本发明涉及油气管道水平定向钻穿越及油气钻采技术领域，更具体地说，涉及一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法。

　　水平定向钻机是在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机械，它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等柔性管线铺设施工中，它适用于沙土、粘土、等地况，地下水位较高及卵石地层不适宜我国大部分非硬岩地区都可施工。工作环境温度为-15℃～+45℃。水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术，它具有施工速度快、施工精度高、成本低等优点，广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。水平定向钻进设备，在十几年间也获得了飞速发展，成为发达国家中新兴的产业。其发展趋势正朝着大型化和微型化、适应硬岩作业、自备式锚固系统、钻杆自动堆放与提取、钻杆连接自动润滑、防触电系统等自动化作业功能、超深度导向监控、应用范围广等特征发展。该种设备一般适用于管径φ300～φ1200mm的钢管、pe管，最大铺管长度可达1500m，适应于软土到硬岩多种土壤条件，应用前景广阔。

　　目前，对于直径400mm以上穿越管线的水平定向钻施工工艺分为钻导向孔、扩孔和回拖三个阶段，即先采用水平定向钻机沿设计轨迹钻一条导向孔；然后，在出土端将钻杆与扩孔器连接，钻机牵引钻杆，钻杆带动扩孔器沿穿越轨迹逐级扩大钻孔，每级扩孔约150mm，直至钻孔孔径达到待穿越管线倍或大于管线mm；最后，在出土端用钻杆连接穿越管线，将穿越管线拖入钻孔内完成管道敷设。

　　但是在钻孔、扩孔和回拖阶段，钻孔孔壁仅靠液态的泥浆支撑，对于松散地层很难长时间保持钻孔孔壁稳定，而分级扩孔又会增加对地层的扰动，延长钻孔自稳的时间，增加塌孔所导致的穿越失败的风险，同时在穿越过程中，现有技术中仅采用泥浆起携带钻屑和稳定孔壁的双重作用，一方面为提高泥浆悬浮钻屑的能力而要提高泥浆粘度，降低泥浆的流动性，另一方面为使泥浆能在较低的压力下流动而要降低泥浆的粘度，为解决这个矛盾，只能提高泥浆性能，增加膨润土和添加剂用量，从而加大施工成本，且泥浆稳定孔壁的效果相对有限，在松散地层中的作用微弱，导致施工难度加大。

　　针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型水平定向钻穿越冲击回转钻进方法，它可以实现对穿越地形的勘探分析后确定松散地层区域，在现有的钻杆上配备上相应数量的伸缩式定形棒，在钻孔至松散地层区域后通过竖直向上发射伸缩式定形棒的方式，使得伸缩式定形棒深入上层地形中触发展开定形动作，从伸缩式定形棒上向周围区域延伸出多个定形触手，提高对地层的抓附力，从而实现对松散地层的上下区域进行有效连接，提高钻孔孔壁的稳定性，显著降低塌孔风险，并且在扩孔回拖管线时提高管线附近的地层强度，降低管线沉降风险，大大提高施工的安全性和稳定性。

　　s1、进入施工现场后，根据设计穿越曲线深度、以及待穿越地形两侧的具体情况的参数信息，确定水平定向钻钻机到待穿越地形的距离，并根据地形情况确定待定形区域；

　　s2、基于水平定向钻钻机到待穿越地形的距离，调整水平定向钻钻机的位置至预设位置，并保持水平定向钻钻机的机位放置位平整，米博体育 米博官网准备就绪；

　　s3、水平定向钻机开始导向孔作业，并在行进至待定形区域后，利用水平定向钻钻机上的钻杆向上层地形中发射伸缩式定形棒；

　　s4、伸缩式定形棒自主在上层地形中开始展开定形动作，对上层地形进行定形保证导向孔的稳定，降低塌孔风险；

　　s5、待水平定向钻机完成导向孔作业后，在出土端连接扩孔设备，用水平定向钻机牵引钻杆，用钻杆牵引扩孔设备进入导向孔内开始掘进；

　　s6、扩孔设备在扩孔过程中切削地层，直接将导向孔扩至管线穿越所需的尺寸，并且扩孔设备在掘进时同步牵引穿越管线，直至入土端水平定向钻机一侧。

　　进一步的，所述步骤s3中在钻杆上预装倾角传感器，并保证伸缩式定形棒竖直向上发射。

　　进一步的，所述钻杆上开设有多个均匀分布的发射孔，且伸缩式定形棒镶嵌于发射孔内，所述发射孔内侧安装有电磁铁，通过电磁铁的磁场作用来发射伸缩式定形棒，可以根据地形特征和成孔尺寸进行相应的试验和调整，从而精确把握伸缩式定形棒的发射距离。

　　进一步的，所述伸缩式定形棒包括上锚固筒、内嵌筒和下锚固筒，且内嵌筒插设于上下分布的上锚固筒和下锚固筒之间，所述内嵌筒上下两端均固定连接有多个减摩滑块，所述上锚固筒和下锚固筒内壁上开设有多个与减摩滑块相匹配的限长滑槽，所述上锚固筒上端固定连接有破土锥，所述内嵌筒内设有间隙配合的动力磁铁，伸缩式定形棒的可伸缩特性一方面可以满足在钻杆上配备而不影响钻孔，另一方面可以在地层中进行一定程度的伸长，既可以提高与地层的锚固作用，同时可以更好横跨地层进行定形，尤其加强对钻孔孔壁附近的定形效果，对其的提拉效果可以降低塌孔风险。

　　进一步的，所述上锚固筒和下锚固筒上均开设有多个均匀分布的展开孔，所述展开孔内设有热延伸机构，通过展开孔内的热延伸机构，在加热的前提下触发展开定形动作，从而更好的将伸缩式定形棒的锚固在地层中，同时提高周围地层的稳定性。

　　进一步的，所述热延伸机构包括生热半球和折叠记忆金属片，且生热半球固定连接于折叠记忆金属片的内侧，所述生热半球内固定连接有硅胶隔离片，所述硅胶隔离片将生热半球分隔为储氧腔和生热腔，所述储热腔内填充有压缩氧气，所述生热腔内保持真空环境，所述生热半球靠近折叠记忆金属片一端固定连接有导热石墨层，所述导热石墨层靠近硅胶隔离片一端固定连接有多个均匀分布的双性导热杆，利用动力磁铁下落时对双性导热杆的磁吸作用，迫使双性导热杆刺破硅胶隔离片进入到储热腔内，开始产生热量并传递至导热石墨层，从而对折叠记忆金属片进行加热迫使其恢复形状在地层中展开定形。

　　进一步的，所述双性导热杆包括柔性导热杆、硬性导热杆和磁吸针，所述柔性导热杆与导热石墨层之间固定连接，且硬性导热杆固定连接于柔性导热杆和磁吸针之间，柔性导热杆和硬性导热杆均起到导热的作用，其中柔性导热杆可以进行形态变化，硬性导热杆可以吸附大量的自发热材料粉末，磁吸针用来响应动力磁铁的磁性作用来主动刺破硅胶隔离片。

　　进一步的，所述柔性导热杆内填充有体积比1:1的导热油和导热砂，所述硬性导热杆采用吸附有自发热材料粉末的多孔导热材料，所述磁吸针采用磁性材料制成，导热油和导热砂混合后不仅具有良好的导热性，同时利用流动性来满足柔性导热杆的伸长需求。

　　进一步的，所述内嵌筒采用磁屏蔽材料制成，所述限长滑槽远离减摩滑块一端固定连接有塑化树脂胶环内嵌筒用来屏蔽动力磁铁的磁性，避免在未发射状态下提前吸引双性导热杆开始生热，而塑化树脂胶环在伸缩式定形棒伸长后，在伸缩式定形棒的导热作用下逐渐塑化与内嵌筒和减摩滑块融为一体，在冷却固化后形成一个整体，既提高伸缩式定形棒的密封性防止地层中的水土侵蚀，同时可以对伸长后的伸缩式定形棒进行锁定。

　　进一步的，所述步骤s6中在扩孔过程中通过排水管将钻屑排至出土端，在扩孔结束后通过注浆管向钻孔内壁与穿越管线间的空隙填充泥浆。

　　(1)本方案可以实现对穿越地形的勘探分析后确定松散地层区域，在现有的钻杆上配备上相应数量的伸缩式定形棒，在钻孔至松散地层区域后通过竖直向上发射伸缩式定形棒的方式，使得伸缩式定形棒深入上层地形中触发展开定形动作，从伸缩式定形棒上向周围区域延伸出多个定形触手，提高对地层的抓附力，从而实现对松散地层的上下区域进行有效连接，提高钻孔孔壁的稳定性，显著降低塌孔风险，并且在扩孔回拖管线时提高管线附近的地层强度，降低管线沉降风险，大大提高施工的安全性和稳定性。

　　(2)钻杆上开设有多个均匀分布的发射孔，且伸缩式定形棒镶嵌于发射孔内，发射孔内侧安装有电磁铁，通过电磁铁的磁场作用来发射伸缩式定形棒，可以根据地形特征和成孔尺寸进行相应的试验和调整，从而精确把握伸缩式定形棒的发射距离。

　　(3)伸缩式定形棒包括上锚固筒、内嵌筒和下锚固筒，且内嵌筒插设于上下分布的上锚固筒和下锚固筒之间，内嵌筒上下两端均固定连接有多个减摩滑块，上锚固筒和下锚固筒内壁上开设有多个与减摩滑块相匹配的限长滑槽，上锚固筒上端固定连接有破土锥，内嵌筒内设有间隙配合的动力磁铁，伸缩式定形棒的可伸缩特性一方面可以满足在钻杆上配备而不影响钻孔，另一方面可以在地层中进行一定程度的伸长，既可以提高与地层的锚固作用，同时可以更好横跨地层进行定形，尤其加强对钻孔孔壁附近的定形效果，对其的提拉效果可以降低塌孔风险。

　　(4)上锚固筒和下锚固筒上均开设有多个均匀分布的展开孔，展开孔内设有热延伸机构，通过展开孔内的热延伸机构，在加热的前提下触发展开定形动作，从而更好的将伸缩式定形棒的锚固在地层中，同时提高周围地层的稳定性。

　　(5)热延伸机构包括生热半球和折叠记忆金属片，且生热半球固定连接于折叠记忆金属片的内侧，生热半球内固定连接有硅胶隔离片，硅胶隔离片将生热半球分隔为储氧腔和生热腔，储热腔内填充有压缩氧气，生热腔内保持真空环境，生热半球靠近折叠记忆金属片一端固定连接有导热石墨层，导热石墨层靠近硅胶隔离片一端固定连接有多个均匀分布的双性导热杆，利用动力磁铁下落时对双性导热杆的磁吸作用，迫使双性导热杆刺破硅胶隔离片进入到储热腔内，开始产生热量并传递至导热石墨层，从而对折叠记忆金属片进行加热迫使其恢复形状在地层中展开定形。

　　(6)双性导热杆包括柔性导热杆、硬性导热杆和磁吸针，柔性导热杆与导热石墨层之间固定连接，且硬性导热杆固定连接于柔性导热杆和磁吸针之间，柔性导热杆和硬性导热杆均起到导热的作用，其中柔性导热杆可以进行形态变化，硬性导热杆可以吸附大量的自发热材料粉末，磁吸针用来响应动力磁铁的磁性作用来主动刺破硅胶隔离片。

　　(7)柔性导热杆内填充有体积比1:1的导热油和导热砂，硬性导热杆采用吸附有自发热材料粉末的多孔导热材料，磁吸针采用磁性材料制成，导热油和导热砂混合后不仅具有良好的导热性，同时利用流动性来满足柔性导热杆的伸长需求。

　　(8)内嵌筒采用磁屏蔽材料制成，限长滑槽远离减摩滑块一端固定连接有塑化树脂胶环内嵌筒用来屏蔽动力磁铁的磁性，避免在未发射状态下提前吸引双性导热杆开始生热，而塑化树脂胶环在伸缩式定形棒伸长后，在伸缩式定形棒的导热作用下逐渐塑化与内嵌筒和减摩滑块融为一体，在冷却固化后形成一个整体，既提高伸缩式定形棒的密封性防止地层中的水土侵蚀，同时可以对伸长后的伸缩式定形棒进行锁定。

　　1钻杆、2伸缩式定形棒、21上锚固筒、22内嵌筒、23下锚固筒、24破土锥、25展开孔、3电磁铁、4生热半球、5折叠记忆金属片、6塑化树脂胶环、7硅胶隔离片、8双性导热杆、81柔性导热杆、82硬性导热杆、83磁吸针、9导热石墨层、10减摩滑块、11动力磁铁。

　　下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

　　在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

　　在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

　　s1、进入施工现场后，根据设计穿越曲线深度、以及待穿越地形两侧的具体情况的参数信息，确定水平定向钻钻机到待穿越地形的距离，并根据地形情况确定待定形区域；

　　s2、基于水平定向钻钻机到待穿越地形的距离，调整水平定向钻钻机的位置至预设位置，并保持水平定向钻钻机的机位放置位平整，准备就绪；

　　s3、水平定向钻机开始导向孔作业，并在行进至待定形区域后，利用水平定向钻钻机上的钻杆1向上层地形中发射伸缩式定形棒2；

　　s4、伸缩式定形棒2自主在上层地形中开始展开定形动作，对上层地形进行定形保米博体育官网证导向孔的稳定，降低塌孔风险；

　　s5、待水平定向钻机完成导向孔作业后，在出土端连接扩孔设备，用水平定向钻机牵引钻杆，用钻杆牵引扩孔设备进入导向孔内开始掘进；

　　s6、扩孔设备在扩孔过程中切削地层，直接将导向孔扩至管线穿越所需的尺寸，并且扩孔设备在掘进时同步牵引穿越管线，直至入土端水平定向钻机一侧。

　　请参阅图2，钻杆1上开设有多个均匀分布的发射孔，且伸缩式定形棒2镶嵌于发射孔内，发射孔内侧安装有电磁铁3，通过电磁铁3的磁场作用来发射伸缩式定形棒2，可以根据地形特征和成孔尺寸进行相应的试验和调整，从而精确把握伸缩式定形棒2的发射距离。

　　请参阅图3-4，伸缩式定形棒2包括上锚固筒21、内嵌筒22和下锚固筒23，且内嵌筒22插设于上下分布的上锚固筒21和下锚固筒23之间，内嵌筒22上下两端均固定连接有多个减摩滑块10，上锚固筒21和下锚固筒23内壁上开设有多个与减摩滑块10相匹配的限长滑槽，上锚固筒21上端固定连接有破土锥24，内嵌筒22内设有间隙配合的动力磁铁11，伸缩式定形棒2的可伸缩特性一方面可以满足在钻杆1上配备而不影响钻孔，另一方面可以在地层中进行一定程度的伸长，既可以提高与地层的锚固作用，同时可以更好横跨地层进行定形，尤其加强对钻孔孔壁附近的定形效果，对其的提拉效果可以降低塌孔风险，上锚固筒21和下锚固筒23上均开设有多个均匀分布的展开孔25，展开孔25内设有热延伸机构，通过展开孔25内的热延伸机构，在加热的前提下触发展开定形动作，从而更好的将伸缩式定形棒2的锚固在地层中，同时提高周围地层的稳定性。

　　内嵌筒22采用磁屏蔽材料制成，限长滑槽远离减摩滑块10一端固定连接有塑化树脂胶环6内嵌筒22用来屏蔽动力磁铁11的磁性，避免在未发射状态下提前吸引双性导热杆8开始生热，而塑化树脂胶环6在伸缩式定形棒2伸长后，在伸缩式定形棒2的导热作用下逐渐塑化与内嵌筒22和减摩滑块10融为一体，在冷却固化后形成一个整体，既提高伸缩式定形棒2的密封性防止地层中的水土侵蚀，同时可以对伸长后的伸缩式定形棒2进行锁定。

　　请参阅图5-6，热延伸机构包括生热半球4和折叠记忆金属片5，且生热半球4固定连接于折叠记忆金属片5的内侧，折叠记忆金属片5为具有单程记忆效应的形状记忆金属，在低温下制成折叠状，加热后则恢复直板形，生热半球4内固定连接有硅胶隔离片7，硅胶隔离片7将生热半球4分隔为储氧腔和生热腔，储热腔内填充有压缩氧气，生热腔内保持线一端固定连接有导热石墨层9，导热石墨层9靠近硅胶隔离片7一端固定连接有多个均匀分布的双性导热杆8，利用动力磁铁11下落时对双性导热杆8的磁吸作用，迫使双性导热杆8刺破硅胶隔离片7进入到储热腔内，开始产生热量并传递至导热石墨层9，从而对折叠记忆金属片5进行加热迫使其恢复形状在地层中展开定形。

　　请参阅图7，双性导热杆8包括柔性导热杆81、硬性导热杆82和磁吸针83，柔性导热杆81与导热石墨层9之间固定连接，且硬性导热杆82固定连接于柔性导热杆81和磁吸针83之间，柔性导热杆81和硬性导热杆82均起到导热的作用，其中柔性导热杆81可以进行形态变化，硬性导热杆82可以吸附大量的自发热材料粉末，磁吸针83用来响应动力磁铁11的磁性作用来主动刺破硅胶隔离片7，柔性导热杆81内填充有体积比1:1的导热油和导热砂，硬性导热杆82采用吸附有自发热材料粉末的多孔导热材料，例如高导热系数的多孔陶瓷材料，磁吸针83采用磁性材料制成，导热油和导热砂混合后不仅具有良好的导热性，同时利用流动性来满足柔性导热杆81的伸长需求。

　　步骤s6中在扩孔过程中通过排水管将钻屑排至出土端，在扩孔结束后通过注浆管向钻孔内壁与穿越管线间的空隙填充泥浆。

　　在钻孔过程中，启动电磁铁3与动力磁铁11之间保持磁吸作用，在钻孔至待定形区域，改变电磁铁3的磁场方向和强度，迫使动力磁铁11在内嵌筒22中上移最终带动上锚固筒21向上插入，带动伸缩式定形棒2完全伸长后伸入上层地层中锚固住，随后动力磁铁11在重力作用下进行下落，失去了内嵌筒22的屏蔽作用后，动力磁铁11在下落过程中不断吸引热延伸机构中的双性导热杆8，使得双性导热杆8在磁吸作用下主动刺破硅胶隔离片7伸入到储氧腔内，硬性导热杆82上的自发热材料粉末与氧气接触开始氧化反应，从而释放出大量热量并沿着双性导热杆8传递至导热石墨层9对折叠记忆金属片5进行加热，折叠记忆金属片5在加热至平衡温度后开始恢复直板形的形状，最终在地层中实现展开定形提高伸缩式定形棒2在地层中的锚固效果，请参阅图8，伸缩式定形棒2可以实现对钻孔孔壁附近地层的定形和稳固作用。

　　本发明可以实现对穿越地形的勘探分析后确定松散地层区域，在现有的钻杆1上配备上相应数量的伸缩式定形棒2，在钻孔至松散地层区域后通过竖直向上发射伸缩式定形棒2的方式，使得伸缩式定形棒2深入上层地形中触发展开定形动作，从伸缩式定形棒2上向周围区域延伸出多个定形触手，提高对地层的抓附力，从而实现对松散地层的上下区域进行有效连接，提高钻孔孔壁的稳定性，显著降低塌孔风险，并且在扩孔回拖管线时提高管线附近的地层强度，降低管线沉降风险，大大提高施工的安全性和稳定性。

　　以上，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。