[发明专利]超长水平冻结孔防偏斜钻进系统及其施工方法

权利要求书

1.超长水平冻结孔防偏斜钻进系统，其特征在于，所述系统包括孔口装置(11)、钻机(3)、钻杆(6)、鸭嘴楔型钻头(8)、测斜仪(10)和泥浆循环系统(5)；所述孔口装置(11)包括孔口管(12)、小闸阀(15)、球阀(14)和密封盒(16)，为钻杆(6)钻进导向并密封孔口；采用低碳钢管作钻杆(6)兼作冻结管，通过梯形丝扣内管箍并在钻杆连接处采用对接焊头(7)连接，将钻杆(6)与丝扣内管箍(18)分别加工为梯形内、外螺纹，安装紧密后在钻杆坡口(21)处作满焊(20)；在直径为115mm～120mm的鸭嘴楔型钻头(8)后部200mm处设置有线测斜探棒(9)，连接SE-1型测斜仪(10)实时显示钻头偏斜；钻机(3)架设在可自由移动、升降的钻机平台(4)上，与钻杆(6)利用异径接头(17)连接；泥浆循环系统(5)与钻机(3)连接。

2.根据权利要求1所述的超长水平冻结孔防偏斜钻进系统，其特征在于，孔口装置(11)包括孔口管(12)、小闸阀(15)、球阀(14)和密封盒(16)；孔口管(12)为钢管，定位后用不少于3根膨胀螺丝(13)固定在管片(2)上，用螺栓连接球阀(14)和密封盒(16)。

3.根据权利要求1所述的超长水平冻结孔防偏斜钻进系统，其特征在于，钻机(3)为MX-120型，架设在可自由移动、升降的钻机平台(4)上。

4.根据权利要求1所述的超长水平冻结孔防偏斜钻进系统，其特征在于，采用跟管法钻进，钻杆(6)兼作冻结管，为低碳钢管；钻杆(6)通过梯形丝扣内管箍并在钻杆连接处采用对接焊头(7)连接，是将丝扣内管箍(18)加工为梯形外螺纹，钻杆(6)加工为梯形内螺纹，做坡口处理，涂抹螺纹胶(23)旋转安装紧密后在钻杆坡口(21)处满焊。

5.根据权利要求1所述的超长水平冻结孔防偏斜钻进系统，其特征在于，鸭嘴楔型钻头(8)直径为115mm～120mm，后部200mm处设置有线测斜探棒(9)，信号线连接SE-1型测斜仪(10)。

6.根据权利要求1所述的超长水平冻结孔防偏斜钻进系统，其特征在于，泥浆循环系统(5)采用自制立式旋流搅拌机，泥浆泵采用BW一250(150)型，根据出浆量泵压控制在0.6～1.0MPa，泵量不大于30L/min。

7.超长水平冻结孔防偏斜钻进施工方法，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述超长水平冻结孔防偏斜钻进系统进行施工，包括以下步骤：

a.测放管位管片开孔，采用全站仪测放冻结管位，控制误差在30mm以内，避开管片缝和受力主筋，禁止向内移，管片(2)上开孔并预留6cm不打透，孔径

b.埋设孔口装置二次开孔，根据管位埋设孔口装置(11)，用金刚钻打穿管片(2)，如出现渗漏，立即关闭闸阀并注浆加固孔口；

c.调测入孔角度，包括方位角和俯仰角，补偿水平钻进中因钻具自重导致钻具前端下垂和顺时针旋转右旋力造成的偏斜，实现预纠偏；根据钻孔试验，纠偏角度取0.1～0.3°；

d.跟管钻进，连接钻机(3)、钻杆(6)和鸭嘴楔型钻头(8)，软质均匀土层中快速钻进，硬质地层及软硬不均地层中减压低速钻进；随钻定向纠偏，方法为：钻进开始前设好初始角度，钻进时SE-1型测斜仪(10)即可显示出相对变化的方位角和俯仰角，根据与设计轨迹的差异，利用鸭嘴楔型钻头(8)进行纠偏，打直孔时钻杆(6)旋转加推进；需要进行转向调整时，停止旋转，将鸭嘴楔型钻头(8)斜板面调整到需要纠偏方向后只推进不旋转，通过测斜仪(10)显示达到纠偏角度后再次旋转推进，必要时可短距离回钻平推，纠偏后利用灯光测绘仪复核；

e.循环泥浆冲洗液，钻进时利用泥浆循环系统(5)循环冲洗液，润滑、冷却钻头，避免钻屑在钻具底部沉积造成钻孔偏斜，护壁防止超长钻孔坍塌；泥浆冲洗液以膨润土、外加剂和水搅拌而成，采用马氏漏斗粘度测定泥浆粘度；粘土层不加外加剂，粘度为30秒；粉细砂、中粗砂层掺入纤维素，粘度分别为40、50秒，PH值控制在8.5～10；回收处理后检查泥浆粘度及PH值后循环利用；泥浆用量按下式计算：

V＝(3～5)L×π×R²

V-膨润土泥浆用量，m³

L-钻孔长度，m

R-钻孔直径，m

f.充填注浆，钻进至设计深度后，利用泥浆循环系统(5)充填注浆，保护冻结管并控制地面沉降；选择混合浆液，质量配比为水泥∶膨润土∶水＝400～500∶40∶1000，混合浆液的初凝时间为8小时；注浆压力按正常钻进时泵压+0.2MPa，绝对泵压不超过2.5MPa；终孔后24小时进行孔口补充注浆；

g.打压试漏终孔测斜，对冻结管进行注水试压检测密闭性，注水压力1.0MPa，要求前30分钟压力下降不超过0.05MPa，后15分钟稳压不降；复测该冻结孔的偏斜，控制在200mm以内，否则补孔。