CN111287653A - 水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工方法，包括导向孔施工、正向动力扩孔施工、洗孔、试回拖、回拖工序。本方法相对于常规的水平定向钻利用传统钻机、钻杆和扩孔器反向扩孔的方法而言，其推进动力大，钻进扭矩大，扩孔级差大，钻头抗频繁冲击能力强，尤其避免了反向扩孔时由于钻杆在预先的长距离导向孔中与周围土产生的摩擦力过大而形成了动力损失。所以在面对复杂地层环境，尤其是硬岩地层，不需要频繁多次扩孔，可以实现一次扩孔和大极差扩孔，极大的减少了施工周期，降低了施工风险，其经济实用性好，有效增加了在各种地层环境下水平定向穿越的成功率。
Description
技术领域
本发明涉及一种水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工方法，属于建筑工程领域。
背景技术
随着我国经济的持续稳定发展，我国的基础设施建设工程也越来越多。地下管线是一个城市赖以发展的“生命线”，因此地下管线的施工方案和建设水平常常标志着一个国家的基建能力和现代化水平。传统的地下管线施工技术采用开挖施工法，这种方法对地面交通影响极大，而且由于开挖土方量大，带来的环境污染问题越来越受到人们的关注，因此在绿水青山就是金山银山的今天，从某种意义上来说这种方法并不适合社会的长远发展。近些年发展迅速的非开挖技术很好弥补了这些缺点，在管道铺设过程中，水平定向钻不需要地面“开膛破肚”、管沟开挖就可以完成管道铺设，具有施工周期短、效率高、不影响交通、不破坏环境、安全性好等优点，因此在城市道路、山区、河流和地面障碍穿越中应用较为普遍，发展迅速，在城市建设高速发展的今天，能够避免重复开挖、修复所造成的道路拉链工程，具有较高的社会及经济效益。然而在面对需要铺设距离长，管径大且复杂地层环境下，特别是硬度较大的岩石地层，常规的水平定向钻施工方案即用传统钻机、钻杆和扩孔器的施工方式，扩孔孔径小、扩孔扭矩小、扩孔级差小、钻进效率低、钻杆断裂和牙轮脱落等事故多、风险大，施工速度慢、工期长，因此所造成的经济损失难以预计。
发明内容
为克服上述不足，本发明一种水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工方法，利用了动力扩孔的方式，用大扭矩高性能动力钻具和高效长寿命岩石扩孔器进行定向穿越，解决了上述施工难题。
水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工方法，包括如下步骤：
a、导向孔施工
导向孔施工步骤主要为：探头装入探头盒内；导向钻头连接到钻杆上；转动钻杆，测试探头发射是否正常；回转钻进2m左右；开始按设计轨迹施工；导向孔完成；
b、正向动力扩孔施工
待先导孔钻头在被穿越障碍物的另一侧露出后，卸下导向钻头换上动力钻具及岩石扩孔器，钻具后方连接钻杆且在钻杆上安装有空心扶正器加以扶正，利用钻杆运输高压泥浆作为动力，在高压泥浆的作用下驱动螺杆马达转子旋转，马达转子通过万向轴、传动轴驱动岩石扩孔器正向破岩扩孔，将导向孔孔径扩大至所铺设的管径以上，以减小铺管时的阻力
c、扩孔完毕后，用 40″的扩孔器加挤扩器进行洗孔，直至扭矩和拖力达到可以回拖的参数，洗孔的目的为了保证成孔的质量，将孔洞内的硬物，杂块用泥浆带出；若成孔不好可根据情况调整泥浆配方，增加洗孔遍数；
清孔结束后，进行试回拖；
d、试回拖后进行回施工序；
进一步，本发明的动力钻具采用独有的钻具与扩孔器一体化设计，主要由螺旋马达、万向轴、传动轴和岩石扩孔器构成，在岩石扩孔器后有一个高压泥浆马达作为正向扩进的主动力，通过后面连接的钻杆运输高压泥浆驱动阿基米德螺旋马达转子旋转，在通过万向轴、传动轴驱动岩石扩孔器进行破岩。
进一步，在回拖过程中，回拖力主要有管道浮力对上孔壁造成的摩阻力和管道在孔内移动过程中与泥浆产生的摩擦力构成。
其计算公式如下:
式中：
－计算的拉力，t
L—穿越管段的长度，m
f—摩擦系数，0.1-0.3
γ-泥浆密度t/m3
D—管子的直径，m
δ—管子的壁厚，m
k—粘滞系数，0.01—0.03。
当前的水平定向钻穿越地层铺管技术是通过定向钻机、导向钻头、扩孔钻头和导向仪等施工设备，按照预先扩好的先导孔，卸下导向钻头换上扩孔钻头进行反向扩孔，同时将铺设管线拉入钻孔。但是在面对大口径、长距离、复杂地质硬岩穿越时往往由于反扩时动力损失造成推进效率低，并且钻具难以满足高扭矩、强推拉、频繁冲击和长寿命、高安全的使用要求，因此先进适用的水平定向钻动力扩孔钻进关键技术一直是管道定向穿越中难以解决的世界级难题。本方法中钻进工具是采用了钻具与扩孔器一体化设计，动力钻具置于扩孔器后端（或前端），首先按照设计的钻孔轨迹( 一般近似弧形 )，采用定向钻进技术先施工一个近似水平的先导孔，待先导孔钻头在被穿越障碍物（河流、公路）的另一侧露出后，卸下导向钻头换上动力钻具及岩石扩孔器，钻具后方连接钻杆且在钻杆上安装有空心扶正器加以扶正，利用钻杆运输高压泥浆作为动力，在高压泥浆的作用下驱动螺杆马达转子旋转，马达转子通过万向轴、传动轴驱动岩石扩孔器正向破岩。
本方法相对于常规的水平定向钻利用传统钻机、钻杆和扩孔器反向扩孔的方法而言，其推进动力大，钻进扭矩大，扩孔级差大，钻头抗频繁冲击能力强，尤其避免了反向扩孔时由于钻杆在预先的长距离导向孔中与周围土产生的摩擦力过大而形成了动力损失。所以在面对复杂地层环境，尤其是硬岩地层，不需要频繁多次扩孔，可以实现一次扩孔和大极差扩孔，极大的减少了施工周期，降低了施工风险，其经济实用性好，有效增加了在各种地层环境下水平定向穿越的成功率。
本方法中动力钻具采用独有的钻具与扩孔器一体化设计，主要由螺旋马达、万向轴、传动轴和岩石扩孔器构成，在岩石扩孔器（主要为牙轮式扩孔器、滚轮式扩孔器或复合扩孔器）后有一个高压泥浆马达作为正向扩进的主动力，通过后面连接的钻杆运输高压泥浆驱动阿基米德螺旋马达转子旋转，在通过万向轴、传动轴驱动岩石扩孔器进行破岩。
本方法可以实现正扩定向穿越，扩孔时与预先钻好的导向孔相容性好。其泥浆马达既作为推进工具，又作为造斜工具，其方向控制是通过位于钻头后面 1.5m 处的一个最大不超过 3 度（一般用 1.75 度）弯曲的弯头实现的。基于这种这种钻进特点，本方法可以实现在岩石地层上进行多维度转向调整，提高了钻进效率。
本方法中所用机具除了动力钻具为专用设备外，其他均为通用设备，相较于常规的水平定向钻方法，本工法适用性广，尤其是适合硬岩和复杂地层穿越，具有现场使用方便、经济适用性好等特点。
本工法适用于适用于城市道路、公路、铁路、河流及其它不宜在大开挖施工地段的管道穿越工程，特别是需要进行大口径、长距离、复杂硬岩地质环境下的定向穿越工程。
附图说明
图1为本发明的施工流程图。
图2为本发明的施工设备运行图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
一、施工准备
（1）施工图纸会审：与设计单位、建设单位对施工图纸及材料清单进行会审确认；
（2）编制施工组织设计，经集团公司工程部通过后，召开专家评审会，与设计单位现场进行交接桩，确认定向钻穿越出入土点；
（3）测量放线：对施工现场进行测量放线，确定定向钻入、出土点施工场地，确定施工变道；
（4）针对本次定向钻穿越施工图纸进行技术要求和专家论证会的意见，制定详细的施工方案。施工方案报监理单位审核批准后，方可进行施工；
（5）对测量放线及导向孔施工测量控向参数并画出穿越轨迹图，必须符合确认；
（6）明确项目部各机班组职责和施工目标，根据批准后的施工方案进行技术交底，施工中严格按照施工方案、施工规范及操作规程进行施工。
二、现场勘察、测量放线
1、测量、放线流程工序
2、测量、放线由参加接桩的测量技术人员主持，测量仪器应经法定计量部门校验合格且在有效期内方可使用。
3、根据线路平面图、断面图、线路控制桩、水准标桩采用全站仪进行测量放线，根据设计图纸和设计交桩的具体位置，确定穿越轴线、定向钻穿越的入钻点、出钻点以及穿越场地的位置和范围。宜采用全站仪进行测量，测量放线中应对测量控制桩采取全过程保护。
4、在放线过程中，与监理或业主单位及有关部门联系，办理相关手续。
（1）测量放线时，请监理到场，根据本穿越施工图设计的穿越控制桩及线路定位桩坐标点，引出相对坐标点和标高，测量、放出管沟中心线位置，并经监理确认合格。
（2）应根据设计要求和施工方案，确定合理的钻机布置、钻进位置及回拖场地和泥浆池占地的位置和几何尺寸，并绘制施工场地平面布置图，一并放线标记。
5、依设计穿越管线的平面图和测量成果表设计穿越轨迹。
6、穿越中心线定位后，按工程需要放出穿越轴线和边界线
7、施工测量放线工作要严格遵守测量标准规定，及时收集、整理测量放线记录和有关穿越测量资料，妥善保管，作为后续有关工序的指导、检查、验收依据。
8、在设计给定的控制桩位置和穿越轴线的范围内进行物探，确认地下障碍和管线分布。确保钻机中心线与入土点、出土点成一条直线。以保证穿越施工安全、顺利的进行。
三、导向孔轨迹施工设计
1、确定钻孔类型和钻孔轨迹的形式：钻孔类型和钻孔轨迹形式取决于拟铺设管线材料的性质和铺设要求，钻孔地质条件、施工单位设备的性能、现有地下管线的分布、地上地下障碍物的分布、水域覆盖面积和深度、施工安全性和经济性等条件。
2、确定出入土点和造斜段：出入土点是钻头始钻和出土的位置；造斜段是指同一孔身中由直线段变为曲线段的地段，造斜段宜选择在较硬土层中的孔段，同时要使后续轨迹避开现有管线和地下障碍物。
3、确定钻孔孔身轨迹参数：参数包括各孔段的长度，各孔段起点和各点的倾角，采用计算法比较准确。
1）导向孔轨迹一般由三段组成，第一造斜段、直线段和第二造斜段, 直线段是管线穿越障碍物的实际长度，第一造斜段是钻杆进入铺管位置的过渡段，第二斜段是钻杆出露地表的过渡段。
2）由计算法得出参数后，还应考虑其他因素对入口倾角和出口倾角的限制，其中钻机倾角可调节范围是限制入口倾角的主要因素，一般可在 10°-15°之间调节，出口倾角对于 PE 管一般控制在 0°-30°，对于小口径钢管控制在 0°-15°以内，大口径管材一般用下管工作坑来代替第二造斜段。
四、定向钻机的选择
定向钻穿越回拖力的计算，对于正确选用钻机至关重要。在回拖过程中，回拖力主要有管道浮力对上孔壁造成的摩阻力和管道在孔内移动过程中与泥浆产生的摩擦力构成。
其计算公式如下:
式中：
－计算的拉力，t
L—穿越管段的长度，m
f—摩擦系数，0.1-0.3
γ-泥浆密度t/m3
D—管子的直径， m
δ—管子的壁厚， m
k—粘滞系数，0.01—0.03
式中：L=1912.3m，f 取值 0.2，D=1.016，δ=0.0175，k 取值 0.02。
1、根据已经计算出的回拉力等参数选择水平定向钻进铺管钻机，回拉力是其主要参数，它们是根据工程大小要求选择钻机的重要依据；回拉力 20T 以下为小型钻机， 20～ 45T 为中型钻机 45T 以上为大型钻机。
2、钻头是钻进的重要工具之一，对于不同土层须采用不同种类的钻头。
1）在淤泥质粘土中施工，一般采用较大尺寸的钻头，以适应变向的要求。
2）在干燥的软粘土中施工，采用中等尺寸钻头，可以较快地实现方向控制。
3）在硬粘土中，较小的钻头效果比较理想，但应保证钻头比探头外向尺寸大
12mm 以上。
4）对于砂质淤泥，中等到大尺寸钻头效果较好。
五、工作坑控制井度施工：
1、为有效控制定向钻孔高程而设立的控制井，结构形式和间距由设计单位确定；
2、水平定向钻进铺管可以不开挖路面，可以穿越障碍物，但还需开挖起始工作坑
（即定向钻进始发点）和出口工作坑（即定向钻头出土位置），同时也为满足施工过程积存泥浆和从孔中排出的渣土的需要，占用回拉管线入孔场所。
六、钻进泥浆
1、在导向孔钻进、回拉扩孔及回拖施工时，应及时向孔内注入泥浆。钻进泥浆
主要作用是稳定孔壁、降低回转扭矩和拉管阻力、防止管壁磨伤、冷却钻头和发射探头、消除钻进产生的土屑。
2、泥浆材料配比和技术性能指标应满足施工要求，并可根据地层条件、钻头技术要求、施工步骤进行调整。
3、钻进泥浆常用配料：水、膨润土，聚合物等。
4、钻进泥浆 PH 值应控制在 8～10 的范围内。
5、钻进泥浆的密度一般控制在 1.12 ～1.25g/cm 现场用标准泥浆比重计进行测量。
6、泥浆液应在专用的搅拌装置中配制，并通过泥浆循环池使用；从钻孔中返回的泥浆经处理后回用，剩余泥浆应妥善处置。
七、导向孔施工
导向孔施工步骤主要为：探头装入探头盒内；导向钻头连接到钻杆上；转动钻杆，测试探头发射是否正常；回转钻进2m左右；开始按设计轨迹施工；导向孔完成；
1、导向钻头方向控制：导向孔钻进是通过导向钻头高压水射流或泥浆冲蚀破碎，旋转切削成孔的;导向钻头前端为 15°造斜面，该造斜面作用是在钻具不回转钻进时，斜面对钻头有个偏斜力，使钻头向着斜面的反方向偏转，钻具在回转顶进时,由于斜面在旋转中方向不断改变，斜面周向各方向受力均等，使钻头沿其轴向的原有趋势直线前进。
2、导向头方向纠偏：导向孔施工多采用手提式导向仪来确定钻头所在空间位置。导向仪由探头、地表接收器和同步显示器组成。在施工中导向钻头的准确位置和造斜面方向是通过安装在钻头腔室内的信号发射器及地面跟踪导向仪来测定的，并显示在同步显示器上供操作人员掌握孔内情况，以此操作钻头纠偏。导向钻进应按设计轨迹的参数钻进,当发现偏离设计轨迹时，就通过调整钻头斜面的方向进行造斜纠偏，直到钻头位置回到设计轨迹为止，这样就是钻出和设计轨迹重合或非常接近的导向孔。
八、正向动力扩孔施工
扩孔是将导向孔孔径扩大至所铺设的管径以上，以减小铺管时的阻力。扩孔时要注意以下几点：
1、根据不同地质配制不同浓度的泥浆，保证每次回扩孔时回拖力的数值和扭距值控制在钻机正常工作参数之内。
2、回扩过程在必须根据不同地质情况以及现场出浆状况确定回扩速度和泥浆浓度及压力，确保成孔质量。
3、穿越岩石的时候，由于地层时长会出现软硬交接的地方，这会使穿越孔出现台阶。为了防止这种台阶，采取组合钻头进行施工，加长岩石钻具的工作长度（一般是使用双钻头，特别情况自己制作钻头），起到修孔的作用，是扩出来的孔有良好的曲率。
在 30″扩孔结束后，每一级扩孔都加上一级有效扩孔最大钻头。
4、每级扩孔钻具的组合非常重要，第一级扩孔结束，地层软硬位置和程度，基本确定。司钻在扩孔时做好记录，同时对每根钻杆扩孔时间和扭矩分析，再下一级扩孔前，选择好钻具的组合。
5、每一级扩孔都要对钻杆、钻具关键部位磨损程度，进行探伤检查。及时更换疲劳或磨损钻杆，以免在使用过程出现不必要的危险和事故。
6、为了提高扩孔效率，我们多个工地上采取自吸反循环排渣法，使得岩石重复破碎量大大减少，提高钻效，同时也可节约泥浆材料和保持孔内岩粉、砂石含量较少，大大减少钻具的损耗。
九、清孔及试回拖施工
扩孔完毕后，用 40″的扩孔器加挤扩器进行洗孔，直至扭矩和拖力达到可以回拖的参数，洗孔的目的就是为了保证成孔的质量，将孔洞内的硬物，杂块用泥浆带出。若成孔不好可根据情况调整泥浆配方，增加洗孔遍数。
达到回拖条件的扭矩，钻头孔内清孔时扭矩的峰值不超过钻头在孔外自转扭矩
2 倍。清孔结束后，采取试回拖施工；
1、在穿越出土点焊接 4 根长度 12 米Φ1016 管道（长度 60 米）；
2、做好防腐保护全管使用光固化；
3、进行试回拖施工，观察回拖扭矩和拉力；
4、等回拖结束，观察回拖管道的防腐磨损程度；
5、根据磨损程度分析、判定是否满足回拖施工，如不满足，根据实际磨损判断是曲线问题还是防腐保护层厚度不够。
6、修孔或加厚防腐保护层达到回拖条件，继续回拖施工。
试回拖目的：1、检查曲线是否满足回拖管曲率半径，2、确定孔壁对防腐保护层消耗程度。
十、管材连接、回拖铺管
钢管连接采用焊接， PE 采用热熔连接。待铺管材是在回拉铺管前连接完成并试验合格后方可回拉铺管。
回拖是定向穿越的最后一步，也是最为关键的一步，检查无误后，方可对需要铺设的管道进行回拖。
1、在回拖时进行连续作业，避免因停工造成阻力增大。管线回拖前要仔细检查各连接部位的牢固。为保证回拖的顺利和防腐层不受破坏，将采取以下措施：连管回拖前，保证预制管线和穿越轴线的一致性（本次穿越由于地理位置受限，采用吊车吊管，随时调整预制管线角度），减少管线进入孔洞时的侧向摩擦力，确保防腐层完好进入孔洞。
2、采取软接触的措施降低管线回拖时管线的摩擦力。减少管线与孔洞壁的直接接触。
3、在回拖作业时，增加润滑泥浆浓度，使润滑泥浆象薄膜一样附着与防腐层表面，保护防腐层。
4、回拖前后，准备好补口、补伤材料和器具及电火花检漏仪，安排专人巡视管线。
5、在扩孔回拖时，把扭矩控制在合理的范围内。扭矩过大，钻杆卸扣困难，欲速则不达。因此，把扭矩控制在适宜的范围内，保证扩孔回拖时的顺利进行。
十一、现场清理及撤场
1、管线检查井、工作井、钻机工作坑、下管坑清理回填及地面复原。
2、配套设备撤场。
效益分析：
北京西六环中段天然气工程水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工工法经济效益证明
北京西六环中段天然气工程位于北京市门头沟区西六环路以东，军庄镇西山林场范围内，有林场防火公路沿隧道地表通过，交通条件不便利，隧道穿行于丘区，地形起伏大，海拔高程 140m-370m,相对高程 15-250m，山坡坡脚 20°-45°，山坡处多基岩裸露，山间谷地内覆盖碎石土，植被茂密。主管为φ1016mm×17.5mmL485M 钢管；光缆套管为φ114mm×8mm无缝钢管；光缆套管平行于主管，间距 10m。穿越水平直线长度 1911.2 米。本工程穿越岩层坚硬，岩层主要为中风化凝灰质砂岩和凝灰质砾岩，其中Ⅱ级围岩 370m，Ⅲ级围岩1200m,最大单轴抗压强度 125MPa,平均值46.4MPa。穿越长度长孔径大，定向钻穿越长度为1911 米，最大孔径为 1.37 米。传统钻机、钻杆和扩孔器的施工方式，扩孔扭矩小、扩孔级差小、钻进效率低、钻杆断裂和牙轮脱落等事故多、风险大。本工程采用正扩孔施工技术，与传统工艺相比，节约工期约 2 个月，共取得经济效益 2 月×300 万/月=600 万元。具体见下表：
公司高压燃气管道定向钻穿越北江工程水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工工法经济效益证明
压站高压天然气管工程，起源于清远门站，沿现状广清高速及规划高速公路铺设至拟建清新分输调压站，总体走向呈南向北。管道线路水平间距 10.84Km，设计压力 4.0MPa,管径为Φ406.4mm，全线采用三层 PE 加强级防层。北江穿越属于清远门站至清新调压站高压天然气管工程的控制性工程，该穿越工程等级为河流大型穿越工程。本工程穿越方式采用大型水平定向钻穿越,整个穿越水平1659.69m,实长 1680.94m。定向钻穿越钻孔水平长度为 1619.69m,实长 1641.44m。管材规格Φ406.4×12.5mm,材质为L360M PSL2,无缝钢管,输送介质为净化天然气,设计压力 4.0MPa,采用三层 PE 高温型加强级防腐层及改性环氧玻璃钢保护层。
传统钻机、钻杆和扩孔器的施工方式，扩孔扭矩小、扩孔级差小、钻进效低、钻杆断裂和牙轮脱落等事故多、风险大。本工程采用正扩孔施工技术，与传统工艺相比，节约工期约 2 个月。共取得经济效益 2 月×200 万/月=400 万元。
工程应用实例
环中段天然气工程水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工工法工程应用北京西六环中段天然气工程位于北京市门头沟区西六环路以东，军庄镇西山林场范围内，有林场防火公路沿隧道地表通过，交通条件不便利，隧道穿行于丘区，地形起伏大，海拔高程140m-370m,相对高程 15-250m，山坡坡脚 20°-45°，山坡处多基岩裸露，山间谷地内覆盖碎石土，植被茂密。主管为φ1016mm×17.5mmL485M 钢管；光缆套管为φ114mm×8mm 无缝钢管；光缆套管平行于主管，间距 10m。穿越出、入土点高差为 13 米，穿越深度 18 米。穿越水平直线长度 1911.2 米。
2019 年 5 月至 2019 年 9 月期间，采用水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工工法进行扩孔施工。在施工过程中未发生安全事故，而且施工速度比较快，施工费用较低，扩孔施工质量满足设计和施工验收要求。
管道定向钻穿越北江工程水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工工法工程应用实例情况
天然气管工程，起源于清远门站，沿现状广清高速及规划高速公路铺设至拟建清新分输调压站，总体走向呈南向北。管道线路水平间距 10.84Km，设计压力 4.0MPa,管径为Φ406.4mm，全线采用三层 PE 加强级防层。北江穿越属于清远门站至清新调压站高压天然气管工程的控制性工程，该穿越工程等级为河流大型穿越工程。本工程穿越方式采用大型水平定向钻穿越,整个穿越水平1659.69m,实长 1680.94m。定向钻穿越钻孔水平长度为1619.69m,实长 1641.44m。管材规格Φ406.4×12.5mm,材质为L360M PSL2,无缝钢管,输送介质为净化天然气,设计压力 4.0MPa,采用三层 PE 高温型加强级防腐层及改性环氧玻璃钢保护层。
安徽两淮建设有限责任公司于 2018 年 6 月至 2018 年 11 月期间，采用水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工工法进行扩孔施工。在施工过程中未发生安全事故，而且施工速度比较快，施工费用较低，扩孔施工质量满足设计和施工验收要求。
尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、导向孔施工
导向孔施工步骤主要为：探头装入探头盒内；导向钻头连接到钻杆上；转动钻杆，测试探头发射是否正常；回转钻进2m左右；开始按设计轨迹施工；导向孔完成；
b、正向动力扩孔施工
待先导孔钻头在被穿越障碍物的另一侧露出后，卸下导向钻头换上动力钻具及岩石扩孔器，钻具后方连接钻杆且在钻杆上安装有空心扶正器加以扶正，利用钻杆运输高压泥浆作为动力，在高压泥浆的作用下驱动螺杆马达转子旋转，马达转子通过万向轴、传动轴驱动岩石扩孔器正向破岩扩孔，将导向孔孔径扩大至所铺设的管径以上，以减小铺管时的阻力
c、扩孔完毕后，用 40″的扩孔器加挤扩器进行洗孔，直至扭矩和拖力达到可以回拖的参数，洗孔的目的为了保证成孔的质量，将孔洞内的硬物，杂块用泥浆带出；若成孔不好可根据情况调整泥浆配方，增加洗孔遍数；
清孔结束后，进行试回拖；
d、试回拖后进行回施工序。
2.根据权利要求1所述的水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工方法，其特征在于，本发明的动力钻具采用独有的钻具与扩孔器一体化设计，主要由螺旋马达、万向轴、传动轴和岩石扩孔器构成，在岩石扩孔器后有一个高压泥浆马达作为正向扩进的主动力，通过后面连接的钻杆运输高压泥浆驱动阿基米德螺旋马达转子旋转，在通过万向轴、传动轴驱动岩石扩孔器进行破岩。
3.根据权利要求1所述的水平定向钻硬岩大口径正向扩孔施工方法，其特征在于，在回拖过程中，回拖力主要有管道浮力对上孔壁造成的摩阻力和管道在孔内移动过程中与泥浆产生的摩擦力构成；
其计算公式如下:
式中：
－计算的拉力，t
L—穿越管段的长度，m
f—摩擦系数，0.1-0.3
γ-泥浆密度t/m3
D—管子的直径， m
δ—管子的壁厚， m
k—粘滞系数，0.01—0.03。
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