[发明专利]高精度大口径水平孔钻进方法

说明书

本发明为高精度大口径水平孔钻进方法，主要应用于国防、地质、水利及市政等工程领域需要高精度水平孔钻进，高精度水平管道安装穿越等施工应用中，(1)精准定位；(2)固结钻机；(3)导向孔钻进：①导向孔稳直钻进—导向孔稳直钻具组合；②导向孔纠斜钻进—纠斜钻具组合；③导向孔直孔钻进—直孔钻具组合；(4)导向孔轴线检测—每钻进2～3m左右后提钻对导向孔裸孔进行轴线检测；(5)精确测量钻孔全部轴线，计算出钻孔轴线总偏差，对钻孔轴线偏差超标部位采用潜孔锤冲击纠偏钻进方法进行局部强力纠编或局部扩孔后予以修正；(6)同轴线扩孔钻进。本发明具有钻进效率高、水平孔直线度水平度精度较高的优势。

技术领域

本发明主要应用于国防、地质、水利及市政等工程领域需要高精度水平孔钻进，高精度水平管道安装穿越等施工应用中。

背景技术

现有对于公路、铁路及江河的管道穿越工程均采用人工开挖或非开挖钻机系列先钻孔后拖管穿越方式进行。该类方法的钻孔轨迹均为曲线型或部分直线型，它们不能完成对水平孔两端有精确对心要求且基本为直线型的水平孔钻孔施工。

经查询相关文献表明，国内主要有如下一些管道穿越工程方面的专利及相关文献报道。

河南省水利第二工程局薛波介绍了DN1016mm大口径输水管道在沙颍河复杂地质条件下定向钻穿越的设计方法和施工方案。钻导向孔：沙颍河穿越采用联合控向技术，即采用两套控向系统，一套精度高、受干扰小的CDY-2型有线地磁控向系统和一套GL600无线控向系统，使钻导向孔施工具有双保险，如遇地磁控向系统无信号或受干扰时，即可用无线控向系统完成接下来的控向工作。在导向孔钻进过程中，严格按设计给出的轨迹曲率半径进行。在钻进过程中，还应注意每根钻杆的折角，折角不宜过大，以免造成钻孔不够平滑，影响回拖。纠偏应遵循小幅、多次的原则，不能操之过急而矫枉过正。钻导向孔的钻具组合为：9-5/8三牙轮钻头+Φ172造斜短节+无线探头仓+无磁钻铤+有线探头仓+无磁钻铤+Φ140钻杆。扩孔及洗孔：水平定向钻管道穿越工程的终孔直径一般为管道外径的1.20～1.50倍，考虑到地层性质，沙颍河终孔直径确定为1400mm。为解决扩孔时扭矩大的问题，可采用较多的扩孔级数以减少每一级扩孔的扭矩。沙颍河穿越工程共分七级扩孔，每级扩孔的直径分别为：500mm，650mm，800mm，950mm，1100mm，1250mm和1400mm。扩孔结束后，根据扩孔扭矩、拉力和返浆情况进行1～2次Φ1400洗孔。扩孔的钻具组合为：Φ140钻杆+挤扩式扩孔器。回拖：管线回拖时，需采用适宜的措施控制管段的浮力以减少摩擦阻力。回拖过程应连续施工，回拖速度均匀，避免造成孔内压力激动。回拖的钻具组合为：Φ140钻杆+Φ1250挤扩式扩孔器+分动器+Φ1016管线。

中油辽河工程有限公司晏金龙采用定向钻穿越设计、处理卵砂层方法、导向孔钻进、扩孔、回拖、泥浆配置等技术进行了西气东输二线府河大口径、长距离、入土端含卵砂石条件下的水平定向钻穿越设计与施工的研究。其中，导向孔钻进：(1)选用牙轮钻头进行钻进。钢套管中每10m设置一处扶正套管，确保钻杆与钢套管的同心度。控向系统采用精度高、偏差小的SHAREWELL。通过地表接收器接收无线探头内发出的信号，确定钻头位置，监控钻孔曲线。(2)钻进过程中，实时绘制钻进曲线，当发现钻进轨迹偏移设计轨迹时，及时调整钻进方向。(3)为防止抱死，采用DN250钢套管，加强钻杆强度，并每隔100m安装喷浆短节，增加钻杆和钻孔之间的润滑。扩孔及洗孔：府河穿越段管线采用D1219×22mmX80材质直缝埋弧焊钢管，导向孔孔径需要扩至1.8m。扩孔过程中严格控制牙轮的使用时间和钻进长度，防止牙轮掉落在孔洞中。扩孔时，每扩完一根钻杆，钻机端卸下一根钻杆，出土端便安装一根钻杆，如此反复，完成扩孔8次以上，达到1.8m孔径。每完成一次扩孔，需要采用小一级的扩孔器洗孔，然后继续加大一级扩孔，直至完成扩孔。