一种水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器的制作方法

1.本实用新型属于水平定向钻施工领域，具体涉及一种水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器。


背景技术：

2.水平定向钻穿越山体岩石扩孔施工过程中，因穿越山体岩层山泉水丰富，泥浆形成的泥膜无法承受周围山泉水的水压，无法建立有效的泥浆护壁系统，且孔内涌水量过大，在无法确认出水位置的情况下对孔内出水口有效封堵，扩孔时注入的泥浆会被山泉水稀释，导致孔中大量岩屑无法通过钻杆随泥浆带出，在施工过程中容易导致钻杆抱死、钻具扭矩过大导致卡钻现象，无法正常进行穿越施工。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供一种水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器，专门处理水平定向钻穿越工程山体岩石且山泉水丰富导致钻杆抱死的情况。
4.本实用新型的一种水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器，一种水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器，其包括带孔中心杆、筛孔外护套、水流加速器，筛孔外护套固定于带孔中心杆的外部(或外周)，且长度小于带孔中心杆的长度，水流加速器两端分别与带孔中心杆的一端和钻杆连接(优选可拆卸连接)，带孔中心杆的另一端与钻杆连接，即吸砂器使用时安装于两节钻杆之间。
5.进一步地，带孔中心杆采用常用水平定向钻钻杆制作，根据钻杆的直径，带孔中心杆的长度可为1.5m-2.5m(钻杆直径越大，带孔中心杆越长，钻杆直径一般可为120-250mm，优选150-200cm，例如168mm)，两端分别制作内螺纹及外螺纹，用来连接水流加速器和钻杆。带孔中心杆包括中心杆主体(圆筒状)和中间孔洞，中间孔洞采取双排、三排、四排或更多排，用于吸入砂粒，直径为3～4cm，每排的孔的数目是2-8个，优选3-6个，例如4个，每排的各个孔之间的间距可为6-12cm，例如9～10cm，两排孔之间的距离范围可为1-8cm，例如2～4cm。
6.进一步地，筛孔外护套可采用钢板焊接制作，直径约为带孔中心杆直径的2-4倍，可为两端直径变小的筒状或中空的多面体状，中间部分均匀分布直径为1.5-3cm，优选1.8-2.5cm，更优选1.8-2.2cm，例如2cm的小孔21，用于吸入砂粒，同时过滤掉较大的岩石块，小孔的总数目范围可为216～704个，例如中心杆倍直径，横排6个小孔，竖排9个，4个面；中心杆3倍直径，横排8个小孔，竖排12个，4个面；中心杆4倍直径，横排11个小孔，竖排16个，4个面，相邻小孔之间的间距可为1-3cm，优选1.5-2.5cm，例如约2cm，可分多排分布，每排小孔之间的间距可为1-3cm，优选1.5-2.5cm，例如2cm，同一排小孔之间的间距是1-3cm，优选1.5-2.5cm，例如2cm，每一排的小孔的数目是24～44个和所有排的小孔的总数目是大约216～704个，两侧直径变小与带孔中心杆焊接连接，筛孔外护套上下两端距离带孔中心杆的两端的距离可为8.4～25.2cm。
7.进一步地，水流加速器分别由水流加速器连接杆、与连接杆的一端连接的水流加速杆、固定于水流加速杆前端(即远离连接杆的一端)的喷嘴构成，例如焊接连接组成或一体形成，优选连接杆直径与带孔中心杆相同，连接杆与带孔中心杆螺纹连接(例如连接杆的与水流加速杆连接的一端具有外螺纹，与带孔中心杆的内螺纹螺接)，水流加速杆直径80-95cm，进一步85-91cm，例如89mm(外径，壁厚一般15-25cm，例如约20mm)可为连接杆直径的1/3-1/2，长度可为200mm-300mm。喷嘴出水口直径可为15mm-20mm。连接杆、水流加速杆的内部结构是：头部为半圆形窝，窝的上方有孔(即出水口)与杆体相连，出水口内径可为15mm-20mm，加速杆体内径可为40-55cm，例如约49cm。
8.进一步地，水流加速器的连接杆两端分别是内螺纹及外螺纹，连接杆外螺纹一端连接带孔中心杆的内螺纹一端连接，连接杆内螺纹一端与钻杆连接。
9.进一步地，吸砂器装置的前后两端分别螺纹连接钻杆，在钻杆回拖扩孔过程中使用。
10.进一步地，吸砂器整体材质可以选用20#或q235b钢材制作，壁厚15-30mm，优选17-25mm，进一步优选18-22mm，例如20mm。
11.施工场景：
12.水平定向钻钻杆(例如d168的钻杆)回拖d800管线，长度1000米。在穿越山体岩石扩孔过程中发现孔洞中有山泉水涌出，导致泥浆被稀释，无法带出岩屑，无法成孔，如果在未成孔的情况下回拖管线极易导致管线被抱死。于是将吸砂器连接在钻杆上进行扩孔，将岩屑带出。使用本实用新型的水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器的过程：
13.1、在扩孔过程中将吸砂器连接在钻杆上(在扩孔器后端)，进行回拖。
14.2、在回拖过程中，向钻杆中持续注水，水流速度不低于500l/min。
15.3、水流通过吸砂器中的水流加速器后，水流速度突然增大，根据伯努利定律，流速越快，流体产生的压力就越小，从而吸砂器内外会形成压力差，通过负压作用岩屑被吸入吸砂器中随着水流通过钻杆带出。
16.4、岩屑被带出后，扩孔成功，可以进行管线的回拖施工。
17.本实用新型适用于此场景下所有钻杆型号。
18.本实用新型的有益效果：
19.本实用新型的水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器，利用吸砂器在扩孔过程中，通过注水方式，将孔洞中岩屑带出，达到扩孔成功的目的。本实用新型解决了因为山泉水影响下无法建立有效的泥浆护壁系统所引发的抱钻、卡钻事故，有效提高施工效率，加快工期，降低施工成本。
附图说明
20.图1为本实用新型的水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器整体结构示意图。
21.图2为本实用新型的吸砂器的带孔中心杆的结构示意图。
22.图3为本实用新型的吸砂器的筛孔外护套的结构示意图。
23.图4为本实用新型的吸砂器的水流加速器的结构示意图。
24.图5为本实用新型水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器的工作状态示意图。
25.附图标记：
26.1-带孔中心杆，11-中心杆主体，12-中间孔洞，2-筛孔外护套，21-小孔，3-水流加速器，31-连接杆，32-水流加速杆，33-喷嘴，4-吸砂器，5-钻杆，6-扩孔器。
具体实施方式
27.下面结合附图进一步说明本实用新型。
28.如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型的一种水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器，其包括带孔中心杆1、筛孔外护套2、水流加速器3，筛孔外护套2固定于带孔中心杆1的外部(外周)，且长度小于带孔中心杆1的长度，水流加速器3两端分别与带孔中心杆1的一端和钻杆连接(可拆卸连接)，带孔中心杆1的另一端与钻杆连接，即吸砂器使用时安装于两节钻杆之间。
29.带孔中心杆1可采用常用水平定向钻钻杆制作，根据钻杆的直径，带孔中心杆的长度可为1.5m-2.5m(钻杆直径越大，带孔中心杆越长，钻杆直径一般可为120-250mm，优选150-200cm，例如168mm)，两端分别制作内螺纹及外螺纹，用来连接水流加速器3和钻杆。带孔中心杆1包括中心杆主体(圆筒状)11和中间孔洞12，中间孔洞采取双排、三排、四排、甚至更多排，直径为3～4cm，每排的孔的数目是2-8个，优选3-6个，例如4个，每排的各个孔之间的间距可为6-12cm，例如9～10cm，两排孔之间的距离范围可为1-8cm，例如2～4cm。
30.筛孔外护套2可采用钢板焊接制作，直径约为带孔中心杆直径的2-4倍，可为两端直径变小的筒状或中空的多面体状，中间部分均匀分布直径为1.5-3cm，优选1.8-2.5cm，例如2cm的小孔21，孔的总数目范围可为216～704个，例如中心杆2倍直径，横排6个孔，竖排9个，4个面；中心杆3倍直径，横排8个孔，竖排12个，4个面；中心杆4倍直径，横排11个孔，竖排16个，4个面)，相邻孔之间的间距可为1-3cm，优选1.5-2.5cm，例如约2cm，可分多排分布，每排之间的间距可为1-3cm，优选1.5-2.5cm，例如2cm，同一排孔之间的间距是1-3cm，优选1.5-2.5cm，例如2cm，每一排的孔的数目是24～44个和所有排的孔的总数目是大约216～704个，两侧直径变小与带孔中心杆1焊接连接，筛孔外护套2上下两端距离带孔中心杆的两端的距离可为8.4～25.2cm。
31.进一步地，水流加速器3分别由水流加速器连接杆31、与连接杆31的一端连接的水流加速杆32、固定于水流加速杆32前端(即远离连接杆31的一端)的喷嘴33构成，例如焊接连接组成或一体形成，优选连接杆31直径与带孔中心杆1相同，与带孔中心杆1螺纹连接(例如连接杆31的与水流加速杆32连接的一端具有外螺纹，与带孔中心杆1的内螺纹螺接)，水流加速杆32直径80-95cm，进一步85-91cm，例如89mm(外径，壁厚一般15-25cm，例如约20mm)可为连接杆直径的1/3-1/2，长度可为200mm-300mm。喷嘴33出水口直径可为15mm-20mm。连接杆31、水流加速杆32的内部结构是：头部为半圆形窝，窝的上方有孔(即出水口)与杆体相连，出水口内径可为15mm-20mm，加速杆体内径40-55cm，例如约49cm。
32.进一步地，水流加速器3的连接杆31两端分别是内螺纹及外螺纹，连接杆31外螺纹一端连接带孔中心杆1的内螺纹一端连接，连接杆31内螺纹一端与钻杆连接。
33.进一步地，吸砂器4装置的前后两端分别螺纹连接钻杆5，在钻杆回拖扩孔过程中使用。
34.进一步地，吸砂器4整体材质可以选用20#或q235b钢材制作，壁厚15-30mm，优选17-25mm，进一步优选18-22mm，例如20mm。
35.施工场景：如图5所示，水平定向钻钻杆5(例如d168的钻杆)回拖d800管线，长度1000米。在穿越山体岩石扩孔过程中发现孔洞中有山泉水涌出，导致泥浆被稀释，无法带出岩屑，无法成孔，如果在未成孔的情况下回拖管线极易导致管线被抱死。于是将吸砂器4(d600)连接在钻杆上进行扩孔，将岩屑带出。使用本实用新型的水平定向钻穿越工程山体岩石吸砂器的过程：
36.1、在扩孔过程中将吸砂器4(d600)连接在钻杆5上(在扩孔器6后端)，进行回拖。
37.2、在回拖过程中，向钻杆5中持续注水，水流速度不低于500l/min。
38.3、水流通过吸砂器4中的水流加速器后，水流速度突然增大，根据伯努利定律，流速越快，流体产生的压力就越小，从而吸砂器4内外会形成压力差，通过负压作用岩屑被吸入吸砂器4中随着水流通过钻杆带出。
39.4、岩屑被带出后，扩孔成功，可以进行管线的回拖施工。
40.以上述实施例进行费用计算：
41.一、采用原始注浆扩孔方法：
42.1.由钻机在入土点直接注浆施工；
43.2.原始直接扩孔工艺，受孔中山泉水影响，携屑能力较差，扩孔速度慢，整个施工周期约为299天；
44.3.每天需要15.48吨膨润土搅拌成泥浆，整个扩孔工序施工过程需要膨润土4629吨；
45.4.因出土点地势低，山泉水涌出出土点且流水量不低于12m3/h，日涌出量288m3，整个扩孔工序涌出量为86112m3，返浆量为22478m3，合计108590m3，需要同时使用泥浆车抽浆清理外运，日处理泥浆量为363.2m3，整个扩孔工期合计需要22m3泥浆车4937个台班。
46.二、采用吸砂器装置进行施工：
47.a.由入土点通过钻杠注水，出土点带出岩屑；
48.b.扩孔工序中，携屑能力得到大大提升，扩孔速度加快，施工周期约180天；
49.c.整个扩孔施工周期，无需使用膨润土，也不需使用泥浆车外运。
50.经济效益分析：
51.膨润土1吨约1200元，泥浆车1个台班约3500元。
52.运用本工艺可节约膨润土费用555.48万元以上；节省泥浆车台班费用1727.95万以上，节省施工周期119天。
53.以上描述了本实用新型的优选实施方式，然而，以上描述不用于限制的目的。本领域普通技术人员在不偏离本实用新型主旨和范围的情况下，可以对本实用新型做出许多变化或修饰。所述变化或修饰应纳入所附权利要求的范围内。