[发明专利]减小夯管管壁阻力的夯进设备及其夯进施工工艺

说明书

本发明提供了一种减小夯管管壁阻力的夯进设备及其穿越夯进工艺，所述减小夯管管壁阻力的夯进设备包括切削环、钢套管、注浆减阻部件、夯捶捶体和轨道，其中，轨道固定设置在地面上以供钢套管在轨道上沿预定方向在被切削地层中夯进；切削环固定设置在钢套管的前端，切削环未与钢套管连接的一端设置有用于切削土体的坡口，切削环的直径大于钢套管的直径以使钢套管管壁与被切削的地层之间形成环空；夯锤与钢套管的另一端相连并能够对钢套管施加夯击力；注浆减阻部件设置在钢套管外壁上的所述环空中并能够向环空内泵注泥浆以减小钢套管外壁与被切削地层之间的摩擦阻力。本发明具有能够大幅度的降低夯管过程中的阻力，降低夯击力的损耗等优点。

技术领域

本发明涉及页岩储层开发技术领域，具体来讲，涉及一种减小夯管管壁阻力的夯进设备及其夯进施工工艺。

背景技术

夯管是采用夯管锤将待铺的钢管沿设计路线直接夯入地层实现非开挖铺管的技术。工作原理是夯管锤在压缩空气驱动下产生的较大冲击力直接作用在钢管后端，钢管整体克服土层与管体间的摩擦力及抗剪切力，强制切入土体的施工工艺。在穿越施工中，本身即是一种切实有效的直接铺管法工艺，同时也能在为地面构筑物提供保护，隔离卵石层辅助成孔，防疏软地层漏浆冒浆等方面发挥着重要的作用。

传统夯管工艺主体设备包括空压机+锤体+管体，工艺上单纯的利用空压机提供的巨大冲击力驱动夯锤锤击管体，强行克服地层阻力，实现管体向前行进。由于夯锤单次冲击作用时间极短，根据动量定理F·t＝△mv，管体获得的有效能量较低，且随着夯管长度的增加，夯击力在管体上的沿程损失也会逐渐增加，套管前端难以获得有效的推进能量，往往会造成夯管后期后劲不足的情况产生。

若一味提高夯击力，为防止管材屈服变形，则对管体的材质，壁厚等性能要求较高，同时夯击力过大对焊口的质量也存在较大的隐患。

传统夯管对输出的夯击力利用效率极低，大部分夯力都用于克服管壁阻力做功，实际加载在前端的有效夯力较低。因此需要研究一种新型的夯管工艺技术，改变传统工艺技术的不足，降低对夯锤性能及管材材质过渡依赖的局面。在夯锤输出能量有限的前提下，通过增加减阻润滑措施，大幅度降低夯管阻力，以达到增加夯管的最大夯进距离的目的。同时降低设备消耗及管材购买的成本。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够减小夯管管壁阻力，提高夯管的最大夯进距离的夯进设备。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种减小夯管管壁阻力的夯进设备。

所述夯进设备包括切削环、钢套管、注浆减阻部件、夯捶捶体和轨道，其中，所述轨道固定设置在地面上以供钢套管在轨道上沿预定方向在被切削地层中夯进；所述切削环固定设置在钢套管的前端，切削环未与钢套管连接的一端设置有用于切削土体的坡口，所述切削环的直径大于钢套管的直径以使钢套管管壁与被切削的地层之间形成环空；所述夯锤与钢套管的另一端相连并能够对钢套管施加夯击力；所述注浆减阻部件设置在钢套管外壁上的所述环空中并能够向环空内泵注泥浆以减小钢套管外壁与被切削地层之间的摩擦阻力。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述夯进设备还可包括空压机，所述空压机通过高压管与夯锤连接以驱动夯锤产生夯击力。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述注浆减阻部件可包括第一注浆直管、第二注浆直管、连接弯管和三通连接阀，其中，所述第一注浆直管、第二注浆直管和连接弯管上各自开设有向环空中灌注泥浆的开孔，所述第一注浆直管、第二注浆直管分别沿钢套管的轴向设置在钢套管的外壁上，所述连接弯管沿钢套管的周向设置在钢套管的外壁上且连接弯管的两端分别与第一注浆直管、第二注浆直管连接，所述三通连接阀分别与第一注浆直管、第二注浆直管的未与连接弯管连接的一端连接。

在本发明一方面的一个示例性实施例中，所述第一注浆直管、第二注浆直管和连接弯管上的开孔可具有不同的朝向。