一种捆绑式潜孔锤扩孔钻头

一、技术背景
水平定向钻进铺管施工中，当导向孔完成后需要对其进行扩孔作业，在硬岩中进行水平扩孔施工时，目前主要用组焊式牙轮扩孔钻头或滚刀式扩孔钻头进行扩孔钻进，扩孔钻进过程中，因孔径大，泥浆流速低，有大量的岩屑沉积在孔内，一方面对扩孔钻造成二次磨损，不仅使钻头提前报废，而且钻机功率很大一部分消耗在钻头对岩屑的二次破碎中，使钻进效率降低；另一方面影响后续的拖管作业；此外，扩孔钻进过程中，为了尽可能地把岩屑带出孔外，需要配制浓度较大和性能较好的泥浆，而泥浆的配制成本高，泥浆的无害化处理费用也很高，从而增加了扩孔的成本。
有鉴于牙轮扩孔钻头的上述缺陷，本人积极加以研究创新，将潜孔锤高效破岩的优点和反循环钻进高效排碴的优点结合起来，发明一种新型结构的扩孔钻头—捆绑式潜孔锤及水平扩孔施工方法，以期解决岩石扩孔钻进效率低和清孔难的问题。
二、钻头结构
捆绑式潜孔锤扩孔钻头，是由两个以上的潜孔锤通过专门设计的装置固定在芯轴的四周，潜孔锤在随芯轴公转的同时还能绕自身在轴自转，同时压缩空气能通过分配器进入每个潜孔锤使其工作。为了使岩屑进入后部钻杆返出地面，在钻头上还专门设计了岩屑从钻孔内进入钻杆内孔的通道，以及将岩屑吸入钻杆内孔的喷射装置。

        

捆绑式潜孔锤扩孔钻头外形图
三、施工工艺
水平定向钻进铺管施工中，当导向孔完成后，缷下导向钻具，连接上捆绑式潜孔锤扩孔钻头，钻头的后端连接钻杆。回拖扩孔前在导向孔出土端施工一个与钻孔相连的泥浆坑，泥浆坑内注满泥浆（或水），使泥浆（或水）在扩孔过程中不断地流入钻孔内。扩孔开始后，压缩空气从钻机的旋转接头进入钻杆中，到达钻头后大部分进入潜孔锤使其工作碎岩，小部分通过喷射装置射向钻头后端连接的钻杆。从潜孔锤出来的空气与从泥浆坑流入的泥浆混合，携带岩屑在喷射形成的吸力作用下从钻头的排屑通道进入连接于钻头后端钻杆的内孔，并在压差作用下一直沿着内管流出到地面。流出的泥浆其中的岩屑沉淀下来，泥浆重新流到泥浆坑中。扩孔过程中后端不断地续接钻杆，直到钻头从钻机端露出，取下钻头，使钻机端钻杆与钻头后端钻杆相连，即完成一级扩孔。下一级扩孔重复以上过程，直到扩至要求的孔径为止。


 四、应用范围
1、本发明适用于长距离的岩石地层或风化岩层的穿越铺管工程，地层应没有严重的漏失，出土点和入土点的标高应高于其余孔段，以维持孔内能充满泥浆。
2、本发明的喷射反循环排屑技术也可应用于牙轮式或滚刀式扩孔钻头进行岩层扩孔钻进，也可用于流道式、挤扩式、刮刀式或桶式扩孔钻头进行土层扩孔钻进。
3、与本发明配套使用的钻机可以是任何非开挖管钻机，配套使用的钻杆其接头通孔直径与管体内径应保持一致，这样有利于岩屑从钻杆内孔通过，另外要配备适合的空压机取代泥浆泵。
五、技术优势
与现有的技术相比，本发明的有益效果如下：
1、用潜孔锤代替牙轮钻头或滚刀来破岩，具有更高的钻进效率。
2、岩屑随泥浆（水）和空气从钻杆内孔返出地面，返出流速比正常的从钻杆与孔壁间隙返出流速大得多，因而孔内岩屑被清理得更干净，从而减少孔内重复破碎，节省后续的清孔作业工序；
3、可以用清水或稀泥浆代替稠泥浆或特效泥浆，节约泥浆成本。