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1、水平定向钻用岩石扩孔器的选择及操作控制技术第25卷第3期122008年非开挖技术TrenchlessTechnologyV0】.25.No.3June,2008水平定向钻用岩石扩孔器的选择及操作控制技术陈雪华刘,伟(华东管道工程有限公司,江苏徐州.221008)摘要:flz者结合水平定向钻穿越的实践,对典型岩石扩孔器,如滚刀型岩石扩孔器,低扭矩岩石扩孔器,对开式岩石扩孔器的结构特点和适应性进行了分析,提出了水平定向钻要根据穿越地层的类型选择岩石扩孔器的尺寸和型式,选择岩石扩孔器要注意扩孔器的使用寿命;并建议岩石扩
2、孔器本体设计时应考虑具备反向退出钻孔的功能,扩孔器产生的钻屑粒径能足够小,以使泥浆悬浮钻屑并顺利排出到地表;提出了岩石扩孔器的具体操作控制要点,从而达到快速,高效,高质量扩孔的目的,降低穿越施工的风险.关键词:定向钻,岩石,扩孔器,控制水平定向钻穿越铺管方法是目前非开挖铺管技术方法中的主流方法,该工艺方法中一般要经历三个阶段:一是导向孔施工,二是一级或多级预扩孔,三是成品管回拖.可以说,导向孔完成后,扩孔是非常关键而且工作量最大的一道工序,而扩孔作业的关键则是根据实际条件,选择高效,安全的扩孔器,从事岩石层水平定
3、向钻穿越预扩孔作业前应重点考虑以下三个方面的内容:扩孔器的使用寿命,每级扩孔时扩孔器产生的扭矩值,扩孔的效率及经济性.另外,扩孔过程对导向孔还具有一定的修正作用,如果导向孔只具有小角度的弯曲,经过选用适当的扩孔器,通过扩孔工序能达到较理想的圆滑孔.例如在软硬不均的地层,扩孔器易偏向软地层,即偏向阻力最小方向,长时间使用会造成扩孔器的损坏,因此遇到此类情况应合理选择扩孔器的类型.在实践中应根据岩层情况,穿越设备能力,扩孔的直径,穿越长度及使用的泥浆状况来进行灵活选择.1国内外岩石扩孑L器生产状况目前,国内大型水平定
4、向钻穿越用的岩石扩孔器主要靠进口,由于美国是水平定向钻的发明国,加上美国在岩石层水平定向钻穿越的市场大,技术应用较普遍,岩石扩孔器的制造厂家也主要集中在美国.其中最着名的是Inrock公司和Sharewell公司,这是两家长期专门从事水平定向钻穿越用的岩石扩孔器制造及控向技术服务的公司.国内某钻头股份有限公司自2004年开始试制岩石扩孔器,但由于原材料及加工能力的限制,加上国内大型岩石层水平定向钻穿越市场相对较小等原因,其产品性能和结构设计等方面亦有待于在实践中进一步探索和提高.2典型岩石扩孔器的结构特点和适应性
5、分析水平定向钻岩石扩孔器按其结构不同可分为滚刀型岩石扩孔器,低扭矩型岩石扩孔器和对开式式岩石扩孔器三大类.2.1滚刀型岩石扩孔器滚刀型岩石扩孔器由中心轴,滚刀托架及滚刀盘等组成.滚刀盘工作时,既绕心轴公转,又自转,滚刀盘托架与扩孔器本体上专门设计有泥浆通道,泥浆喷嘴指向滚刀盘,用以滚刀盘工作时的冷却.该类作者简介:陈雪华,1969年出生,高级'l:程师,1993毕业于江汉石油学院l:民建专业,现任华东管道l:程有限公司副总.l:程师,从事水平定向钻穿越施l:多年,曾任华东管道l程有限公司12次采用水平定向钻方式成
6、功穿越长江的技术负责人.第25卷第3期陈雪华刘伟:水平定向钻用岩石扩孔器的选择及操作控制技术13型扩孔器是最早设计的岩石扩孔器,特点是结构强度高,滚刀盘磨损后可方便更换,且同一扩孔器本体可通过更换不同直径的滚刀盘,以适应不同直径扩孔的需要.缺点是自重大,在软岩层扩孔时易形成椭圆形孔;如在扩孔期间需更换滚刀盘,扩孔器在孔内的退出困难较大,同时由于其自身的结构特点,尤其是直径30"以上的扩孔器所需钻机的扭矩很大.其适应地层为软岩～中硬岩(硬度在1500Psi～在12000Psi以上)的穿越.2.2低扭矩岩石扩孑L器低
7、扭矩岩石扩孔器是滚刀型岩石扩孔器的改进型,外形设计上将扩孔器本体作了较大的"瘦身",结构轻巧,滚刀盘采用单臂可更换型设计,使更换滚刀盘的操作更加便捷,同一扩孔器本体亦可通过更换滚刀盘的直径来达到不同直径扩孔的需要.该类型扩孔器设计的最主要特点是大大降低了扩孔扭矩,使小吨位钻机能扩更大直径的钻孔,且需更换滚刀盘时更容易从孔内退出.缺点是结构强度低,尤其是滚刀盘的单臂设计,使刀盘的轴承在扩孔时承受的力矩相对较大,降低了其使用寿命,易发生轴承损坏掉滚刀盘的事故,从而造成钻孔报废,尤其是在较长距离的岩石层穿越中风险更大.
8、该扩孔器设计另一个缺点是滚刀盘间距过大,岩石不易被破碎成小块随泥浆带出孔道,同时也会使钻机的旋转扭矩发生"跳跃".其适用地层为软岩～中硬岩(岩石硬度在1500psi～12000psi),穿越岩石长度最好不要超过500m.2.3对开式岩石扩孑L器对开式岩石扩孔器就是将钻头体剖开,一分为三,将低扭矩岩石扩孔器的滚刀盘用剖开后的钻头体牙轮代替,同时本体设计增加了保护结构,钻头体
