定向穿越扩孔器种类及地质适用性

扩孔器是水平定向钻机扩孔过程中的核心部件。在水平定向钻施工中，扩孔器是沿导向轨迹对土体、岩土进行切削、破碎的工具。从导向孔扩大到合适的孔径，通常需要多级扩孔、多次清孔。扩孔器按结构特点可分为桶式扩孔器、板式孔器、飞旋式扩孔器、牙轮式扩孔器、滚轮式扩孔器等。

飞旋扩孔器采用硬质合金切削齿，其上方安装的喷嘴可互换。扩孔尺寸为480-1625mm，水眼直径为76mm，个数在12、20、24不等。

牙轮扩孔器无固定齿形与轴承，需根据不同地层结构选合适的齿型和轴承结构。采用掌背倾斜，冷镶防磨合金设计，具有牙轮防脱结构，主要防止牙轮轴承损坏后牙轮脱落，造成孔内事故。牙轮扩孔器适合于水平定向钻施工，其设计强度高，耐磨性能好，使用寿命长，安全性能好。扩孔尺寸为220~1600mm。

牙轮扩孔器结构如图所示，牙轮扩孔器多以牙轮钻头的单个牙掌和牙轮作为1个切削刃，切削刃数量在3个及以上，扩孔器由后扶正板、后挡板、芯轴、前挡板、前扶正环、前扶正板、牙轮、牙掌等构成。扩孔器采用焊接工艺将各组件连接、固定。牙轮扩孔器扩孔过程由螺杆钻具提供扭矩、钻机提供拉力。

同石油钻井类似，牙轮扩孔器根据钻头本体牙轮的不同类型可分为铣齿牙轮扩孔器图、镶齿牙轮扩孔器。

（1）铣齿牙轮扩孔器

铣齿牙轮扩孔器是指使用牙轮的牙齿是铣齿，即在牙轮基体上铣出的齿，其耐磨性相对较差。为了提高其耐磨程度，常在其上敷焊硬合金层。

（2）镶齿牙轮扩孔器

镶齿牙轮扩孔器是指使用牙轮的牙齿是镶齿，即将由硬质合金制作的牙齿镶嵌在牙轮壳体上，这类牙齿硬度大、耐磨性能好，使用寿命长。缺点是镶齿的质脆，易崩坏及因镶齿不牢而脱落。

滚轮扩孔器采用大直径金属密封滚刀设计，轴承寿命长达100小时以上。独有的多级防脱互锁装置，防止钻头空甩时脱扣及轴承损坏时滚刀外壳脱落。同时具有优秀的水力学设计，排渣通畅，水力破岩。钻头采用优质合金钢精锻，大型钻头本体采用减重设计，减轻轨迹变形。扩孔尺寸为400~2000mm。

扩孔在非开挖定向穿越施工中至关重要，成孔质量的好坏直接关系到管线回拖的成败。各种扩孔器的自身结构特点决定了扩孔器工作方式以及适用范围。与实际工程相结合，总结了近十年以来的我国非开挖穿越工程中扩孔器应用的案例：

通过分析以上工程应用案例，结合扩孔器的结构，现有扩孔器的优缺点及地质适用性总结如表：

各种扩孔器自身结构特点决定扩孔工作方式、用途、以及适用范围，其中桶式扩孔器、板式扩孔器、飞旋式扩孔器适用土层穿越，牙轮式扩孔器和滚轮式岩石扩孔器适用于岩层穿越。在水平定向钻穿越工程中，尤其是长距离穿越工程，地层情况复杂，扩孔器对地层适应性就极为重要。

水平定向钻穿越预扩孔应考虑以下三个方面：

1. 扩孔器的使用寿命

2. 每级扩孔时扩孔器产生的扭矩值

3. 扩孔的效率及经济性。

牙轮扩孔器具有地质适应性强、设计强度高、耐磨性能好、使用寿命长、安全性能好等优点，能够进一步提升扩孔的效率和质量，适合于长距离定向穿越施工。所以针对长距离的水平定向穿越工程，在牙轮扩孔器上优化、改进极其有必要。