一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法技术

本发明专利技术公开了一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法，属于油气管道水平定向钻穿越及油气钻采技术领域，一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法，可以实现对穿越地形的勘探分析后确定松散地层区域，在现有的钻杆上配备上相应数量的伸缩式定形棒，在钻孔至松散地层区域后通过竖直向上发射伸缩式定形棒的方式，使得伸缩式定形棒深入上层地形中触发展开定形动作，从伸缩式定形棒上向周围区域延伸出多个定形触手，提高对地层的抓附力，从而实现对松散地层的上下区域进行有效连接，提高钻孔孔壁的稳定性，显著降低塌孔风险，并且在扩孔回拖管线时提高管线附近的地层强度，降低管线沉降风险，大大提高施工的安全性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法
本专利技术涉及油气管道水平定向钻穿越及油气钻采
，更具体地说，涉及一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法。
技术介绍
水平定向钻机是在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机械，它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等柔性管线铺设施工中，它适用于沙土、粘土、等地况，地下水位较高及卵石地层不适宜我国大部分非硬岩地区都可施工。工作环境温度为-15℃～+45℃。水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点，广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。水平定向钻进设备，在十几年间也获得了飞速发展，成为发达国家中新兴的产业。其发展趋势正朝着大型化和微型化、适应硬岩作业、自备式锚固系统、钻杆自动堆放与提取、钻杆连接自动润滑、防触电系统等自动化作业功能、超深度导向监控、应用范围广等特征发展。该种设备一般适用于管径φ300～φ1200mm的钢管、PE管，最大铺管长度可达1500m，适应于软土到硬岩多种土壤条件，应用前景广阔。目前，对于直径400mm以上穿越管线的水平定向钻施工工艺分为钻导向孔、扩孔和回拖三个阶段，即先采用水平定向钻机沿设计轨迹钻一条导向孔；然后，在出土端将钻杆与扩孔器连接，钻机牵引钻杆，钻杆带动扩孔器沿穿越轨迹逐级扩大钻孔，每级扩孔约150mm，直至钻孔孔径达到待穿越管线外径的1.5倍或大于管线外径300mm；最后，在出土端用钻杆连接穿越管线，将穿越管线拖入钻孔内完成管道敷设。但是在钻孔、扩孔和回拖阶段，钻孔孔壁仅靠液态的泥浆支撑，对于松散地层很难长时间保持钻孔孔壁稳定，而分级扩孔又会增加对地层的扰动，延长钻孔自稳的时间，增加塌孔所导致的穿越失败的风险，同时在穿越过程中，现有技术中仅采用泥浆起携带钻屑和稳定孔壁的双重作用，一方面为提高泥浆悬浮钻屑的能力而要提高泥浆粘度，降低泥浆的流动性，另一方面为使泥浆能在较低的压力下流动而要降低泥浆的粘度，为解决这个矛盾，只能提高泥浆性能，增加膨润土和添加剂用量，从而加大施工成本，且泥浆稳定孔壁的效果相对有限，在松散地层中的作用微弱，导致施工难度加大。
技术实现思路
1.要解决的技术问题针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法，它可以实现对穿越地形的勘探分析后确定松散地层区域，在现有的钻杆上配备上相应数量的伸缩式定形棒，在钻孔至松散地层区域后通过竖直向上发射伸缩式定形棒的方式，使得伸缩式定形棒深入上层地形中触发展开定形动作，从伸缩式定形棒上向周围区域延伸出多个定形触手，提高对地层的抓附力，从而实现对松散地层的上下区域进行有效连接，提高钻孔孔壁的稳定性，显著降低塌孔风险，并且在扩孔回拖管线时提高管线附近的地层强度，降低管线沉降风险，大大提高施工的安全性和稳定性。2.技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法，包括以下步骤：S1、进入施工现场后，根据设计穿越曲线深度、以及待穿越地形两侧的具体情况的参数信息，确定水平定向钻钻机到待穿越地形的距离，并根据地形情况确定待定形区域；S2、基于水平定向钻钻机到待穿越地形的距离，调整水平定向钻钻机的位置至预设位置，并保持水平定向钻钻机的机位放置位平整，准备就绪；S3、水平定向钻机开始导向孔作业，并在行进至待定形区域后，利用水平定向钻钻机上的钻杆向上层地形中发射伸缩式定形棒；S4、伸缩式定形棒自主在上层地形中开始展开定形动作，对上层地形进行定形保证导向孔的稳定，降低塌孔风险；S5、待水平定向钻机完成导向孔作业后，在出土端连接扩孔设备，用水平定向钻机牵引钻杆，用钻杆牵引扩孔设备进入导向孔内开始掘进；S6、扩孔设备在扩孔过程中切削地层，直接将导向孔扩至管线穿越所需的尺寸，并且扩孔设备在掘进时同步牵引穿越管线，直至入土端水平定向钻机一侧。进一步的，所述步骤S3中在钻杆上预装倾角传感器，并保证伸缩式定形棒竖直向上发射。进一步的，所述钻杆上开设有多个均匀分布的发射孔，且伸缩式定形棒镶嵌于发射孔内，所述发射孔内侧安装有电磁铁，通过电磁铁的磁场作用来发射伸缩式定形棒，可以根据地形特征和成孔尺寸进行相应的试验和调整，从而精确把握伸缩式定形棒的发射距离。进一步的，所述伸缩式定形棒包括上锚固筒、内嵌筒和下锚固筒，且内嵌筒插设于上下分布的上锚固筒和下锚固筒之间，所述内嵌筒上下两端均固定连接有多个减摩滑块，所述上锚固筒和下锚固筒内壁上开设有多个与减摩滑块相匹配的限长滑槽，所述上锚固筒上端固定连接有破土锥，所述内嵌筒内设有间隙配合的动力磁铁，伸缩式定形棒的可伸缩特性一方面可以满足在钻杆上配备而不影响钻孔，另一方面可以在地层中进行一定程度的伸长，既可以提高与地层的锚固作用，同时可以更好横跨地层进行定形，尤其加强对钻孔孔壁附近的定形效果，对其的提拉效果可以降低塌孔风险。进一步的，所述上锚固筒和下锚固筒上均开设有多个均匀分布的展开孔，所述展开孔内设有热延伸机构，通过展开孔内的热延伸机构，在加热的前提下触发展开定形动作，从而更好的将伸缩式定形棒的锚固在地层中，同时提高周围地层的稳定性。进一步的，所述热延伸机构包括生热半球和折叠记忆金属片，且生热半球固定连接于折叠记忆金属片的内侧，所述生热半球内固定连接有硅胶隔离片，所述硅胶隔离片将生热半球分隔为储氧腔和生热腔，所述储热腔内填充有压缩氧气，所述生热腔内保持真空环境，所述生热半球靠近折叠记忆金属片一端固定连接有导热石墨层，所述导热石墨层靠近硅胶隔离片一端固定连接有多个均匀分布的双性导热杆，利用动力磁铁下落时对双性导热杆的磁吸作用，迫使双性导热杆刺破硅胶隔离片进入到储热腔内，开始产生热量并传递至导热石墨层，从而对折叠记忆金属片进行加热迫使其恢复形状在地层中展开定形。进一步的，所述双性导热杆包括柔性导热杆、硬性导热杆和磁吸针，所述柔性导热杆与导热石墨层之间固定连接，且硬性导热杆固定连接于柔性导热杆和磁吸针之间，柔性导热杆和硬性导热杆均起到导热的作用，其中柔性导热杆可以进行形态变化，硬性导热杆可以吸附大量的自发热材料粉末，磁吸针用来响应动力磁铁的磁性作用来主动刺破硅胶隔离片。进一步的，所述柔性导热杆内填充有体积比1:1的导热油和导热砂，所述硬性导热杆采用吸附有自发热材料粉末的多孔导热材料，所述磁吸针采用磁性材料制成，导热油和导热砂混合后不仅具有良好的导热性，同时利用流动性来满足柔性导热杆的伸长需求。进一步的，所述内嵌筒采用磁屏蔽材料制成，所述限长滑槽远离减摩滑块一端固定连接有塑化树脂胶环内嵌筒用来屏蔽动力磁铁的磁性，避免在未发射状态下提前吸引双性导热杆开始生热，而塑化树脂胶环在伸缩式定形棒伸长后，在伸缩式定形棒的导热作用下逐渐塑化与内嵌筒和减摩滑块融为一体，在冷却固化后形成一个整体，既提高伸缩式定形棒的密封性防止地层中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1、进入施工现场后，根据设计穿越曲线深度、以及待穿越地形两侧的具体情况的参数信息，确定水平定向钻钻机到待穿越地形的距离，并根据地形情况确定待定形区域；/nS2、基于水平定向钻钻机到待穿越地形的距离，调整水平定向钻钻机的位置至预设位置，并保持水平定向钻钻机的机位放置位平整，准备就绪；/nS3、水平定向钻机开始导向孔作业，并在行进至待定形区域后，利用水平定向钻钻机上的钻杆(1)向上层地形中发射伸缩式定形棒(2)；/nS4、伸缩式定形棒(2)自主在上层地形中开始展开定形动作，对上层地形进行定形保证导向孔的稳定，降低塌孔风险；/nS5、待水平定向钻机完成导向孔作业后，在出土端连接扩孔设备，用水平定向钻机牵引钻杆，用钻杆牵引扩孔设备进入导向孔内开始掘进；/nS6、扩孔设备在扩孔过程中切削地层，直接将导向孔扩至管线穿越所需的尺寸，并且扩孔设备在掘进时同步牵引穿越管线，直至入土端水平定向钻机一侧。/n

【技术特征摘要】
1.一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、进入施工现场后，根据设计穿越曲线深度、以及待穿越地形两侧的具体情况的参数信息，确定水平定向钻钻机到待穿越地形的距离，并根据地形情况确定待定形区域；
S2、基于水平定向钻钻机到待穿越地形的距离，调整水平定向钻钻机的位置至预设位置，并保持水平定向钻钻机的机位放置位平整，准备就绪；
S3、水平定向钻机开始导向孔作业，并在行进至待定形区域后，利用水平定向钻钻机上的钻杆(1)向上层地形中发射伸缩式定形棒(2)；
S4、伸缩式定形棒(2)自主在上层地形中开始展开定形动作，对上层地形进行定形保证导向孔的稳定，降低塌孔风险；
S5、待水平定向钻机完成导向孔作业后，在出土端连接扩孔设备，用水平定向钻机牵引钻杆，用钻杆牵引扩孔设备进入导向孔内开始掘进；
S6、扩孔设备在扩孔过程中切削地层，直接将导向孔扩至管线穿越所需的尺寸，并且扩孔设备在掘进时同步牵引穿越管线，直至入土端水平定向钻机一侧。


2.根据权利要求1所述的一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法，其特征在于：所述步骤S3中在钻杆(1)上预装倾角传感器，并保证伸缩式定形棒(2)竖直向上发射。


3.根据权利要求1所述的一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法，其特征在于：所述钻杆(1)上开设有多个均匀分布的发射孔，且伸缩式定形棒(2)镶嵌于发射孔内，所述发射孔内侧安装有电磁铁(3)。


4.根据权利要求1所述的一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法，其特征在于：所述伸缩式定形棒(2)包括上锚固筒(21)、内嵌筒(22)和下锚固筒(23)，且内嵌筒(22)插设于上下分布的上锚固筒(21)和下锚固筒(23)之间，所述内嵌筒(22)上下两端均固定连接有多个减摩滑块(10)，所述上锚固筒(21)和下锚固筒(23)内壁上开设有多个与减摩滑块(10)相匹配的限长滑槽，所述上锚固筒(21)上端固定连接有破土锥(24)，所述内嵌筒(22)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启国，石贤增，常先睿，李子涵，王钱泱，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，安徽两淮建设有限责任公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34