一种喀斯特地形防卡钻的水平定向钻扩孔钻头及钻孔方法与流程

本发明属于喀斯特地形钻孔，具体涉及一种喀斯特地形防卡钻的水平定向钻扩孔钻头及钻孔方法。

背景技术：

1、由于不用破坏地表、施工效率高、经济性好、污染少等优点，非开挖技术越来越受到人们的重视，目前在石油天然气管道输送领域，国内外较多的采用水平定向钻进法进行管道铺设，越来越多的在一些大口径如污水管、暖气管等的铺设中得到应用。

2、在西南山区，广泛分布着喀斯特地质，对于这种地质条件，最突出的特点就是软质岩与硬质岩互层分布，在这种特殊的喀斯特地质条件下施工水平定向钻，尤其是大口径的水平定向钻时，传统的水平定向钻技术的不足之处逐步凸显出来，其扩孔钻头往往会在软质岩与硬质岩相接位置卡顿，在反复回拖拉拽作用下也不易拔出，甚至导致扩孔位置偏移过大，与地面开挖施工技术相比，水平定向穿越技术地下工程一旦失败，再次施工时，成本和风险会更大。因此，在西南山区喀斯特地质条件下施工大口径水平定向钻，急需解决上述缺陷。

技术实现思路

1、为了解决现有技术存在的上述问题，本方案提供了一种喀斯特地形防卡钻的水平定向钻扩孔钻头及钻孔方法。

2、本发明所采用的技术方案为：

3、用于喀斯特地形的水平定向钻扩孔钻头的防卡钻方法，包括以下步骤：

4、s1：选定匹配于钻孔孔径的水平定向钻的扩孔钻头，该扩孔钻头由钻杆穿过；该扩孔钻头的前侧设置有纵向辅助隔板及横向辅助环；多个纵向辅助隔板环布在扩孔钻头中心管的外周；纵向辅助隔板的前端呈锥形，使扩孔钻头的前端前突，纵向辅助隔板的前端角度不大于25°；相邻纵向辅助隔板之间连接有横向辅助弧片，多个横向辅助弧片分布形成横向辅助环；

5、s2：根据钻杆的旋转速度实时调节泥浆配比，以保证泥浆的流动性。

6、作为上述防卡钻方法的备选或补充：所述扩孔钻头的前部设置有前加固环，中心管穿过所述前加固环的环心；在中心管与前加固环之间设置有若干沿前加固环径向方向设置的前扶正板；所述纵向辅助隔板设置在前加固环前面，并与前扶正板对应布置。

7、作为上述防卡钻方法的备选或补充：所述纵向辅助隔板一侧焊接在中心管上，纵向辅助隔板的另一侧焊接在前扶正板上，在所述纵向辅助隔板后部设置环形的横向辅助环。

8、作为上述防卡钻方法的备选或补充：纵向辅助隔板外侧的斜边与中心管的管壁相交处的角度不大于25°。

9、作为上述防卡钻方法的备选或补充：所述泥浆在保证流动性的基础上，选用自身重度最大的配比方案，以提高注浆压力。

10、作为上述防卡钻方法的备选或补充：所述钻杆旋转钻进过程中，在卡钻处进行反向减速回拖，然后正向加速钻进，以增大扩孔钻头的通过概率。

11、作为上述防卡钻方法的备选或补充：水平定向钻的扩孔钻头包括箱体、牙轮、牙掌、前扶正板、前加固环、后扶正板、所述中心管、所述纵向辅助隔板和所述横向辅助环；所述箱体呈圆盘状，并设置于中心管的后部，中心管穿过箱体的中心；所述箱体的外周侧的前沿处设置有多个牙掌，每个牙掌处均转动连接有一个牙轮；前加固环设置于所述扩孔钻头的前部，中心管穿过所述前加固环的环心；多个前扶正板环形分布在中心管的外周，并连接于中心管与前加固环之间；所述纵向辅助隔板设置在前加固环前面，并与前扶正板对应布置；横向辅助环设置于纵向辅助隔板的后部，并包括多个横向辅助弧片，横向辅助弧片连接于相邻两个纵向辅助隔板之间。

12、作为上述防卡钻方法的备选或补充：所述牙掌与牙轮通过轴承连接，牙轮可以在牙掌上面自由转动。

13、作为上述防卡钻方法的备选或补充：箱体内部设置空腔，箱体内部的空腔和中心管内部的管腔连通。

14、作为上述防卡钻方法的备选或补充：纵向辅助隔板与中心管之间、纵向辅助隔板与前扶正板之间、横向辅助环与纵向辅助隔板之间均采用双面焊接方式相连；横向辅助环设置在纵向辅助隔板的后部，横向辅助环与纵向辅助隔板的连接处位于纵向辅助隔板外侧斜边距离中心管三分之一的位置。

15、本发明的有益效果为：用于喀斯特地质条件大口径水平定向钻卡钻处理的牙轮扩孔钻头辅助装置，充分考虑喀斯特地层的岩性特点，通过在牙轮扩孔钻头上增加纵向辅助隔板及横向辅助环的方法，改变前加固环在较薄相对软岩层卡顿时的受力特点，使牙轮扩孔钻头在硬质岩夹薄层软质岩地层里面能顺利通过。这种用于喀斯特地质条件大口径水平定向钻卡钻处理的牙轮扩孔钻头辅助装置结构简单，制造成本低，能够实现在喀斯特地区特殊的地质条件下，减小水平定向钻扩大钻头卡钻概率，提高扩孔效率的优点。

16、本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

技术特征：

1.用于喀斯特地形的水平定向钻扩孔钻头的防卡钻方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的防卡钻方法，其特征在于：所述扩孔钻头的前部设置有前加固环(6)，中心管(1)穿过所述前加固环(6)的环心；在中心管(1)与前加固环(6)之间设置有若干沿前加固环(6)径向方向设置的前扶正板(5)；所述纵向辅助隔板(8)设置在前加固环(6)前面，并与前扶正板(5)对应布置。

3.根据权利要求2所述的防卡钻方法，其特征在于：所述纵向辅助隔板(8)一侧焊接在中心管(1)上，纵向辅助隔板(8)的另一侧焊接在前扶正板(5)上，在所述纵向辅助隔板(8)后部设置环形的横向辅助环(9)。

4.根据权利要求1所述的防卡钻方法，其特征在于：纵向辅助隔板(8)外侧的斜边与中心管(1)的管壁相交处的角度不大于25°。

5.根据权利要求1所述的防卡钻方法，其特征在于：所述泥浆在保证流动性的基础上，选用自身重度最大的配比方案，以提高注浆压力。

6.根据权利要求1所述的防卡钻方法，其特征在于：所述钻杆(10)旋转钻进过程中，在卡钻处进行反向减速回拖，然后正向加速钻进，以增大扩孔钻头的通过概率。

7.根据权利要求1所述的防卡钻方法，其特征在于：水平定向钻的扩孔钻头包括箱体(2)、牙轮(3)、牙掌(4)、前扶正板(5)、前加固环(6)、后扶正板(7)、所述中心管(1)、所述纵向辅助隔板(8)和所述横向辅助环(9)；所述箱体(2)呈圆盘状，并设置于中心管(1)的后部，中心管(1)穿过箱体(2)的中心；所述箱体(2)的外周侧的前沿处设置有多个牙掌(4)，每个牙掌(4)处均转动连接有一个牙轮(3)；前加固环(6)设置于所述扩孔钻头的前部，中心管(1)穿过所述前加固环(6)的环心；多个前扶正板(5)环形分布在中心管(1)的外周，并连接于中心管(1)与前加固环(6)之间；所述纵向辅助隔板(8)设置在前加固环(6)前面，并与前扶正板(5)对应布置；横向辅助环(9)设置于纵向辅助隔板(8)的后部，并包括多个横向辅助弧片，横向辅助弧片连接于相邻两个纵向辅助隔板(8)之间。

8.根据权利要求7所述的防卡钻方法，其特征在于：所述牙掌(4)与牙轮(3)通过轴承连接，牙轮(3)可以在牙掌(4)上面自由转动。

9.根据权利要求7所述的防卡钻方法，其特征在于：箱体(2)内部设置空腔，箱体(2)内部的空腔和中心管(1)内部的管腔连通。

10.根据权利要求7所述的防卡钻方法，其特征在于：纵向辅助隔板(8)与中心管(1)之间、纵向辅助隔板(8)与前扶正板(5)之间、横向辅助环(9)与纵向辅助隔板(8)之间均采用双面焊接方式相连；横向辅助环(9)设置在纵向辅助隔板(8)的后部，横向辅助环(9)与纵向辅助隔板(8)的连接处位于纵向辅助隔板(8)外侧斜边距离中心管(1)三分之一的位置。

技术总结
本发明属于喀斯特地形钻孔技术领域，具体涉及一种喀斯特地形防卡钻的水平定向钻扩孔钻头的钻孔方法，包括以下步骤：在水平定向钻的扩孔钻头的前侧设置有纵向辅助隔板及横向辅助环；多个纵向辅助隔板环布在扩孔钻头中心管的外周；相邻纵向辅助隔板之间连接有横向辅助弧片，多个横向辅助弧片分布形成横向辅助环；根据钻杆的旋转速度实时调节泥浆配比。本发明在牙轮扩孔钻头上增加纵向辅助隔板及横向辅助环，改变前加固环在较薄相对软岩层卡顿时的受力特点，弥补扩孔钻头前加固环的形状突变，使扩孔钻头更加趋于流线型，在优化钻杆旋转速度和泥浆配比之后，提高了扩孔钻头通过喀斯特地层的概率，有利于在西南山区喀斯特地层推广使用。

技术研发人员：王勇,夏真德,范光昌,张家放,卢静,龙润玥,刘涛,焦子秋
受保护的技术使用者：中铁五局集团贵州工程有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15