气动潜孔锤水平定向钻进系统及其施工工法技术方案

本发明专利技术公开了一种气动潜孔锤水平定向钻进系统，包括壳体、钻杆、与钻杆连接的防震探棒仓、与防震探棒仓连接的造斜弯头、与造斜弯头连接的锤体和与锤体连接的导向钻头，导向钻头通过钻头防脱接头与锤体连接；锤体、造斜弯头、防震探棒仓和钻杆均固定在壳体内部；钻头防脱接头的后端设置有定位花键，定位花键固定在锤体的前端内部；造斜弯头的弯度为1.0度或1.5度。本发明专利技术采用上述结构的气动潜孔锤水平定向钻进系统及其施工工法，改变了目前的泥浆马达常规施工工艺，钻进效率提高了5倍以上，而且不需要泥浆，节能环保，提高了钻进效率。

【技术实现步骤摘要】
气动潜孔锤水平定向钻进系统及其施工工法
本专利技术涉及水平定向钻进
，尤其是涉及一种气动潜孔锤水平定向钻进系统及其施工工法。
技术介绍
水平定向钻进在我国已经有20多年的历史了，工艺及设备有了良好的发展。但是，随着我国基础建设的进一步发展，越来越多的管线铺设需要在中、硬岩地层进行施工。普通的工艺及设备在中、硬岩地层中很难实施，而且施工效率低，成本极高。如果采用普通的软岩地层的泥浆马达的施工工艺还要耗费大量的泥浆，而且泥浆的处理、倾倒也会大大污染环境，与当前环保发展观不符。现在急需要研发中硬岩地层中水平定向钻进工艺及设备。当前气动潜孔锤施工方法是在中硬岩地层破岩钻进的效率最高，但是通常气动潜孔锤都是用在垂直钻进，水平定向钻进与垂直井钻进有很大的不同，不仅需要钻进而且需要定向，现有的气动潜孔锤不能满足上述要求。普通潜孔锤无法适用于水平定向钻进，因为在钻进时都是同一个方向顺时针转动，无法实现定向。鉴于以上原因，设计一种气动潜孔锤水平定向钻进系统及其施工工法是很有必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种气动潜孔锤水平定向钻进系统及其施工工法，改变了目前的泥浆马达常规施工工艺，钻进效率提高了5倍以上，而且不需要泥浆，节能环保，提高了钻进效率。为实现上述目的，本专利技术提供了气动潜孔锤水平定向钻进系统，包括壳体、钻杆、与所述钻杆连接的防震探棒仓、与所述防震探棒仓连接的造斜弯头、与所述造斜弯头连接的锤体和与所述锤体连接的导向钻头，所述导向钻头通过钻头防脱接头与所述锤体连接；>所述锤体、所述造斜弯头、所述防震探棒仓和所述钻杆均固定在所述壳体内部；所述钻头防脱接头的后端设置有定位花键，所述定位花键固定在所述锤体的前端内部；所述造斜弯头的弯度为1.0度或1.5度。优选的，所述导向钻头设置为圆形结构或鸭嘴式结构或斜掌式结构。优选的，所述定位花键为12个或24个。优选的，所述防震探棒仓包括外舱体、设置在所述外舱体内部的内舱外套、设置在所述内舱外套内部的内舱体和设置在所述内舱体内部的导向仪探棒，所述内舱外套的两端部设置有气体分流器和弹簧座，所述弹簧座上设置有减震弹簧。优选的，所述内舱体的前端设置有内舱前帽，所述内舱体的后端设置有内舱后帽，所述内舱后帽和所述内舱前帽均固定在所述内舱外套上。一种气动潜孔锤水平定向钻进系统的施工工法，包括以下步骤：(1)驱动钻机向钻杆施加钻压，气动潜孔锤开始工作，导向钻头冲击岩面，使岩石发生破碎；(2)若钻杆作全方位360度回转，则作直线钻进；若钻杆不作回转，则导向钻头将停留在原地重复破碎岩石；(3)操作钻机使钻杆带动导向钻头先顺时针回转60度，然后逆时针回转60度，这时导向钻头在侧向力的作用下，偏离原方向，进入新轨迹进行钻进；(4)控制局部方位钻进的回转角度及全方位回转的频度，用于控制造斜率；(5)在需要造斜钻进时，实施边给进、边进行扇区局部回转的钻进方法，在不需要造斜时，实施边给进、边进行全圆周回转的钻进方法。优选的，所述步骤(3)中作局部方位的回转钻进时钻孔截面的上半部分呈椭圆状，下半部分呈半圆状；若导向钻头卡死在不规则的钻孔中时作全方位360度回转钻进。优选的，所述导向钻头为斜掌式结构。优选的，所述导向钻头配合造斜弯头使用，所述导向钻头为圆形全断面硬质合金导向钻头。因此，本专利技术采用上述结构的气动潜孔锤水平定向钻进系统及其施工工法，具备以下有益效果：(1)采用冲击回转破岩方法，单次冲击功大，排渣风速高，孔底干净，无二次破碎,改善了孔底破碎条件，因而钻进效率较高,在完整的石灰岩地层中钻速可达0.6-0.8m/min，即便是在造斜时，钻速也可达到0.3-0.5m/min；(2)气动潜孔锤钻进时采用的是无循环干式作业，压缩空气既作为动力又作为排渣介质，不需要泥浆，不污染环境；(3)与泥浆马达导向系统相比，破岩速度快，钻进效率高，尤其对中硬强度以上岩石，其钻进速度是泥浆马达的5倍以上,因而大大降低了施工成本；(4)潜孔锤使用寿命长，一般情况下导向施工长度能达到4000-10000米，可以极大地节省钻具的费用。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本专利技术一种气动潜孔锤水平定向钻进系统实施例的结构示意图；图2为本专利技术一种气动潜孔锤水平定向钻进系统实施例的局部放大图；图3为本专利技术一种气动潜孔锤水平定向钻进系统实施例的防震探棒仓的结构示意图；图4为斜掌式结构导向钻头钻进导向孔示意图一；图5为斜掌式结构导向钻头钻进导向孔示意图二；其中，图4中倾斜的细箭头表示侧向力，上面的粗箭头表示原方向，下面的粗箭头表示新方向。具体实施方式以下通过附图和实施例对本专利技术的技术方案作进一步说明。本专利技术提供了气动潜孔锤水平定向钻进系统，包括壳体、钻杆1、与钻杆1连接的防震探棒仓2、与防震探棒仓1连接的造斜弯头3、与造斜弯头3连接的锤体4和与锤体4连接的导向钻头5，导向钻头5通过钻头防脱接头6与锤体4连接；锤体4、造斜弯头3、防震探棒仓2和钻杆1均固定在壳体内部；钻头防脱接头6的后端设置有定位花键7，定位花键7固定在锤体4的前端内部；造斜弯头3的弯度为1.0度或1.5度。导向钻头5设置为圆形结构或鸭嘴式结构或斜掌式结构。定位花键7为12个或24个。软岩地层的冲击钻头需要做成斜掌式导向钻头，以利于在岩石地层可以改变钻进方向。普通潜孔锤钻进时都是同一个方向顺时针转动，本专利技术中定向钻进过程中潜孔锤需要在钻杆的带动下摇摆钻进，潜孔锤需要围绕着定向方向轴线左右摇摆钻进，因此钻孔锤需要由锤头防脱功能，此功能由安装在潜孔锤前面的防脱短接实现。定向钻进导向仪器通过钟面12点位来确定导向钻头的面向角，因此锤体的和钻头的定位花键需要由12个或24个，这样就可以与导向仪的12点位相对应，能够确保导向钻头12点位和仪器相一致。防震探棒仓2包括外舱体21、设置在外舱体21内部的内舱外套22、设置在内舱外套22内部的内舱体23和设置在内舱体23内部的导向仪探棒24，内舱外套22的两端部设置有气体分流器25和弹簧座26，弹簧座26上设置有减震弹簧27。内舱体23的前端设置有内舱前帽28，内舱体23的后端设置有内舱后帽29，内舱后帽29和内舱前帽28均固定在内舱外套22上。水平定向钻进导向仪信号发射探棒内由许多感应器及磁信号发射器，不允许有强烈振动，而潜孔锤钻进时冲击频率高，振动幅度大，所以防震探棒仓必需能够对探棒起到减震作用避免其因振动而损坏，造斜弯头前面通过丝扣连接潜孔锤的锤体，后面连接防震探棒仓。内舱前帽和造斜弯头的后端均有定位销，定位销的位置与弯点方向一致，气体分流器前后各有一个有定位槽，两个定位槽在同一直线上，将内舱前帽和造斜弯头的定位销分别插到气体分流器的定位槽里，确保探棒的12点位与造斜弯头的弯点保持一直。外舱体后端封闭，前端通过造斜弯头固定。外舱体加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气动潜孔锤水平定向钻进系统，其特征在于：/n包括壳体、钻杆、与所述钻杆连接的防震探棒仓、与所述防震探棒仓连接的造斜弯头、与所述造斜弯头连接的锤体和与所述锤体连接的导向钻头，所述导向钻头通过钻头防脱接头与所述锤体连接；/n所述锤体、所述造斜弯头、所述防震探棒仓和所述钻杆均固定在所述壳体内部；/n所述钻头防脱接头的后端设置有定位花键，所述定位花键固定在所述锤体的前端内部；/n所述造斜弯头的弯度为1.0度或1.5度。/n

【技术特征摘要】
1.一种气动潜孔锤水平定向钻进系统，其特征在于：
包括壳体、钻杆、与所述钻杆连接的防震探棒仓、与所述防震探棒仓连接的造斜弯头、与所述造斜弯头连接的锤体和与所述锤体连接的导向钻头，所述导向钻头通过钻头防脱接头与所述锤体连接；
所述锤体、所述造斜弯头、所述防震探棒仓和所述钻杆均固定在所述壳体内部；
所述钻头防脱接头的后端设置有定位花键，所述定位花键固定在所述锤体的前端内部；
所述造斜弯头的弯度为1.0度或1.5度。


2.根据权利要求1所述的气动潜孔锤水平定向钻进系统，其特征在于：所述导向钻头设置为圆形结构或鸭嘴式结构或斜掌式结构。


3.根据权利要求1所述的气动潜孔锤水平定向钻进系统，其特征在于：所述定位花键为12个或24个。


4.根据权利要求1所述的气动潜孔锤水平定向钻进系统，其特征在于：所述防震探棒仓包括外舱体、设置在所述外舱体内部的内舱外套、设置在所述内舱外套内部的内舱体和设置在所述内舱体内部的导向仪探棒，所述内舱外套的两端部设置有气体分流器和弹簧座，所述弹簧座上设置有减震弹簧。


5.根据权利要求4所述的气动潜孔锤水平定向钻进系统，其特征在于：所述内舱体的前端设置有内舱前帽，所述内舱体的后端设置有内舱后帽，所述内舱后帽和所述内舱前帽均固定在所述内舱外套上。

【专利技术属性】
技术研发人员：张丕国，陈波，
申请(专利权)人：廊坊市穿山甲工程机械有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13