CN103527093A - 水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器，包括射吸式芯轴总成和切削总成。射吸式芯轴总成设有接头、外壳体、射流喷嘴、喉管段及扩散段、吸入室壳体和吸入管；在外壳体两端设接头并装有调节垫圈；外壳体内顺序装有射流喷嘴、吸入室壳体、喉管与扩散段，在外壳体、吸入室壳体上开孔，用于安装吸入管；切削总成由切屑具支撑体和切削具，切削具支撑体与射吸式芯轴总成的外壳体焊为一体，切屑具以轴承、螺纹或焊接的方式安装在切削具支撑体上。本扩孔器结构新颖，使用时钻屑被吸入扩孔器内并从钻杆或管道内排出，排屑速度快效率高，可大幅缩短扩孔周期，节约扩孔成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用射吸原理设计的扩孔器,具体地说是涉及一种水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器，属于地质工程领域。
背景技术
目前，在水平定向钻扩孔施工中，一般是采用正循环的扩孔方式，即扩孔器在破碎岩石时，由地表通过钻杆柱泵入的高压泥浆经扩孔器水眼排入钻孔，对扩孔器起到了清洗、冷却及润滑作用，同时将破损下来的钻屑冲离破碎面并携带钻屑沿钻孔与钻杆之间的空间排至地表泥浆池内。使用正循环扩孔器，排渣效率随着钻孔直径的增大而显著降低，此外，对泥浆性能也提出了更高的要求，且施工速度慢、成本高。
发明内容
本发明目的是解决现有正循环扩孔普遍存在的排渣效率低，施工成本高等问题，而提供一种钻屑运移速度快，排屑效率高、排屑彻底，减少了钻屑重复破碎现象，省去了洗（清）孔环节，可大大缩短施工周期的水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器，至少包括射吸式芯轴总成和切削总成，所述的射吸式芯轴总成设有接头、外壳体、射流喷嘴、喉管段及扩散段、吸入室壳体和吸入管；在所述的外壳体的两端分别设有1个母接头或公接头，外壳体与母接头、公接头之间螺纹连接并安装有调节垫圈；外壳体内顺序安装有射流喷嘴、吸入室壳体、喉管段与扩散段，射流喷嘴与吸入室壳体之间围成吸入室，在外壳体、吸入室壳体上开有圆孔，用于安装吸入管，吸入管末端安装有可调节吸嘴；所述的切削总成由切屑具支撑体和切削具或切削齿支撑体和切削齿两部分组成，所述切削具或切削齿支撑体与射吸式芯轴总成的外壳体焊接为一体，所述的切屑具或切削齿以轴承、螺纹或焊接的方式安装在切削具支撑体或切削齿支撑体上。
所述的吸入管通过螺纹与外壳体、吸入室壳体连接，根据不同的扩孔器尺寸设置1～4个吸入管，1个以上吸入管在外壳体周向上均匀布设。
所述的切削具根据不同的钻进地层选用硬质合金齿、截齿、PDC齿、牙轮或滚刀形式，用以适应各类地层的扩孔施工。
所述的射吸式反循环扩孔器在使用时，经由地面钻机泵入的高压流体通过钻杆从射吸式芯轴总成的射流喷嘴喷出时，在吸入室内形成负压，从而通过吸入管将扩孔器外周的泥浆及钻屑抽吸到吸入室内，吸入的泥浆及钻屑在高压射流流体作用下进入喉管段及扩散段，在其扩散段混合后，混合流由扩孔器后部的钻杆或管道排至地表沉淀池。
所述的泵入的高压流体为空气、清水或泥浆。
所述的射吸式反循环扩孔器，只要将扩孔器后部连接的钻杆或管道出口堵住，即恢复成常规扩孔器，泵入的高压流体直接从吸入管排到扩孔器外的钻孔里。
本发明的水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器在输入高压流体流经射吸式芯轴总成的射流喷嘴时，在吸入室内产生一定的负压，然后通过扩孔器上的吸入管将切削下来的钻屑连同孔内环空泥浆一同吸入到吸入室内，泥浆与钻屑的混合流在高压流体的驱动下，顺着扩孔器尾部的钻杆或管道内通道排至地表泥浆池内，经过沉淀净化的泥浆回流到钻孔内，以维持钻孔液位的稳定。
本发明的水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器与现有技术相比具有的优点是：
⑴、在施工中采用本发明的射吸式反循环扩孔器使钻屑从后端的钻杆或管道内排出，钻屑运移速度是传统方式的数十倍甚至百倍，排屑效率高、排屑彻底，减少了钻屑重复破碎，省去了洗（清）孔环节，从而缩短了施工周期。
⑵、采用本发明的射吸式反循环扩孔器施工，施工过程用于驱动排屑的高压流体可为气体、清水或泥浆，因此不再需要担心水源、泥浆材料等供给问题，降低了泥浆使用成本。
⑶、使用以往常规扩孔器时，孔内泥浆主要目的是排屑、护壁和润滑；使用本发明的扩孔器后，钻屑进入扩孔器并从尾部钻杆或管道内排出，由于流速高，因此对泥浆性能要求更低，且不会造成环空泥浆阻力增大等风险。
⑷、使用本发明的扩孔器进行施工，返出的泥浆经简单的沉淀净化后即可回流到钻孔内，不再需要配备泥浆固控系统，节约了工程成本和劳动量。
⑸、本发明射吸式反循环扩孔器结构简单，不需要添加任何额外设备，且只需将扩孔器后部钻杆或管道堵住，即可转为常规扩孔器使用，可推广性好。
附图说明
图1为本发明的一种典型的射吸式反循环扩孔器结构示意图。
图2为本发明的另一种典型的射吸式反循环扩孔器结构示意图。
图3为本发明中射吸式反循环扩孔器芯轴总成结构示意图。
图4为本发明中射吸式反循环扩孔器施工原理图。
上述图中：1-射吸式芯轴总成；2-切屑具支撑体；3-岩石切屑具；4-切削齿；5-切削齿支撑体；6-耐磨腰带；7-母接头；8-调节垫圈；9-射流喷嘴；10-外壳体；11-吸入室壳体；12-喉管段及扩散段；13-吸入管；14-可调节吸嘴；15-吸入室；16-公接头；17-钻机；18-泥浆泵或空压机；19-高压胶管；20-钻杆；21-高压流体；22-环空泥浆；23-射吸式反循环扩孔器；24-钻杆或管道；25-旋转接头；26-排渣胶管；27-沉淀池；28-溢流墙；29-净浆池；30-回流槽；31-河水。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详述。
实施例1：本发明提供的一种典型的射吸式反循环扩孔器，该种射吸式反循环扩孔器适用于岩石等坚硬地层扩孔，其结构如图1、3所示，包括射吸式芯轴总成1和切削总成；所述的射吸式芯轴总成1设有的接头、外壳体10、射流喷嘴9、吸入室壳体11、吸入管13、喉管段及扩散段12；所述的接头为母接头7与公接头16，在所述的外壳体10的一端设1个母接头7，另一端设1个公接头16，外壳体10与母接头7、外壳体10与公接头16之间分别安装有调节垫圈8；在外壳体10与母接头7连接端内顺序安装有射流喷嘴9，吸入室壳体11和喉管段及扩散段12，在外壳体10和吸入室壳体11上均匀地开有2个用于安装吸入管13的圆孔，相应地安装有2个吸入管13，通过螺纹与外壳体10和吸入室壳体11连接，吸入管13的末端安装有可调节吸嘴14；在射流喷嘴9与吸入室壳体11之间形成吸入室15，喉管段及扩散段12一端安装在吸入室壳体11的收口处，另一端安装在外壳体10上。
所述的切削总成由切屑具支撑体2和岩石切屑具3构成，切屑具支撑体2是岩石切屑具3的承载体。岩石切屑具3选用牙轮形式的切屑具。
实施例2：本发明提供的另一种典型的射吸式反循环扩孔器，该种射吸式反循环扩孔器适用于一般土层、砂层等较软地层，其结构如图2、3所示，图2中扩孔器包括射吸式芯轴总成1和切削总成；切削总成由切削齿4、切削齿支撑体5和耐磨腰带6三部分组成；其中，切削齿4选用硬质合金齿，切削齿4主要以切削方式破碎地层。所述的射吸式芯轴总成1的结构同实施例1。
实施例3：本发明提供一种水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器，其组装过程是先组装射吸式芯轴总成1，再将切屑具总成与外壳体10焊在一起，参见图1、图3。射吸式芯轴总成1包括有2个接头、射流喷嘴9、吸入室壳体11、吸入管13、喉管段及扩散段12；组装时，先将射流喷嘴9、吸入室壳体11以及喉管与扩散段12连接成整体后置入外壳体10内；将吸入室壳体11上的开孔与外壳体10的开孔对正后，将吸入管13与外壳体10、吸入室壳体11以螺纹方式固定在一起，其中，吸入管13在穿过外壳体10开孔处需要进行密封。然后精确量取安装好的射吸总成两端距外壳体10两端的距离，选取合适厚度的调节垫圈8置入外壳体内射吸总成的两端，分别将母接头7、公接头16拧接到外壳体10两端，确保射吸总成在外壳体内轴向上不会出现松动现象，其中，调节垫圈8选用力学性能优异、耐久性好的工程塑料加工制成。
实施例4：本发明所述的射吸式反循环扩孔器，其在施工时的工作状况整体如图4所示。图4中可见是扩孔钻进过程的示意图。钻机17端为水平定向钻穿越钻入土侧，其穿越河水31对面为出土侧。射吸式反循环扩孔器23由出土侧进入，不断扩孔钻进直至最后从钻机17侧取出。
在入土侧由泥浆泵或空压机18输入的高压流体21，本实施例选择在入土侧由空压机输入的高压气体21，高压气体经由高压胶管19、钻机17、钻杆20输送到射吸式反循环扩孔器23，高压气体21在通过射吸式反循环扩孔器23内部的射流喷嘴9时产生负压，将扩孔器外周的钻屑和环空泥浆22一同经过吸入管13吸入到扩孔器吸入室15内部，再与高压气体21一道在喉管段与扩散段12混合，然后通过扩孔器的尾部的管道24、旋转接头25、排渣胶管26排至地表沉淀池27内，沉淀净化后的泥浆通过溢流墙28进入净浆池29后由回流槽30流回钻孔，完成排渣过程。
本发明的射吸式反循环扩孔器，结构简单，施工过程高压流体采用气体、清水或泥浆作为驱动流体，使扩孔时的钻屑与环空泥浆吸入扩孔器内，从钻杆或管道内排出，钻屑运移速度是传统方式的数十倍甚至百倍，排屑效率高、排屑彻底，免除了钻屑重复破碎、洗（清）孔环节，可大大缩短施工周期，节约扩孔成本。本发明的扩孔器适用于各类地层的扩孔施工。
Claims (6)
1.一种水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器，至少包括射吸式芯轴总成和切削总成，其特征在于：所述的射吸式芯轴总成设有接头、外壳体、射流喷嘴、喉管段及扩散段、吸入室壳体和吸入管；在所述的外壳体的两端分别设有1个母接头或公接头，外壳体与母接头、公接头之间螺纹连接并安装有调节垫圈；外壳体内顺序安装有射流喷嘴、吸入室壳体、喉管段与扩散段，射流喷嘴与吸入室壳体之间围成吸入室，在外壳体、吸入室壳体上开有圆孔，用于安装吸入管，吸入管末端安装有可调节吸嘴；所述的切削总成由切屑具支撑体和切削具或切削齿支撑体和切削齿两部分组成，所述切削具或切削齿支撑体与射吸式芯轴总成的外壳体焊接为一体，所述的切屑具或切削齿以轴承、螺纹或焊接的方式安装在切削具支撑体或切削齿支撑体上。
2.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器，其特征在于：所述的吸入管通过螺纹与外壳体、吸入室壳体连接，根据不同的扩孔器尺寸设置1～4个吸入管，1个以上吸入管在外壳体周向上均匀布设。
3.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器，其特征在于：所述的切削具根据不同的钻进地层选用硬质合金齿、截齿、PDC齿、牙轮或滚刀形式，用以适应各类地层的扩孔施工。
4.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器，其特征在于：所述的射吸式反循环扩孔器在使用时，经由地面钻机泵入的高压流体通过钻杆从射吸式芯轴总成的射流喷嘴喷出时，在吸入室内形成负压，从而通过吸入管将扩孔器外周的泥浆及钻屑抽吸到吸入室内，吸入的泥浆及钻屑在高压射流流体作用下进入喉管段及扩散段，在其扩散段混合后，混合流由扩孔器后部的钻杆或管道排至地表沉淀池。
5.根据权利要求4所述的水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器，其特征在于：所述的泵入的高压流体为空气、清水或泥浆。
6.根据权利要求1所述的水平定向钻穿越射吸式反循环扩孔器，其特征在于：所述的射吸式反循环扩孔器，只要将扩孔器后部连接的钻杆或管道出口堵住，即恢复成常规扩孔器，泵入的高压流体直接从吸入管排到扩孔器外的钻孔里。
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