一种水平定向钻用引射器式反循环扩孔器及系统技术方案

本发明专利技术提供一种水平定向钻用引射器式反循环扩孔器及系统，包括本体、环设于所述本体的若干牙轮钻头、设于所述本体前端的扩径段和设于所述本体后端的扩散管，所述扩径段的前端设有扩孔器头部，所述扩孔器头部用于通过一钻杆向前与泥浆泵连接，所述扩散管用于通过另一钻杆向后与出土端泥浆池连接，所述扩径段的侧壁上环设有与外界连通且与所述牙轮钻头一一对准的若干清洗喷孔，所述扩径段的后端设有喷嘴，所述扩径段与所述本体之间设有与外界连通的若干吸渣孔，所述本体内设有与所述扩散管连通的混合管，所述吸渣孔和所述喷嘴与所述混合管连通。

【技术实现步骤摘要】
一种水平定向钻用引射器式反循环扩孔器及系统
本专利技术涉及水平定向钻
，尤其涉及一种水平定向钻用引射器式反循环扩孔器。
技术介绍
近年来，在西气东输二线、川气东送等国家重点管道建设工程中，大口径管道施工逐渐增多，水平定向钻技术被日益广泛地用于大口径管道敷设工程。当前大口径水平定向钻扩孔施工一般采用正循环扩孔，即扩孔器在破碎岩石时，由地表通过钻杆泵入的高压泥浆经扩孔器水眼进入钻孔，清洗、冷却及润滑扩孔器后将切削下来的钻屑冲离破碎面并携带钻屑沿钻孔与钻杆之间的环空返回地表泥浆池内。水平定向钻正循环扩孔时，随着铺设管道直径增加，钻孔直径增大，环空泥浆流速显著降低。在低环空泥浆流速下，扩孔岩屑易于沉积在钻孔底部形成岩屑床，急剧降低岩屑运移效率。岩屑堆积可能造成钻杆因扭矩过大而断裂、管道因回拖力过大而被破坏等事故，严重影响工期，增加施工成本。相较于传统的泥浆正循环方式，反循环技术改变泥浆循环方向，携带岩屑的泥浆从环空进入钻杆后返回地表，可大幅度提高岩屑运移效率，减少环空岩屑在钻孔底部的堆积。反循环技术已成功应用于石油钻井、水文水井钻探、岩心钻探及桩基工程等领域，并产生了良好的经济效益，但尚未应用于水平定向钻领域。因此，研究设计一种水平定向钻反循环扩孔器，对推动反循环技术在水平定向钻领域的应用、提高水平定向钻扩孔施工效率显得至关重要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种水平定向钻用引射器式反循环扩孔器及系统。本专利技术的实施例提供一种水平定向钻用引射器式反循环扩孔器，包括本体、环设于所述本体的若干牙轮钻头、设于所述本体前端的扩径段和设于所述本体后端的扩散管，所述扩径段的前端设有扩孔器头部，所述扩孔器头部用于通过一钻杆向前与泥浆泵连接，所述扩散管用于通过另一钻杆向后与出土端泥浆池连接，所述扩径段的侧壁上环设有与外界连通且与所述牙轮钻头一一对准的若干清洗喷孔，所述扩径段的后端设有喷嘴，所述扩径段与所述本体之间设有与外界连通的若干吸渣孔，所述本体内设有与所述扩散管连通的混合管，所述吸渣孔和所述喷嘴与所述混合管连通。进一步地，所述本体前端向后凹设有吸入室，所述吸入室与所述混合管连通，所述喷嘴向后伸入所述吸入室内，所述吸渣孔通过与所述吸入室连通而与所述混合管连通。进一步地，所述扩径段和所述本体之间设有一圈缓冲部，所有所述吸渣孔与所述缓冲部连接，且所述缓冲部位于所述吸渣孔的斜前端；所述缓冲部包括自所述扩径段表面向内凹进的凹陷部，所述凹陷部的底部为弧形。进一步地，所述吸入室包括前后设置且相互连接的圆柱段和锥台段，所述喷嘴穿过所述圆柱段伸入所述锥台段，所述锥台段的末端连接所述混合管，所述吸渣孔连通所述圆柱段。进一步地，所述喷嘴为由前至后口径逐渐收缩的锥台结构，所述清洗喷孔各处的孔径相同，所述清洗喷孔相对所述扩径段的轴线向后倾斜，所述吸渣孔相对所述扩径段的轴线向前倾斜，相互对应的所述清洗喷孔和所述吸渣孔构成“八”字形；所述吸渣孔各处的孔径相同，所述混合管各处的孔径亦相同，且所述吸渣孔的孔径小于所述混合管的管径；所述扩散管为由前至后口径逐渐增大的锥台结构。进一步地，所述本体包括圆周均匀的均匀部和圆周渐变的渐变部，所述均匀部与所述渐变部前后设置且相互连接，所述渐变部的外径由前至后逐渐变小，所述均匀部的前端边沿向后倾斜，所述牙轮钻头均匀的分布于所述边沿，所述牙轮钻头为圆锥结构，每一所述牙轮钻头的底面与所述边沿相互平行，且所述牙轮钻头的底面的最外侧与所述均匀部的圆周平齐，所述渐变部的末端连接所述扩散管。进一步地，所述扩径段具有加厚侧壁，所述清洗喷孔贯穿所述加厚侧壁连通外界与所述扩径段内部，所述扩孔器头部的内径与所述扩径段的内径相同，所述扩径段的外径大于所述扩孔器头部的外径，同时小于所述均匀部的外径，所述扩径段与所述扩孔器头部一体成型，所述均匀部、所述渐变部和所述扩散管一体成型。进一步地，所述扩孔器头部、所述扩径段、所述喷嘴、所述混合管和所述扩散管共轴线。本专利技术的实施例提供一种水平定向钻用引射器式反循环扩孔系统，包括权上述的水平定向钻用引射器式反循环扩孔器，还包括钻孔、泥浆泵和与所述泥浆泵通过高压胶管连接的水平定向钻机，所述泥浆泵用于抽取工作泥浆，所述水平定向钻用引射器式反循环扩孔器位于所述钻孔内，所述钻孔靠近所述水平定向钻机的一端设有用于提供环空泥浆的入土端泥浆池，远离所述水平定向钻机的一端设有用于回收所述工作泥浆的出土端泥浆池，所述水平定向钻用引射器式反循环扩孔器的前端通过一钻杆连接所述水平定向钻机，其后端通过另一钻杆连接所述出土端泥浆池。进一步地，所述扩径段直径小于即将被扩孔的所述钻孔的直径。本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本专利技术所述的水平定向钻用引射器式反循环扩孔器及系统使所述牙轮钻头切削产生的岩屑通过与所述水平定向钻用引射器式反循环扩孔器的后端所连接的所述钻杆返回地表的所述土端泥浆池，由于所述钻杆直径远小于钻孔直径，携带岩屑的泥浆在钻杆内可以轻松获得高流速，使得大颗粒岩屑容易排出，减少环空岩屑在钻孔底部的堆积，大幅提高岩屑运移效率，解决了大直径水平定向钻环空泥浆流速低，岩屑沉积的难题。(2)本专利技术所述的水平定向钻用引射器式反循环扩孔器及系统使得扩孔产生的岩屑通过所述水平定向钻用引射器式反循环扩孔器的后端所连接的所述钻杆排出，由于钻杆直径较小，携带岩屑的泥浆在钻杆内流速较高，降低了其对泥浆悬浮性能的要求，故对泥浆性能要求较低。(3)本专利技术所述的水平定向钻用引射器式反循环扩孔器及系统的所述扩径段直径较大但小于即将被扩孔的所述钻孔的直径，可有效降低清洗喷孔射流在环空中的能量损失，增强钻头清洗效果，同时可降低切削岩屑向环空迁移的可能，在一定程度上将切削产生的岩屑封闭在所述扩径段与所述本体之间间，促使岩屑被所述吸渣孔抽吸而进入环扩孔器内，提高环空岩屑运移效率。附图说明图1是本专利技术水平定向钻用引射器式反循环扩孔器的示意图；图2是本专利技术水平定向钻用引射器式反循环扩孔系统的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。请参考图1和图2，本专利技术的实施例提供了一种水平定向钻用引射器式反循环扩孔器6，用于对钻孔进行扩孔作业，主要包括本体20、环设于所述本体20的若干牙轮钻头12、设于所述本体20前端的扩径段11和设于所述本体20后端的扩散管18。所述牙轮钻头12在扩孔的过程中用于切削岩土，在切削岩土的过程中会产生岩屑。所述扩径段11的前端设有扩孔器头部9，所述扩孔器头部9用于通过一钻杆5向前与泥浆泵1连接，所述扩散管18用于通过另一钻杆7向后与出土端泥浆池8连接。请参考图1，所述扩孔器头部9的内径与所述扩径段11的内径相同，所述扩径段11具有加厚侧壁19，从而使所述扩径段11的外径大于所述扩孔器头部9的外径，所述加厚侧壁19的外表面与所述扩孔器头部9的外表面弧形连接。若干清洗喷孔10贯穿所述加厚侧壁19连通外界与所述扩径段11内部，所述清洗喷孔10各处的孔径相同，所述清洗喷孔10相对所述扩径段11的轴线向后倾斜。所述扩径11段的后端设有喷嘴，所述喷嘴包括前后设置且相互连接的喷嘴收缩段14和嘴部15，所述喷嘴收缩段14为由前至后口径逐渐收缩的锥台结构，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水平定向钻用引射器式反循环扩孔器，其特征在于：包括本体、环设于所述本体的若干牙轮钻头、设于所述本体前端的扩径段和设于所述本体后端的扩散管，所述扩径段的前端设有扩孔器头部，所述扩孔器头部用于通过一钻杆向前与泥浆泵连接，所述扩散管用于通过另一钻杆向后与出土端泥浆池连接，所述扩径段的侧壁上环设有与外界连通且与所述牙轮钻头一一对准的若干清洗喷孔，所述扩径段的后端设有喷嘴，所述扩径段与所述本体之间设有与外界连通的若干吸渣孔，所述本体内设有与所述扩散管连通的混合管，所述吸渣孔和所述喷嘴与所述混合管连通。

【技术特征摘要】
1.一种水平定向钻用引射器式反循环扩孔器，其特征在于：包括本体、环设于所述本体的若干牙轮钻头、设于所述本体前端的扩径段和设于所述本体后端的扩散管，所述扩径段的前端设有扩孔器头部，所述扩孔器头部用于通过一钻杆向前与泥浆泵连接，所述扩散管用于通过另一钻杆向后与出土端泥浆池连接，所述扩径段的侧壁上环设有与外界连通且与所述牙轮钻头一一对准的若干清洗喷孔，所述扩径段的后端设有喷嘴，所述扩径段与所述本体之间设有与外界连通的若干吸渣孔，所述本体内设有与所述扩散管连通的混合管，所述吸渣孔和所述喷嘴与所述混合管连通。2.如权利要求1所述的水平定向钻用引射器式反循环扩孔器，其特征在于：所述本体前端向后凹设有吸入室，所述吸入室与所述混合管连通，所述喷嘴向后伸入所述吸入室内，所述吸渣孔通过与所述吸入室连通而与所述混合管连通。3.如权利要求2所述的水平定向钻用引射器式反循环扩孔器，其特征在于：所述扩径段和所述本体之间设有一圈缓冲部，所有所述吸渣孔与所述缓冲部连接，且所述缓冲部位于所述吸渣孔的斜前端；所述缓冲部包括自所述扩径段表面向内凹进的凹陷部，所述凹陷部的底部为弧形。4.如权利要求2所述的水平定向钻用引射器式反循环扩孔器，其特征在于：所述吸入室包括前后设置且相互连接的圆柱段和锥台段，所述喷嘴穿过所述圆柱段伸入所述锥台段，所述锥台段的末端连接所述混合管，所述吸渣孔连通所述圆柱段。5.如权利要求1所述的水平定向钻用引射器式反循环扩孔器，其特征在于：所述喷嘴为由前至后口径逐渐收缩的锥台结构，所述清洗喷孔各处的孔径相同，所述清洗喷孔相对所述扩径段的轴线向后倾斜，所述吸渣孔相对所述扩径段的轴线向前倾斜，相互对应的所述清洗喷孔和所述吸渣孔构成“八”字形；所述吸渣孔各处的孔径相同，所述混合管各处的孔径亦相同，且所述吸渣孔的孔径小于所述混合管的管径；所述扩散管...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾聪，董顺，李志杰，马保松，闫雪峰，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42