一种用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置的制作方法

本技术属于岩土工程，具体涉及一种结构简单、钻孔效率高、施工成本低、安全可靠的用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置。

背景技术：

1、在岩土工程、地质钻孔中，经常需要变径钻进，一般开孔的口径较大，留有多级空间，采用级差较大的小径施工，会遇到级配不合理，造成钻孔岩粉不能上返排除，钻进效率低甚至钻进困难，级配差距过大还会造成变径后的小口径钻具在钻进的过程中钻杆摆动过大，不仅容易造成断钻杆而形成孔内事故，还容易造成小口径钻具偏离原钻孔的现象，导致后期取断裂钻杆及纠偏的工作量较大，严重影响钻进效率。

2、目前，针对变径钻进存在的上述问题，常用的做法是逐级变径施工，层层下套管，虽然能够减轻乃至避免上述问题，但也存在费工费时费料的问题，从而导致施工成本增加。特别是在大口径充填钻孔施工中，会有不同的施工钻进工艺，如采用小径回转钻打先导孔，然后大口径气动冲击锤扩孔的工艺，就需要开孔时口径较大（如施工ø250mm的充填钻孔，开孔需下ø273mm的护壁管），而为了保证钻孔的精度，需采用小直径的螺杆钻（如ø118mm）进行定向钻进以打出先导孔，由于先导孔的直径远远小于护壁管的口径，即螺杆钻的直径远小于护壁管的口径，为了保证小直径钻具能正常施工，现有技术一般采用逐级变径的方法，但费工费时费料的问题难以解决。为此，现有技术中还有通过在小直径钻具的钻杆上设置可液压控制涨缩的可变径套管，以液压涨大与护壁管内壁形成可旋转的滑动摩擦，来解决小直径钻具钻进过程中摆动过大的问题，而泄压后又能方便的取出小直径钻具；但是，由于可变径套管为了能够胀缩，必然采用橡胶类弹性材料或薄壁金属结构，而橡胶类弹性材料的摩擦系数较大，薄壁金属结构则强度低、壁薄，不仅磨损系数过大需要消耗额外的动力造成施工成本上升，而且都难以满足高速钻进时对使用寿命的需求，导致使用成本较高且可靠性不足。因此，研究一种无需逐级变径，经一次变径即可完成大孔径钻孔内的小直径钻进的技术方案，则具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、根据现有技术的不足，本实用新型提供一种结构简单、钻孔效率高、施工成本低、安全可靠的用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置。

2、本实用新型是这样实现的：包括套管、孔口中心定位器、钻孔中心定位器，所述孔口中心定位器设置在大孔径钻孔的护壁套管顶端，所述套管滑动穿过孔口中心定位器并向护壁套管内延伸，所述套管的底端同轴固定设置有跟管钻头；

3、所述钻孔中心定位器包括固定环、支撑环、限位密封环，所述限位密封环同轴固定设置于靠近跟管钻头的套管下部，所述套管外壁上在孔口中心定位器与限位密封环之间间隔固定设置有若干固定环，所述支撑环与套管同轴且可旋转的设置于各固定环上，所述支撑环与护壁套管间隙配合。

4、本实用新型的有益效果：

5、1、本实用新型通过在小直径钻具所连接的套管上间隔设置多个与护壁套管间隙配合的支撑环，并在套管上部设置覆盖护壁套管顶端的孔口中心定位器，从而即可使套管沿轴向形成稳定的刚性支撑以实现钻进过程自动对中，可有效避免因钻进时套管摆动过大而出现断杆事故，使得小几个等级的小直径钻具经一次变径即可完成先导孔等的钻进，而无需逐级变径施工，因此能够显著提高钻孔的效率，并能降低施工成本且施工质量可靠；而且套管滑动穿过孔口中心定位器且支撑环与护壁套管间隙配合，既能够降低各部件的加工精度，又能够保证套管在跟管钻头钻进过程自动对中，还能够有效减小各部件间的磨损和功耗，从而可提高整体的使用寿命和降低钻进过程中的功耗。

6、2、本实用新型的支撑环可旋转的设置于各固定环上且与护壁套管间隙配合，因此既能保证套管在跟管钻头钻进过程自动对中，又能进一步降低支撑环与护壁套管的摩擦力，而且可旋转的支撑环还可避免套管偏心时造成支撑环局部与护壁套管摩擦，从而可显著减缓支撑环的磨损而提高整体的使用寿命。

7、3、本实用新型的支撑环旋转设置在套管的固定环上，因此非固定的支撑环可根据不同护壁套管的内经进行替换，从而扩大套管及其限位密封环、跟管钻头的适应范围。

8、综上所述，本实用新型具有结构简单、钻孔效率高、施工成本低、安全可靠的特点。

技术特征：

1.一种用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，其特征在于包括套管（1）、孔口中心定位器（2）、钻孔中心定位器（3），所述孔口中心定位器（2）设置在大孔径钻孔的护壁套管（4）顶端，所述套管（1）滑动穿过孔口中心定位器（2）并向护壁套管（4）内延伸，所述套管（1）的底端同轴固定设置有跟管钻头（5）；

2.根据权利要求1所述用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，其特征在于所述支撑环（32）上间隔贯穿设置有至少两个水槽孔（34）。

3.根据权利要求1所述用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，其特征在于所述孔口中心定位器（2）包括本体（21）、上定位环（22），所述本体（21）滑动设置于护壁套管（4）内，所述上定位环（22）同轴固定设置于本体（21）的顶端且外径大于护壁套管（4）的外径，所述套管（1）滑动穿过本体（21）并向护壁套管（4）内延伸。

4.根据权利要求3所述用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，其特征在于所述孔口中心定位器（2）还包括固定设置于本体（21）下端的下定位环（23），所述下定位环（23）与护壁套管（4）间隙配合，所述本体（21）的直径小于护壁套管（4）的内径。

5.根据权利要求4所述用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，其特征在于所述上定位环（22）的外径大于护壁套管（4）的外径4～10cm，所述下定位环（23）的外径小于护壁套管（4）的内径0.5～2cm。

6.根据权利要求1至5任意一项所述用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，其特征在于所述固定环（31）包括上固定环（311）、下固定环（312），所述上固定环（311）及下固定环（312）分别间隔固定设置于套管（1）上，所述支撑环（32）设置于上固定环（311）与下固定环（312）之间，所述支撑环（32）的厚度小于上固定环（311）与下固定环（312）的间距，所述支撑环（32）的内孔与套管（1）外壁间间隙配合。

7.根据权利要求2所述用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，其特征在于所述支撑环（32）为板状圆环，所述水槽孔（34）周向均布于支撑环（32）上。

8.根据权利要求6所述用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，其特征在于所述支撑环（32）包括外环（321）、内环（322）、垂直于套管（1）轴线且均布在外环（321）与内环（322）之间的连接杆（323），所述连接杆（323）的两端分别与外环（321）及内环（322）固定连接，所述外环（321）与护壁套管（4）间隙配合，所述内环（322）的厚度小于上固定环（311）与下固定环（312）的间距，所述内环（322）的内孔与套管（1）外壁间间隙配合。

9.根据权利要求6所述用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，其特征在于所述支撑环（32）的内径大于护壁套管（4）的外径0.5～2cm。

10.根据权利要求6所述用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，其特征在于所述套管（1）外壁上的固定环（31）之间间隔2～4m。

技术总结
本技术公开一种用于大孔径钻孔内的小直径套管中心定位装置，孔口中心定位器设在大孔径钻孔的护壁套管顶端，套管滑动穿过孔口中心定位器并向护壁套管内延伸，套管底端固定有跟管钻头；钻孔中心定位器的限位密封环固定在套管下部，套管在孔口中心定位器与限位密封环间固定有若干固定环，支撑环与套管同轴且可旋转的设于各固定环上，支撑环与护壁套管间隙配合。本技术在小直径套管上间隔设置若干与护壁套管间隙配合的支撑环，并在套管上部设置覆盖护壁套管顶端的孔口中心定位器，从而对套管沿轴向形成稳定支撑以实现钻进时自动对中，可有效避免因钻进时套管摆动过大而出现断杆事故，具有结构简单、钻孔效率高、施工成本低、安全可靠的特点。

技术研发人员：杨昌杰,彭忠强,海宾,唐加祥,吕晓宏,李连长,赵冲全
受保护的技术使用者：中国有色金属工业昆明勘察设计研究院有限公司
技术研发日：20230209
技术公布日：2024/1/12