及热处理过程控制得当，摩擦焊接的连接强度应达到甚至高于母材本身强度。

为了保证焊接质量，国外制造商用于制造摩擦焊接钻杆的设备均采用先进的计算机监控和数据记录技术。通过监控系统确保每根钻杆所有焊接重要参数均按照预先给定的数值执行。也就是说，一批钻杆中的任何一根钻杆，均控制在严格的公差范围内，由计算机监控系统确保其焊接性能的一致性。而且通过单根钻杆试验测试，能够提供一批钻杆中的每根钻杆的完整的、可靠的性能数据。

焊后整体电磁感应热处理，是整个处理过程的重要阶段。近年来通过科研部门不断研究与试验，目前能够使得焊接后焊缝的机械性能达到甚至超过母材本身性能，包括耐久性能、焊接安全方面等。

为了提高螺纹表面硬度，防止螺纹本身产生任何可能的咬合，加工后的螺纹接头的表面，特别是螺纹部分都要进行渗氮处理。

用于制造钻杆的钢管采用高等级无缝钢管，且经过淬火和回火处理。

摩擦式焊接钻杆另一好处是，可以对钻杆内部钻液通道进行设计。其中螺纹接头内孔通道的设计充分考虑了尽量减少液体通过时的液压损失，特别是减少螺纹连接头部分造成的损失，能大大提高钻液系统的工作效率。

在螺纹接头设计上采用了切去顶端的、园锥型的螺纹设计，这种设计既能增加连接强度，又能在不用附加垫圈的帮助下起到很好的密封作用。

实践表明，要使用更强有力的孔底钻具和钻进设备，获得最大的钻孔直径和最小的曲率半径，就需要特殊设计的高品质的钻杆以满足施工要求。

２、导向钻进钻具组合

（１）通用型

组成：通用探测装置容纳器、变向钻头体和板式切削刀具。

通常用于中软土壤和回填土层施工，可更换硬地型钻头牙齿，用于硬地层的施工，包括硬土、岩土、砾石和软岩层。

（２）硬地层型

组成：通用探测装置容纳器、带弯曲式喷射管和
（ａ）可分开的喷射头，适用于在软土层可控喷射施工；
（ｂ）岩石钻头，适用于混合层钻进，在坚硬的部分允许岩石钻头旋转钻进。

（３）软岩层型

组成：通用探测装置容纳器、锤体、锤头

适用于在硬地面和软岩层中进行高穿透钻进和转向

（４）岩石型

组成：通用的探测装置容纳器、转换接头、泥浆马达、岩石钻头

适用于岩石层钻进施工

３、回扩钻进用钻具

（１）带长槽的回扩头

特点：

３０度锥体形状，有利于高效率的切削和挤压土壤；可获得多种螺纹和背端连接形式；向前和向后喷射钻液的喷嘴为可换式；ＴＣ岩石牙齿；凹槽体用来高效率排除钻屑；标准尺寸８＂（２００ｍｍ）一２０＂（５００ｍｍ）
适用于普遍的工程条件，在中密度粘土、砾泥粘土和含岩土壤（砾石、鹅卵石等）中施工，兼有飞旋刀式切割器和锥形挤扩器的复合功能，具有很高的施工效率。

安装ＴＣ岩石切削牙齿，可提高切削作用。普遍适用于中等硬度土层，特别适合在硬土和岩石土层中施工。

（２）飞旋刀式回扩器

特点：

开放式钻体，３０度锥型切削臂，与挤压式相比具有极好的排屑和混合的作用。

是一种独特地万能回扩器，在沙地、软土层、粘土层和混凝料中施工具有极好的性能，可有效的使泥浆与土壤混合成流动的混合物，具有理想的排屑和强大的混合作用。标准尺寸８＂（２００ｍｍ）一２０＂（５００ｍｍ）。

（３）旋桶式回扩器

特点：

适合于中大型钻机；开放式钻体，三臂式设计，具有高效率的切削和排屑能力。可更换岩石切削牙齿，可更换的向前和向后喷嘴，标准尺寸１２＂（３００ｍｍ），焊接符合ＡＰＩ工业标准５Ｃ６。

一般用于，破碎黏土型土壤优于挤压式，这种飞刀具有卓越的切削和排屑特性，常常与桶式回扩器一起使用。

（４）桶式回扩器

特点：

适合于中大型钻机。３０度前后锥体；可更换的岩石切削牙齿；前后端均带有可更换的喷嘴；标准尺寸１２＂（３００ｍｍ）。

桶式回扩器在黏土、砾泥、混凝料和岩土中施工具有极好的切削和挤压性能，主要用于挤压土壤（软黏土、泥炭土），在土壤中挤扩出洞孔并保持。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/2/2004)


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