扩孔钻压时，扩孔器3在钻杆柱的带动下高速回转并切削破碎孔壁周遭岩土体实现扩孔钻进，同时以正循环方式不断循环着的有压浆液(最好采用低固相或无固相泥浆。其中，低固相泥浆:是指粘土含量(以重量计)< 10%，或者指粘土含量(以体积计)< 4%的泥浆；无固相泥浆:是指不加粘土，仅由有机高分子聚合物与水混合配制而成的分散体系。)从若干空化射流喷嘴35的液流入口 351流入其内腔，并由液流出口 352高速喷出形成空化射流，可对将要破碎的孔壁周遭岩土体进行超前(预)冲蚀破碎，以实现辅助扩孔器3进行扩孔钻进，可有效提升对岩土体进行扩孔钻进时的作业效率。
[0042]如图1-1、图1-2、图2-1、图2-2所示，本发明还涉及一种回拉扩孔总成，按照与将要实施扩孔钻进的方向相反，依次由扭力冲击器I或液动冲击器2、上述的扩孔器3 (采用第一实施例的扩孔器3)，以及封液接头4组成，它们之间通过螺纹密封连接，使用本发明实施非开挖铺设管线施工过程中的回拉扩孔钻进时浆液采用正循环的方式。具体地，扩孔器3的上部通过上端连接螺纹31与扭力冲击器I或液动冲击器2相连。
[0043]若连接扭力冲击器I实施非开挖管线铺设回拉扩孔钻进，则扭力冲击器I可为整套钻具持续提供与钻具回转方向相一致的附加冲击扭力作用，其上端通过螺纹与钻杆柱相连，下端由螺纹与扩孔器3相连，这样就可在实施非开挖管线铺设回拉扩孔钻进的过程中使扩孔器3在由钻机提供动力带动整套钻具回转并回拉扩孔钻进时，持续为其提供一个额外的附加冲击扭力作用，不仅可有效增强扩孔器3的回转切削碎岩效果，此外还能减少钻机的动力消耗。
[0044]若连接液动冲击器2实施非开挖管线铺设回拉扩孔钻进，则液动冲击器2可为整套钻具提供轴向的往复冲击载荷，其上端通过螺纹与钻杆柱相连，下端由螺纹与扩孔器3相连，这样一来就可在实施非开挖管线铺设回拉扩孔钻进的过程中实现冲击回转碎岩的扩孔钻进方式，可使对岩石的回拉扩孔钻进效率得到有效提升，同时在一定程度上还可起到钻具解卡的作用。
[0045]如图6-1、图6-2、图7所示，封液接头4是连接扩孔器3和分动器、钻杆柱(或成品管道)的部件，它主要由上螺纹41、中部隔液板42和下螺纹43组成。其上部通过上螺纹41与扩孔器3的下端连接螺纹34相连；中部为中部隔液板42，用于封堵实施非开挖管线铺设回拉扩孔钻进时在整套钻具中不断循环着的有压浆液，使有压浆液能够在扩孔器3的中心通道内不断积蓄能量并向上累积起来，从而使有压浆液能够沿着若干贯通孔33流入空化射流喷嘴35中形成空化射流；下部通过下螺纹43与分动器、钻杆柱(或成品管道)等相连，若分动器等不是采用螺纹连接的方式，则可通过在下螺纹43处连接一个相适宜的转换过渡接头用于连接分动器等即可。
[0046]整套回拉扩孔总成回转与回拉扩孔的动力来源于放置在地表的钻机，若连接的是扭力冲击器1，则由泥浆泵泵送的有压浆液沿钻杆柱中心通道流入扭力冲击器1，驱动扭力冲击器I工作提供持续且与钻具回转方向相一致的附加冲击扭力作用，可为扩孔器3在由钻机提供动力带动整套钻具回转并回拉扩孔钻进的同时，持续为其提供一个额外的附加冲击扭力作用，不仅可有效增强扩孔器3的回转切削碎岩效果，同时还能减少钻机的动力消耗；若连接的是液动冲击器2，则由泥浆泵泵送的有压浆液沿钻杆柱中心通道流入液动冲击器2，驱动液动冲击器2的冲锤沿轴向往复运动，从而在扩孔器3的上端不断地施加冲击载荷，以实现对孔壁周遭岩石以冲击回转碎岩的方式进行扩孔钻进，可使对岩石的扩孔钻进效率得到有效提升，同时在一定程度上还可起到钻具解卡的作用。
[0047]钻机带动整套回拉扩孔总成高速回转并施加回拉扩孔钻进时适宜的钻压，此时布设在扩孔器3上的若干切削具321不断地回转切削破碎孔壁周遭的岩土体实现回转切削碎岩方式下的扩孔钻进。有压浆液流进扩孔器3的中心通道直至抵达封液接头4后被中部隔液板42阻隔，同时不断循环着的有压浆液在扩孔器3的中心通道内不断积蓄能量并向上累积起来，沿着若干贯通孔33从若干空化射流喷嘴35的液流入口 351流入其内腔，并由液流出口 352高速喷出形成空化射流，可对孔壁周遭的岩土体进行超前(预)冲蚀破碎，以实现辅助扩孔器进行扩孔钻进，可有效提升非开挖管线铺设回拉扩孔钻进时的作业效率。
[0048]在集成了扭力冲击器I提供附加冲击扭力或液动冲击器2提供往复冲击载荷作用下的扩孔器3，既可实现高效的回转切削碎岩方式下的回拉扩孔钻进，还可实现冲击回转碎岩方式下的回拉扩孔钻进，同时辅以空化射流对孔壁周遭岩土体的超前(预)冲蚀破碎作用，即本发明可同时实现上述多种方式相耦合作用下的多工艺回拉扩孔钻进方法，在此条件下，随着回拉扩孔钻进地不断进行，连接于封液接头4后部的分动器、钻杆柱(或成品管道)等将一齐随着钻机带动整套本发明回拉扩孔钻进并沿着已钻成的钻孔轨迹完成非开挖条件下的管线铺设。
[0049]第二实施例:
[0050]如图3-4、图5-3所示，为本发明另一种非开挖铺设管线用扩孔器结构示意图，第二实施例中的扩孔器3整体结构与第一实施例中的扩孔器3基本相同，区别在于，钻头本体内部偏下的位置处设有用于阻隔其中心通道的底部隔液板36。这样在使用本实施例的扩孔器3时，无需外接封液接头4，直接通过下端连接螺纹34连接分动器、钻杆柱(或成品管道)等即可。
[0051]根据第二实施例，本发明还提供了另一种用于非开挖条件下管线铺设的回拉扩孔总成，其包括冲击器和扩孔器3 (采用第二实施例的扩孔器3);所述扩孔器3的一端与所述冲击器之间通过上端连接螺纹31密封连接，所述扩孔器3的另一端通过下端连接螺纹34连接分动器、钻杆柱(或成品管道)等即可。
[0052]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种扩孔器，其特征在于：包括中心贯通的钻头本体，所述钻头本体的中部沿周向设有多个均匀分布在所述钻头本体外侧的切削单元；相邻的所述切削单元之间设有用于将所述钻头本体内部的不断循环着的有压浆液排出的倾斜状的贯通孔；至少有一个所述贯通孔的出口端嵌固有空化射流喷嘴； 所述切削单元包括切削具、钢体和孕镶金刚石条；所述钢体固定在所述钻头本体外侧的圆周面上；所述切削具嵌固于所述钢体上；所述孕镶金刚石条设置在所述钢体的外侧。
2.根据权利要求I所述一种扩孔器，其特征在于：所述空化射流喷嘴与所述贯通孔一体成型，或所述空化射流喷嘴通过螺纹、焊接或过盈配合的固定方式嵌固于所述贯通孔出口端处。
3.根据权利要求I所述一种扩孔器，其特征在于：所述空化射流喷嘴内腔的中部设有阶梯孔，所述空化射流喷嘴的出口端设有喇叭口。
4.根据权利要求I所述一种扩孔器，其特征在于：所述贯通孔的轴线与所述钻头本体的轴线之间的夹角为30°至60°。
5.根据权利要求I至4任一项所述一种扩孔器，其特征在于：所述钻头本体内部偏下的位置处设有用于阻隔其中心通道的底部隔液板；所述钻头本体的一端设有用于连接冲击器的螺纹；所述钻头本体的另一端设有用于与分动器、钻杆柱或成品管道连接的螺纹。
6.一种回拉扩孔总成，其特征在于：包括冲击器、封液接头和如权利要求I至4任一项所述的扩孔器；所述扩孔器的一端与所述冲击器之间通过螺纹密封连接，所述扩孔器的另一端与所述封液接头通过螺纹密封连接。
7.根据权利要求6所述一种回拉扩孔总成，其特征在于：所述冲击器为扭力冲击器或液动冲击器。
8.根据权利要求6所述一种回拉扩孔总成，其特征在于：所述封液接头的内腔中部设有用于封堵有压浆液并使其能够在扩孔器的中心通道内积蓄能量并向上累积起来的中部隔液板。
9.根据权利要求6所述一种回拉扩孔总成，其特征在于：所述封液接头远离所述扩孔器的一端设有用于与分动器、钻杆柱或成品管道连接的螺纹。
10.一种回拉扩孔总成的扩孔钻进方法，其特征在于：使用权利要求6至9任一项所述回拉扩孔总成时，需要向扩孔器内提供以正循环方式不断循环着的有压浆液；所述浆液为低固相或无固相泥浆。
【专利摘要】本发明涉及一种扩孔器，其包括中心贯通的钻头本体，钻头本体的中部沿周向设有多个均布在钻头本体外侧的切削单元；相邻的切削单元之间设有贯通孔；至少有一个贯通孔的出口端嵌固有空化射流喷嘴。一种回拉扩孔总成，其包括冲击器、封液接头和上述的扩孔器；扩孔器的一端与冲击器之间通过螺纹密封连接，另一端与封液接头通过螺纹密封连接。利用本发明实施非开挖管线铺设回拉扩孔时，可同时实现扭力冲击器联合扩孔器的高效回转切削碎岩式扩孔钻进，或液动冲击器联合扩孔器的冲击回转碎岩式扩孔钻进，同时与从空化射流喷嘴高速喷出的空化射流辅助碎岩相耦合的多工艺扩孔钻进方法，可有效提升本发明实施非开挖管线铺设回拉扩孔时的作业效率。
【IPC分类】E21B7-28
【公开号】CN104763338
【申请号】CN201510098453
【发明人】霍宇翔, 温继伟, 马永红, 韦猛, 袁进科, 姜杰
【申请人】成都理工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月5日