輻射孔導向鉆進設備及工藝的制作方法

本發明涉及地質鉆進領域，特別涉及一種輻射孔導向鉆進設備和工藝。

背景技術：

在現有技術中，砂卵石地層是主要的含水層，但是砂卵石地層軟硬交錯、膠結度差，在現有鉆進技術中，是特別難以鉆進的地層。砂卵石地層軟硬交錯帶來的主要問題是鉆進方向難以控制，膠結度差帶來的問題主要是井壁穩定性差，很容易塌孔。目前，潛孔錘跟管鉆進技術是砂卵石地層鉆進的有效方法方法，但是潛孔錘跟管鉆進只能用于不含水地層而且鉆進效率低。

輻射井能提高單井出水量7-8倍，目前傳統輻射井的施工步驟是：(1)先完成豎井施工。(2)人員下到井底利用沖擊回轉鉆機完成水平輻射孔施工。

傳統施工方法的局限性在于：(1)由于施工人員要下到狹小的豎井中，施工環境特別惡劣，安全性差。(2)由于空間有限，沖擊回轉鉆機的能力受到很大的限制導致輻射孔的長度受到很大的限制。(3)輻射孔在鉆進過程中易坍塌，在輻射孔完成后布設濾水管困難。

技術實現要素：

針對上述現有技術中的缺點和不足，本發明的第一目的在于提供一種鉆孔方便且成孔率高的輻射孔導向鉆進設備。

本發明的第一目的是通過以下技術方案實現的：

一種輻射孔導向鉆進設備，包括導向儀、導向鉆機和雙層鉆桿，所述導向鉆機上裝配有雙回轉動力頭，所述雙層鉆桿包括外層的外鉆桿和內層的內鉆桿，所述外鉆桿和內鉆桿分別對應雙回轉動力頭的兩個動力輸出接頭連接；還包括雙管導向節和導向鉆頭，所述雙管導向節包括外管和內管，所述外管一端與外鉆桿連接，所述內管一端與內鉆桿連接，所述外管上開有探棒倉，所述探棒倉內設置有與導向儀相互通信的探棒，所述內管另一端連接有導向鉆頭。

優選地，所述雙管導向節還包括油缸和支撐板，所述內管在外管內沿外管軸向運動，在外管的外壁上開有與支撐板形狀相應的容納腔，容納腔底部開有至少一個與外管內腔導通的泄壓孔，所述油缸設置在泄壓孔內，所述油缸與泄壓孔的孔壁之間相對滑動，孔壁和油缸之間采用密封圈密封，油缸的活塞與支撐板固定連接；所述外管包括鉆進端和動力端，沿容納腔與動力端之間外管內壁的周向設置凸臺，所述內管包括鉆桿頸和鉆桿主體，所述鉆桿主體的外徑大于鉆桿頸的外徑：當內管的鉆桿頸運動至與凸臺對應時，鉆桿頸與凸臺之間具有環空；當內管的鉆桿主體運動至與凸臺對應時，鉆桿主體與凸臺間隙配合。

優選地，所述雙管導向節還包括油缸和支撐板，所述內管通過軸承懸掛支撐在外管內，在外管的外壁上開有與支撐板形狀相應的容納腔，容納腔底部開有至少一個與油缸外套內腔導通的泄壓孔，所述油缸設置在泄壓孔內，所述油缸與泄壓孔的孔壁之間相對滑動，孔壁和油缸之間采用密封圈密封，油缸的活塞與支撐板固定連接。

優選地，還包括擴孔鉆頭，所述擴孔鉆頭一端套在導向鉆頭的一端，所述導向鉆頭套有擴孔鉆頭的一端套在內管靠近外管動力端的一端。

優選地，還包括2個復位彈簧，所述復位彈簧設置于容納腔底部開設的彈簧槽內，所述復位彈簧的兩端分別與彈簧槽的底部和支撐板固定連接；所述泄壓孔為2個或4個，2個復位彈簧與泄壓孔位于同一條直線，泄壓孔位于2個復位彈簧之間。

優選地，在外管鉆進端和動力端的內壁上均設置臺階面，所述臺階面上設置有軸承，軸承外圈與外管的內壁固定設置，軸承內圈套在軸承支座上，所述軸承支座中心具有供內管穿過的通孔，所述內管與軸承之間為間隙配合；設置在動力端的軸承支座具有凸出外管的連接段，所述連接段的外壁上設置有外螺紋，所述擴孔鉆頭與設置在動力端的軸承支座通過外螺紋連接。

優選地，還包括異徑接頭，所述異徑接頭一端插到外管的動力端內，與所述動力端內壁通過螺紋連接；另一端與外鉆桿連接。

本發明的第二目的在于提供一種輻射孔導向鉆進工藝。本發明的第二目的是通過以下方案實現的：

一種輻射孔導向鉆進工藝，包括如下步驟：

S1，在已完成的豎井邊緣放置導向儀；

S2，在導向儀和豎井所在直線的延長線選擇鉆進點和破土點；

S3，在導向鉆機的雙回轉動力頭上接上雙層鉆桿，在雙層鉆桿的另一端接上導向節，導向節上安裝導向鉆頭；

S4，通過導向儀和探棒之間的通信連接關系為導向鉆頭進行導向，通過導向鉆機的回轉動力頭加壓鉆進，使導向鉆頭在雙層鉆桿的驅動下進入到豎井內，然后繼續鉆進直至導向鉆頭和雙管導向節從破土點伸出；

S5，將雙管導向節和導向鉆頭從雙層鉆桿上拆卸掉，在雙層鉆桿的內鉆桿上連接濾水管；

S6，通過雙回轉動力頭將內鉆桿從外鉆桿內抽出，同時內鉆桿帶動濾水管進入到外鉆桿內；

S7，當濾水管隨內鉆桿從鉆進點出來后，從破土點處剪斷濾水管；

S8，通過雙回轉動力頭將外鉆桿從鉆進點拔出，完成一對輻射孔的施工。

優選地，在濾水管的斷口塞入圓柱形塞子，然后泵入水泥封口。

優選地，所述濾水管上分布有用于漏水的孔或縫。

與現有技術相比，本發明實施例至少具有以下優點：

本輻射孔導向鉆進設備采用技術比較成熟的非開挖方法，再配以雙動力頭鉆機、雙層鉆桿和為了在鉆孔過程中調整鉆進方向的雙管導向節解決了砂卵石地層鉆進輻射孔的鉆孔精度和濾水管下放難等問題。

具體優點如下：

(1)鉆進時通過兩層鉆桿中的外鉆桿造斜，內鉆桿鉆進，使鉆孔精度高。

(2)雙層鉆桿反循環鉆進，與正循環鉆井液從內鉆桿中心流入再從鉆桿與井壁的環空返出不同，雙層鉆桿反循環鉆進時鉆井液從內鉆桿和外鉆桿的間隙流入，從內鉆桿的中心孔返出，使外鉆桿與孔壁之間充滿帶壓鉆井液，可有效維護砂卵石井壁的穩定。

(3)回拖濾水管時外鉆桿充當套管，使濾水管能順利下放。

附圖說明

圖1為本發明輻射孔導向鉆進設備的結構示意圖；

圖2為本發明輻射孔導向鉆進設備的雙管導向節的一種具體實施例的結構示意圖；

圖3為本發明輻射孔導向鉆進設備的雙管導向節的又一種具體實施例的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設計。因此，以下對在附圖中提供的本發明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發明的范圍，而是僅僅表示本發明的選定實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。

下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳述。

如圖1所以，一種輻射孔4導向鉆進設備，包括導向儀5、導向鉆機1和雙層鉆桿2，導向鉆機1上裝配有雙回轉動力頭，雙層鉆桿2包括外層的外鉆桿和內層的內鉆桿，外鉆桿和內鉆桿分別對應雙回轉動力頭的兩個動力輸出接頭連接；還包括雙管導向節7和導向鉆頭6，雙管導向節7包括外管9和內管11，外管9一端與外鉆桿連接，內管11一端與內鉆桿連接，外管9上開有探棒倉12，探棒倉12內設置有與導向儀5相互通信的探棒，內管11另一端連接有導向鉆頭6。通過探棒和導向儀5之間的通信，可以準確定位導向鉆頭6的深埋和方位。

與本輻射孔4導向鉆進設備對應的輻射孔4導向鉆進工藝，包括如下步驟：

S1，在已完成的豎井3邊緣放置導向儀5。

S2，在導向儀5和豎井3所在直線的延長線選擇鉆進點A和破土點B。

S3，在導向鉆機1的雙回轉動力頭上接上雙層鉆桿2，在雙層鉆桿2的另一端接上導向節，導向節上安裝導向鉆頭6。

S4，通過導向儀5和探棒之間的通信連接關系為導向鉆頭6進行導向，通過導向鉆機1的回轉動力頭加壓鉆進，使導向鉆頭6在雙層鉆桿2的驅動下進入到豎井3內，然后繼續鉆進直至導向鉆頭6和雙管導向節7從破土點B伸出。

S5，將雙管導向節7和導向鉆頭6從雙層鉆桿2上拆卸掉，在雙層鉆桿2的內鉆桿上連接濾水管；濾水管上分布有用于漏水的孔或縫。

S6，通過雙回轉動力頭將內鉆桿從外鉆桿內抽出，同時內鉆桿帶動濾水管進入到外鉆桿內。

S7，當濾水管隨內鉆桿從鉆進點A出來后，從破土點B處剪斷濾水管；然后在濾水管的斷口塞入圓柱形塞子，然后泵入水泥封口。

S8，通過雙回轉動力頭將外鉆桿從鉆進點拔出，完成一對輻射孔4的施工。

為了實現在鉆進過程中對鉆孔造斜，在具體實施方式中提供了兩種導向節，均能達到鉆孔造斜的效果。

第一種導向節：

如圖2所示，雙管導向節7還包括油缸13和支撐板14，內管11在外管9內沿外管9軸向運動，在外管9的外壁上開有與支撐板14形狀相應的容納腔15，容納腔15底部開有至少一個與外管9內腔導通的泄壓孔16，油缸13設置在泄壓孔16內，油缸13與泄壓孔16的孔壁之間相對滑動，孔壁和油缸13之間采用密封圈密封，油缸13的活塞與支撐板14固定連接；外管9包括鉆進端和動力端，沿容納腔15與動力端之間外管9內壁的周向設置凸臺21，內管11包括鉆桿頸17和鉆桿主體18，鉆桿主體18的外徑大于鉆桿頸17的外徑：當內管11的鉆桿頸17運動至與凸臺21對應時，鉆桿頸17與凸臺21之間具有環空；當內管11的鉆桿主體18運動至與凸臺21對應時，鉆桿主體18與凸臺21間隙配合。其中，凸臺21朝向鉆進端的一面為斜面，內鉆桿的鉆桿頸17和鉆桿主體18之間的過渡面為與斜面相應的錐面。凸臺21和過渡面之間的錐斜配合可以避免凸臺21與過渡面之間相對卡止導致內鉆桿回收不暢。

為了擴大輻射孔4的內徑，還包括擴孔鉆頭19，擴孔鉆頭19一端套在導向鉆頭6的一端，導向鉆頭6套有擴孔鉆頭19的一端套在內管11靠近外管9動力端的一端。內鉆桿與導向鉆頭連接的一端的外輪廓為六方結構，其余部分為圓柱形。擴孔鉆頭19與其靠近的軸承支座10連接，這樣鉆進時可實現位于地表的鉆機帶動內鉆桿旋轉，內鉆桿帶動導向鉆頭6旋轉，導向鉆頭6帶動擴孔鉆頭19和與擴孔鉆頭19連接的軸承支座10旋轉，而油缸13外套以及與其相連的外鉆桿可以不旋轉。

為了能夠使支撐板14收回容納腔15，還包括2個復位彈簧20，復位彈簧20設置于容納腔15底部開設的彈簧槽內，復位彈簧20的兩端分別與彈簧槽的底部和支撐板14固定連接；泄壓孔16為2個，2個復位彈簧20與2個泄壓孔16位于同一條直線，2個泄壓孔16位于2個復位彈簧20之間。

在外管9鉆進端和動力端的內壁上均設置臺階面，臺階面上設置有軸承，軸承外圈與外管9的內壁固定設置，軸承內圈套在軸承支座10上，軸承支座10中心具有供內管11穿過的通孔，內管11與軸承之間為間隙配合；設置在動力端的軸承支座10具有凸出外管9的連接段，連接段的外壁上設置有外螺紋，擴孔鉆頭19與設置在動力端的軸承支座10通過外螺紋連接。

為了與延伸至地表的外鉆桿連接，還包括異徑接頭8，異徑接頭8一端插到外管9的動力端內，與動力端內壁通過螺紋連接；另一端與外鉆桿連接。

該雙管導向節7的造斜機理說明：通過對內鉆桿施加鉆壓和扭矩鉆進，進而控制支撐板14的伸出和收回實現鉆孔方向的改變。

鉆進直孔時，向前推動內鉆桿，使內鉆桿的鉆桿頸17與凸臺21的位置對應，此時，凸臺21與內鉆桿之間具有環空，鉆井液在油缸13所在位置的壓力不能將油缸13推出，支撐板14收在容納腔15內。

需要造斜時，將內鉆桿往后拉動，使內鉆桿的鉆桿主體18與凸臺21的位置對應，此時，凸臺21與內鉆桿之間的環空閉合，從而使鉆井液在油缸13所處位置形成憋壓，當鉆井液的壓力達到一定強度時將推動油缸13向外運動，從而推動支撐板14向外運動。當支撐板14與井壁產生作用力時，會改變導向鉆頭6的鉆進方向，從而達到造斜的目的。

本雙管導向節7具有如下優點：

(1)需要造斜時支撐板14才會伸出，鉆進直孔時支撐板14處于收回狀態，從而使鉆孔直徑減小，提高鉆進效率，減小鉆孔坍塌風險。

(2)導向鉆頭6和擴孔鉆頭19的組合設計使在砂卵石地層中鉆進更穩定，該組合類似階梯鉆頭，前端導向鉆頭6具有鉆進導向孔的作用，后端擴孔鉆頭19具有擴張鉆孔的作用。

(3)通過軸承懸掛軸承支座10，可使油缸13外套以上的外管9不旋轉或獨立旋轉，造斜時支撐板14處于靜止狀態將有利于造斜的穩定性。

第二種導向節：

如圖3所示，雙管導向節7還包括油缸13和支撐板14，內管11通過軸承和軸承支座10懸掛支撐在外管9內(軸承支座10為空心軸承支座，內管11從空心穿過，軸承內圈套在空心軸承支座上，軸承外圈與外管9內壁抵接，在外管9端部安裝軸承端蓋22)，在外管9的外壁上開有與支撐板14形狀相應的容納腔15，容納腔15底部開有至少一個與油缸13外套內腔導通的泄壓孔16，油缸13設置在泄壓孔16內，油缸13與泄壓孔16的孔壁之間相對滑動，孔壁和油缸13之間采用密封圈密封，油缸13的活塞與支撐板14固定連接。

為了能夠使支撐板14收回容納腔15，還包括2個復位彈簧20，復位彈簧20設置于容納腔15底部開設的彈簧槽內，復位彈簧20的兩端分別與彈簧槽的底部和支撐板14固定連接；泄壓孔16為4個，2個復位彈簧20與泄壓孔16位于同一條直線，泄壓孔16位于2個復位彈簧20之間。

該雙管導向節7通過內鉆桿和外鉆桿與地面上的雙動力頭鉆機相連，內鉆桿和外鉆桿既可以相對獨立的旋轉，也可以同步旋轉。

通過控制注入到內鉆桿和外鉆桿之間環空內的鉆井液的流量，鉆井液流量的變化導致鉆井液在油缸13所處的位置形成的壓力產生變化，當壓力達到一定程度時，油缸13活塞會在通過鉆井液液壓驅動下伸出，從而頂起支撐板14，復位彈簧20被支撐板14拉起處于拉伸狀態，支撐板14與鉆孔的孔壁接觸后會產生與鉆桿軸向垂直的作用力，進而改變鉆頭的鉆進方向，產生造斜的效果。當要調整鉆進方向時將油缸13外套帶有支撐板14一側調整到需要改變方向的180°位置固定下來，再單獨旋轉內鉆桿，鉆孔即向需要調整的方向偏轉。當需要鉆進直孔時，同時旋轉內鉆桿和外鉆桿，由于鉆孔的孔壁施加給支撐板14的作用力方向在不停的改變，所以鉆孔成直線狀態。減小鉆井液的流量，使得油缸13所處位置的鉆井液的憋壓狀態得到緩解，復位彈簧20自身的恢復形變力帶動支撐板14返回容納腔15內，避免影響外鉆桿旋轉。

第一，在一定范圍內可通過調節鉆井液的壓力來調節支撐板14的伸出長度，進而調節鉆孔的造斜率。

第二，探棒安裝在距離鉆頭較近的位置可以更準確地探測到鉆頭的深埋及方位，從而使鉆孔方位的控制更加精確。

第三，在擰卸掉轉換接頭后可以將內鉆桿完全從外鉆桿中抽出，從而方便濾水管的下放。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。