[发明专利]潜孔工具腿的保持方法和设备

说明书

技术领域

本公开内容的实施方式总体上涉及水平定向钻凿的扩孔钻。更具体地，本公开内容的实施方式涉及用以最小化安装在定向钻凿的扩孔钻上的切割腿组件的运动的方法和设备。

背景技术

水平定向钻凿(“HDD”)是以大体水平的轨道从一个表面位置到另一个表面位置定向钻凿出地下钻孔的过程。通常，HDD操作被公用事业行业采用，用以在已存在的建筑下面产生地下公用管道，但是需要大体水平钻孔的任何应用都可采用HDD。通常，HDD钻孔被钻凿成横穿河流、公路、建筑物或“明挖(cut and cover)”方法在成本上是不允许的或要不然就是不恰当的任何其他建筑。

在典型的HDD操作期间，水平钻凿机在称为钻柱的一系列螺纹连接起来的管的端部处将钻头驱动进入地下。由于操作是大体水平的，所以钻凿机通过钻柱向钻头提供旋转(钻头上的转矩)和轴向(钻头上的重量)力。随着钻头行进穿过地层，额外长度的钻管被加入，以增加钻柱的长度。当钻柱在较长的长度上柔韧性增加时，钻柱可在预定的方向被偏置，以引导所附接的钻头的路径。因此，钻凿为“定向的”，这在于在钻柱的端部处的钻头的路径可被改变以沿特定的轨道或被改变以避免地下障碍物。

典型地，HDD操作利用上述技术以从第一表面位置钻凿出小的“导向”孔而开始。由于关于最终所期望的钻孔的直径减小的尺寸，相比全规格的孔，更容易定向钻凿出导向孔。而且，导向钻头尺寸的减小允许与利用全规格的钻头可能进行的相比更容易地改变轨道。在导向孔的末端，钻柱出现于第二表面位置，其中导向钻头被移除且回拉扩孔钻组件被安装。通常，回拉扩孔钻组件为稳定的打孔机，该稳定的打孔机随着其通过导向孔从第二表面位置轴向拉回到第一表面位置而旋转。在导向孔的钻凿期间向导向钻头提供旋转和轴向推力的钻凿机在回拉扩孔期间通过钻柱而向回拉扩孔钻提供旋转和轴向张力。

现参考图1A-1C，显示了安装在回拉扩孔钻上的切割腿组件12的侧视图，示出了在操作期间施加在切割腿组件12上的负载。在HDD操作期间，在将切割腿组件12固定到扩孔钻主体6的接纳部10的保持布置结构(比如焊缝)中可能出现应力和断裂。如所示的，由于旋转切割刀具本体16上的切割刀具和正被钻凿的钻孔之间的接触，在切割腿组件12上施加了正常的切割负载“C”。此外，在每转期间整个扩孔钻的自重(某些扩孔钻可能重达12,000磅或更多)和操作期间的振动相结合形成了引起腿在接纳部内运动的动态负载“D”。当扩孔钻在钻孔内旋转且切割腿组件移动得与钻孔接触以及脱离接触时，在扩孔钻的一转期间，动态负载D(以及所产生的应力)从最小值变化到最大值并再次变化到最小值至少一次。

动态负载D可典型集中于旋转切割刀具本体16(锥体)附接到切割刀具腿14所在的区域，这是因为旋转切割刀具本体16附接到切割刀具腿14所在的区域离钻孔的壁最近(由于切割刀具本体16在径向方向的突出)。如图1B所示，随着动态负载D被施加，接纳部的前边缘作为支点“F”，而切割腿组件12的后端在大体垂直于扩孔钻的轴线1的方向上或在径向方向上被推动离开或抬离接纳部10。切割腿组件12在接纳部10内的这一运动使保持方法引起应力。如图1C所示，在焊接后的扩孔钻中，在焊缝位置“W”处观察到裂纹。焊缝的应力及随后的断裂典型可开始于切割腿组件12的后部(与切割刀具本体16相对的那端)，并且切割腿组件12与接纳部的分离在这一位置可能是最高的。

因此，存在对于减少扩孔钻主体和切割腿组件之间的焊缝断裂的方法和设备的需要。

发明内容

在一方面，本文公开的实施方式涉及一种回拉扩孔钻，包括：驱动杆，所述驱动杆被构造成支撑扩孔钻主体，所述扩孔钻主体包括多个接纳部；以及多个切割腿组件，所述多个切割腿组件与多个接纳部形锁合(positive locking engagement)，以限制切割腿组件的径向运动。

在其他方面，本文公开的实施方式涉及一种将切割腿组件固定到回拉扩孔钻的扩孔钻主体的方法，所述方法包括：将切割腿组件插入形成在扩孔钻主体中的相应的接纳部中；形状锁定(positive locking)切割腿组件和相应的接纳部，以限制切割腿组件的径向运动；以及将切割腿组件焊接到相应的接纳部。