本发明涉及柔性钻杆领域，尤其涉及一种水平定向钻用柔性钻杆。
背景技术：
1、现阶段，海缆敷设施工工程量的增加与海缆登陆点路由空间有限性之间存在着日益显著的矛盾。一方面海洋浅滩可用于海缆登陆的通道空间资源越来越紧张，同时在浅滩的施工征地难度越来越大，海洋生态红线环保要求越来越高，这些都导致海缆登陆路径规划困难、施工难度增加；另一方面现阶段通用的海缆登陆段敷设施工及保护方法机械化水平不高，使得在近海浅滩处的海缆线路敷设后的埋深不足、敷设保护措施不到位，导致浅滩处的海缆线路在海水的不断冲刷下出现局部裸露等问题，加之近年来滩涂段海缆线路遭受船舶锚害等外力破坏事故频发，登陆段已然成为整条海缆线路安全运行的薄弱点。
2、综合考虑登陆点稳堤防洪、生态保护、海缆运行保障等重要作用，在电力工程 “六精四化”建设要求下，针对浅滩潮浸地带软底特殊地质条件，立体化开发j型非开挖敷设施工关键技术，提高海缆登陆段敷设后的保护水平，对解决当前存在的海缆登陆段敷设施工、防护及运维、防锚害等突出问题具有重要意义。
3、在水平定向钻（horizontal directional drilling， hdd）领域，钻杆作为关键的施工工具，其设计和性能直接影响着施工效率和安全性。传统的钻杆结构主要由刚性连接杆组成，这种设计虽然在一般地层条件下表现良好，但在面对复杂的施工环境，特别是海底施工时，存在一些显著的技术问题：
4、灵活性不足：传统钻杆的刚性设计使其在复杂地形，尤其是海底环境下，缺乏足够的灵活性。海底地形复杂多变，通常需要钻杆具有较大的弯曲能力，以适应施工路径的调整和海底障碍的绕避。然而，传统刚性钻杆的弯曲半径有限，难以满足这些要求，容易导致施工难度加大，甚至引发钻杆的断裂或卡钻等问题。
5、密封性能欠佳：海底环境中存在大量的海水、泥沙等杂质，这些杂质极易通过钻杆的连接部位进入钻杆内部，导致内部机械部件的腐蚀或损坏。传统钻杆通常依靠密封圈等密封装置，但其密封效果受到多种因素的影响，如密封圈材料的耐久性、安装精度以及工作环境的变化等。因此，密封性能往往不够可靠，特别是在高压或多变的海底环境中，密封失效的风险较高。
6、稳定性和抗振能力不足：在海底敷设管道或电缆的过程中，钻杆不仅需要承受来自地层的巨大压力，还会受到外力和振动的影响。传统的钻杆设计缺乏足够的缓冲和减振措施，这使得钻杆在施工过程中容易受到冲击和应力集中，导致其稳定性下降，甚至可能引发钻杆的变形或断裂，影响施工精度和效率。
7、维护与安装困难：由于传统钻杆设计较为复杂，连接和拆卸过程繁琐，增加了施工现场的操作难度和时间成本。在海底施工条件下，快速而可靠地安装和拆卸尤为重要，传统设计在这方面存在较大的改进空间。
8、综上所述，目前的钻杆设计在复杂海底环境的应用中暴露出灵活性不足、密封性能不佳、稳定性差以及安装维护困难等问题，迫切需要一种能够解决这些问题的技术方案。。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种水平定向钻用柔性钻杆，以达到提高水平定向钻用钻杆在复杂海底环境中的灵活性、密封性能和抗振稳定性目的。为此，本发明采取以下技术方案。
2、一种水平定向钻用柔性钻杆，包括多根依次连接的连接杆；连接杆的轴心设有前后贯穿的贯通孔；每一根连接杆均包括第一连接端和第二连接端，前一根连接杆的第二连接端与后一根连接杆的第一连接端相连；所述的第二连接端设有内凹球冠面，所述的第一连接端设有外凸球冠面；外凸球冠面上设有第一限位部，所述的内凹球冠面上设有能与第一限位部相配以避免相邻连接杆相对转动的第二限位部，还包括外套于相邻两连接杆连接处的弹性管；弹性管与连接杆之间设有密封连接结构。由于钻杆由多根依次连接的连接杆组成，且连接处采用球冠面设计，使得整个钻杆具有较大的弯曲半径和灵活性，能够适应复杂的海底地形和施工环境，有效减少施工难度。第一连接端的外凸球冠面上设有第一限位部，而第二连接端的内凹球冠面上设有能与第一限位部相配的第二限位部；能够避免相邻连接杆之间的相对转动，确保钻杆在复杂的工作环境下保持稳定性和结构强度。在相邻两连接杆的连接处外套有弹性管，并在弹性管与连接杆之间设有密封连接结构，有效地防止了海水或其他杂质进入钻杆内部，确保了钻杆内部的干燥和清洁，提高了钻杆的使用寿命。由于钻杆采用模块化设计，连接杆之间的连接和拆卸相对简单，便于在施工现场进行快速安装和拆卸，降低了施工成本。由于钻杆具有良好的灵活性和稳定性，能够高效地穿越海底复杂地形，实现海缆的快速、准确敷设，提高了施工效率。
3、而且，弹性管具有良好的弹性和适应性，能够紧密贴合在连接杆的表面上，形成一道有效的密封屏障，减少或防止海水、泥沙或其他杂质从连接处渗入钻杆内部，从而大大提高钻杆的密封性能。当仅采用外凸球冠面上的密封圈，其密封效果受到密封圈材料、安装精度以及工作环境等多种因素的影响，密封性能可能不如弹性管可靠，容易使海水、泥沙或其他杂质进入转向部，转向受阻，影响转向；容易使钻孔偏离设计路径。弹性管外套在相邻两连接杆的连接处，可以起到一定的支撑和固定作用，有助于增强整个钻杆结构的稳定性和刚性，这对于在复杂海底地形和施工环境下进行海缆敷设至关重要，可以有效防止钻杆在弯曲或受力时发生变形或断裂。由于弹性管具有一定的弹性和柔韧性，它可以在钻杆受到外力或振动时起到缓冲和减振的作用，降低钻杆受到的冲击和应力，从而延长钻杆的使用寿命。
4、作为优选技术手段：所述的贯通孔中穿设耐高压软管，耐高压软管的端部设有密封圈以与贯通孔内壁形成动密封，密封圈外表面涂设润滑层。柔性钻杆会随着轨道的变化自动发生弯曲，即每组连接部发生弯曲，随着钻进的继续，水平段逐渐延长，柔性钻杆内部耐高压软管在高压钻井液的作用下膨胀，并尽力保持笔直，从而确保连接杆不易发生弯曲，同时由于柔性钻杆在水平段内仍是旋转钻进状态，也有利于水平段柔性钻杆水平状态的稳定，另外，贯通孔内套有耐高压软管，使耐高压软管能够直接穿过连接杆，简化连接方式，降低了漏液风险。由于耐高压软管在高压钻井液的作用下会膨胀并尽力保持笔直，这有助于确保连接杆在受到外力时不易发生弯曲，有效维持钻杆的整体稳定性和刚性，防止因弯曲过度而导致的结构损坏。耐高压软管直接穿过连接杆的设计简化了连接方式，减少了连接处的潜在泄漏点；密封圈可以为o型密封圈或v型密封圈，能够有效地防止耐高压软管内的液体从连接处泄漏，进一步降低了漏液风险，提高了施工的安全性。由于耐高压软管能够直接穿过连接杆，减少了安装和拆卸的时间，提高了施工效率。同时，稳定的钻杆结构也有助于减少因结构问题导致的施工中断，进一步提高了整体施工效率。耐高压软管和密封圈的设计使钻杆能够适应不同工作环境和施工需求，无论是高压还是低压环境，都能保持稳定的密封性能。此外，润滑层的涂设还能减少密封圈与贯通孔内壁之间的摩擦，提高使用寿命。
5、作为优选技术手段：所述的第一限位部为凸起的环带，连接杆的轴线与所述环带所在平面平行，或在同一平面中；所述的第二限位部为与半环相配的凹槽。通过第一限位部（凸起的环带）与第二限位部（与半环相配的凹槽）的配合使用，可以确保相邻连接杆之间的相对位置稳定且准确，使得钻杆在复杂的工作环境下，特别是在弯曲和受力时，能够保持稳定的结构状态，防止因连接部松动或错位导致的钻杆失效。由于限位部的设计相对简单且直观，安装和拆卸过程变得更为便捷，在实际施工中能大大节省时间，提高工作效率。
6、关于多根连接杆的一起转动，关键在于连接杆之间的连接方式；由于每一根连接杆的第一连接端和第二连接端都采用了可以相对转动的球冠面设计（外凸球冠面和内凹球冠面），并且这些球冠面之间的配合是松动的，不是完全固定的，因此，当其中一根连接杆发生转动时，它会通过球冠面的相互作用带动相邻的连接杆一起转动；这种设计允许钻杆在整体上保持一定的灵活性，以适应复杂的海底地形和施工环境。
7、关于连接杆之间的弯折，这同样得益于球冠面的设计，由于外凸球冠面和内凹球冠面之间有一定的间隙，允许连接杆在受到外力作用时发生相对位移和弯曲。当钻杆需要弯折以适应地形变化时，连接杆会在球冠面的引导下发生弯曲，而球冠面的设计能够确保在弯曲过程中连接杆之间的连接不会断裂或松动。
8、第一限位部（凸起的环带）和第二限位部（与半环相配的凹槽）的配合使用也起到了关键作用。这些限位部不仅确保了连接杆之间的相对位置稳定，还能够在一定程度上限制连接杆的弯曲角度和范围，防止因过度弯曲导致的结构损坏。
9、环带和凹槽之间设计可以采用间隙配合的方式，从而实现连接杆之间的弯折能力。间隙配合意味着环带可以在凹槽内有一定的移动空间，而不是完全固定或紧密配合，这种设计允许连接杆在受到外力或需要适应地形变化时，能够在环带和凹槽的引导下发生相对位移和弯曲。具体来说，当钻杆需要弯折时，连接杆的第一连接端和第二连接端之间的球冠面会相互滑动，同时环带在凹槽内移动，以适应弯曲的角度的变化。由于环带和凹槽之间存在间隙，这种弯曲过程不会受到过大的阻碍，从而确保了钻杆的弯折能力。间隙配合的设计不仅提供了弯折能力，还允许连接杆之间有一定的转动自由度。这使得多根连接杆可以一起转动，进一步增强了钻杆的灵活性和适应性。需要注意的是，间隙配合虽然提供了弯折和转动能力，但也需要合理控制间隙的大小，以确保连接的稳定性和可靠性。过大的间隙可能导致连接杆在转动或弯折过程中出现晃动或不稳定的情况，而过小的间隙则可能限制弯折和转动的自由度。因此，在设计过程中需要进行充分的测试和验证，以确定最佳的间隙大小。
10、作为优选技术手段：所述的环带为一根或多根。当环带为多根时，它们能够更均匀地分布在连接杆的周围，提供更加稳固的支撑和限位作用；这有助于防止连接杆在弯曲或受力时发生扭曲或变形，从而增强了整个钻杆结构的稳定性。无论是单根还是多根环带，都可以根据实际需要调整其尺寸和数量，以适应不同的弯曲需求；单根环带设计可能更加简洁，而多根环带则可能提供更大的弯曲范围和更稳定的支撑。可以根据需要采用不同数量的环带以适用于多种不同的施工环境和海底地形。
11、作为优选技术手段：所述连接杆的第一连接端与第二连接端之间设有连接颈及主杆体，所述的第一连接端、连接颈、主杆体、第二连接端同轴依次设置；所述的第一连接端为球型接头，所述的连接颈的直径小于球型接头和主杆体，环型接头的最大直径小于主杆体直径，主杆体的后端内凹形成具有内凹球冠面的第二连接端。连接颈的设计方便制造，第一连接端、连接颈、主杆体、第二连接端可以为一整体结构，这种结构增强了连接杆的强度，使其能够承受更大的外力和弯曲应力。连接颈的直径小于球型接头和主杆体，环型接头的最大直径小于主杆体直径，这种差异化设计使得连接颈在制造过程中更容易加工，同时也方便了连接颈与球型接头和主杆体的连接，在安装过程中，这种设计也有助于提高装配效率，减少装配难度。由于第一连接端为球型接头，它具有良好的转动能力，使得连接杆能够在多个方向上灵活转动。同时，主杆体后端内凹形成的具有内凹球冠面的第二连接端，与第一连接端的外凸球冠面配合，实现了连接杆之间的弯折功能。这种设计使得钻杆能够适应复杂多变的海底地形和施工环境。连接颈的设计还可以起到过渡和缓冲的作用，减小了球型接头和主杆体之间的应力集中，从而延长了连接杆的使用寿命。
12、作为优选技术手段：所述的弹性管跨接在相邻连接杆的主杆体上，弹性管的两端通过密封圈与主杆体外壁相连，形成动密封；密封圈为o型密封圈或v型密封圈，密封圈外表面涂设润滑层。弹性管与主杆体之间的动密封设计，配合o型或v型密封圈，能够有效防止钻井液或其他流体在高压环境下从连接处泄漏；密封圈外表面涂设的润滑层不仅能减少摩擦，降低磨损，还能进一步增强密封效果，确保钻杆在长时间使用过程中保持良好的密封性能。由于弹性管具有一定的弹性和适应性，它能够根据连接杆的弯曲程度进行自适应调整，确保在任何角度和曲率下都能保持有效的密封，这使得钻杆在复杂多变的海底地形和施工环境中都能稳定工作，提高了施工效率和质量。弹性管直接跨接在相邻连接杆的主杆体上，无需额外的固定装置或复杂的安装步骤；不仅降低了制造成本，还方便了现场的安装和拆卸，提高了施工效率。
13、密封圈采用耐磨损、耐腐蚀的材料制成，能够承受高压和高温环境，具有较长的使用寿命；同时，润滑层的涂设也能减少密封圈与主杆体之间的摩擦，降低磨损速度，进一步延长了钻杆的使用寿命。
14、作为优选技术手段：所述的主杆体外周和/或弹性管内壁上设有用于密封圈定位的密封圈槽。密封圈槽为密封圈提供了明确的定位和安装位置，使得安装过程更加精确和便捷；避免了安装过程中可能出现的错位或偏差，提高了安装的准确性和效率。密封圈槽能够确保密封圈在工作过程中始终保持稳定的位置，不易发生位移或脱落，有助于维持钻杆连接处的密封性能，防止钻井液或其他液体泄漏，确保施工过程的安全和顺利进行。
15、作为优选技术手段：所述的弹性管为高分子材料制成的软管或波纹管。高分子材料制成的弹性管具有良好的弹性和柔韧性，可以适应连接杆在不同角度和曲率下的弯曲和变形，使得钻杆在复杂多变的海底地形和施工环境中能够灵活应对，确保施工过程的顺利进行。高分子材料通常具有出色的耐腐蚀性能，能够抵抗钻井液、海水等介质中的化学物质的侵蚀，有利于延长弹性管的使用寿命，减少了因腐蚀导致的损坏和更换频率，降低了维护成本。高分子材料制成的弹性管易于与密封圈形成良好的密封配合，这确保了钻杆连接处的密封性能，有效防止钻井液或其他液体的泄漏，保障了施工过程的安全和环境保护。相对于传统金属材料，高分子材料通常具有更轻的重量，这使得弹性管在减轻钻杆整体重量的同时，也降低了安装和运输的难度和成本。
16、软管和波纹管作为弹性管在水平定向钻用柔性钻杆领域各有其独特的优点，适用于不同的使用场景。
17、当软管作为弹性管时，由于软管主要由高分子材料制成，其优点包括：软管能够在各种角度和曲率下灵活弯曲，适应复杂多变的海底地形和施工环境。软管表面平滑，与密封圈配合紧密，能有效防止钻井液或其他液体的泄漏。软管适用于对柔韧性和密封性能要求较高的场景，特别是在海底地形复杂多变、需要频繁弯曲和转动的环境中。
18、而波纹管则是一种结构特殊、具有弹性的管道连接件，其优点包括：
19、波纹管具有出色的弯曲性能，可以轻松适应各种空间布局和弯曲需求。波纹管的弹性特性使其能够吸收大量的振动能量，适用于需要减震的设备和环境中。波纹管通常由耐腐蚀材料制成，能够抵御恶劣环境条件的侵蚀，并且具有较好的耐高温性能。波纹管适用于对柔韧性、防震性能以及耐腐蚀性能要求较高的场景，特别是在需要承受较大振动和高温环境下使用，如岩石较多的情况下的钻孔。
20、作为优选技术手段：所述的主杆体表面设有万向轮，一主杆体的表面设有四组万向轮，每组万向轮均包括多个万向轮，多个万向轮通过轮盘连接；四组万向轮分成两对并对称设置。
21、设万向轮，可以降低摩擦力，方便钻头的回拉等情况；极大地提高了设备或结构的移动性和灵活性。由于万向轮具有多方向运动的能力，设备或结构可以轻松地实现全方位的移动和转向，无需复杂的操作或调整。这使得设备在狭窄的空间或复杂的地形中移动更加便捷，大大提高了工作效率。万向轮还具有一定的承重能力，能够支撑起整个设备或结构的重量，使其在不同地面上都能够稳定地移动。由于摩擦力减小，钻头和主杆体所需的驱动力也相应减少，从而降低了整个钻孔过程中的能量消耗。通过减少摩擦力，万向轮能够降低主杆体和钻孔设备的磨损，从而延长设备的使用寿命。万向轮的设计使得主杆体在孔洞中更容易调整方向和位置，增加了操作的灵活性和精确度。而且，四组万向轮均匀分布在每一节主杆体上，可以有效均匀分散主杆体与孔壁之间的压力，减少单点压力对主杆体的磨损。多个万向轮通过轮盘连接，可以更灵活地适应孔壁的形状变化，进一步减小摩擦力，确保主杆体在钻孔过程中平稳推进。四组万向轮对称设置，能够平衡主杆体在孔洞中的位置，防止主杆体因单侧受力不均而发生倾斜或偏移，提升钻孔过程的稳定性和准确性，并使得钻头和主杆体在钻孔过程中所需的推进力更小，从而提高钻孔效率，减少能量消耗。万向轮通过轮盘连接，便于拆卸和更换，使得设备的维护更为简便，降低了维护成本和时间。
22、作为优选技术手段：第一根连接杆与钻头之间通过万向节连接；所述的弹性管与连接杆之间设有轴承，所述的弹性管跨接在两相邻轴承上，弹性管与轴承之间设有密封连接层。钻头在工作时，通过万向节带动第一根连接杆转动并移动，第一根连接杆又带动后面的连接杆做相应的转动和移动，因为设轴承，从而使得弹性管不用随之转动，由于弹性管不随连接杆转动，减少了弹性管与连接杆之间的摩擦和磨损，从而延长了弹性管的使用寿命。弹性管不参与转动，减少了系统的摩擦力和阻力，从而降低了钻头工作时的能量消耗，提高了工作效率。弹性管与轴承之间的密封连接层能够有效防止灰尘、泥土等杂质进入轴承和连接部位，保持系统的清洁和顺畅运行，为保证轴承的稳定工作，对轴承需要具有封闭的措施，如在轴承外圈等位置设密封圈等。万向节的使用使得连接杆可以灵活转动和移动，适应不同角度和方向的钻孔需求，提高了钻头工作的灵活性和适应性。
23、有益效果：
24、（1）本发明创造采用了外凸球冠面、内凹球冠面啮合的连接方式，简化了结构，减轻了重量，降低了成本，提高了可靠性和耐久性。
25、（2）本发明创造使第一连接端、连接颈、主杆体、第二连接端具有共同的轴向贯通孔，并且在贯通孔内套有耐高压软管，使耐高压软管能够直接穿过这些部件，简化了连接方式，降低了漏液风险。
26、（3）本发明创造的各段可以独立连接，每段约6~8米长，可以满足各种长度的管道挖掘施工条件，随时使用随时增加，减少了施工难度。
27、（4）所述第二连接端为内凹半球形，并且设有多个沿周向均匀分布的齿槽；所述第一连接端为外凸半球形，并且设有多个沿周向均匀分布的齿槽，所述第一连接端和第二连接端的齿槽相互啮合，形成万向轴连接。
28、（5）所述密封圈为o型密封圈或v型密封圈，并且在其外表面涂有耐高温、耐高压、耐腐蚀的润滑剂。
29、（6）本装置在钻杆表面设置万向轮，以减少回拖力。
1.一种水平定向钻用柔性钻杆，包括多根依次连接的连接杆（2）；连接杆（2）的轴心设有前后贯穿的贯通孔（5）；每一根连接杆（2）均包括第一连接端（3）和第二连接端（6），前一根连接杆（2）的第二连接端（6）与后一根连接杆（2）的第一连接端（3）相连；所述的第二连接端（6）设有内凹球冠面，所述的第一连接端（3）设有外凸球冠面；外凸球冠面上设有第一限位部，所述的内凹球冠面上设有能与第一限位部相配以避免相邻连接杆（2）相对转动的第二限位部，其特征在于：还包括外套于相邻两连接杆（2）连接处的弹性管（7）；弹性管（7）与连接杆（2）之间设有密封连接结构。
2.根据权利要求1所述的一种水平定向钻用柔性钻杆，其特征在于：所述的贯通孔（5）中穿设耐高压软管，耐高压软管的端部设有密封圈以与贯通孔（5）内壁形成动密封，密封圈外表面涂设润滑层。
3.根据权利要求1所述的一种水平定向钻用柔性钻杆，其特征在于：所述的第一限位部为凸起的环带（9），连接杆（2）的轴线与所述环带（9）所在平面平行，或在同一平面中；所述的第二限位部为与半环相配的凹槽（10）。
4.根据权利要求3所述的一种水平定向钻用柔性钻杆，其特征在于：所述的环带（9）为一根或多根。
5.根据权利要求4所述的一种水平定向钻用柔性钻杆，其特征在于：所述连接杆（2）的第一连接端（3）与第二连接端（6）之间设有连接颈（4）及主杆体（11），所述的第一连接端（3）、连接颈（4）、主杆体（11）、第二连接端（6）同轴依次设置；所述的第一连接端（3）为球型接头，所述的连接颈（4）的直径小于球型接头和主杆体（11），环型接头的最大直径小于主杆体（11）直径，主杆体（11）的后端内凹形成具有内凹球冠面的第二连接端（6）。
6.根据权利要求5所述的一种水平定向钻用柔性钻杆，其特征在于：所述的弹性管（7）跨接在相邻连接杆（2）的主杆体（11）上，弹性管（7）的两端通过密封圈（8）与主杆体（11）外壁相连，形成动密封；密封圈（8）为o型密封圈（8）或v型密封圈（8），密封圈（8）外表面涂设润滑层。
7.根据权利要求6所述的一种水平定向钻用柔性钻杆，其特征在于：所述的主杆体（11）外周和/或弹性管（7）内壁上设有用于密封圈（8）定位的两密封圈槽。
8.根据权利要求7所述的一种水平定向钻用柔性钻杆，其特征在于：所述的弹性管（7）为高分子材料制成的软管或波纹管。
9.根据权利要求5所述的一种水平定向钻用柔性钻杆，其特征在于：所述的主杆体（11）表面设有万向轮（13），一主杆体（11）的表面设有四组万向轮（13），每组万向轮（13）均包括多个万向轮，多个万向轮通过轮盘连接；四组万向轮（13）分成两对并对称设置。
10.根据权利要求1所述的一种水平定向钻用柔性钻杆，其特征在于：第一根连接杆（2）与钻头（1）之间通过万向节（14）连接；所述的弹性管（7）与连接杆（2）之间设有轴承（12），所述的弹性管（7）跨接在两相邻轴承（12）上，弹性管（7）与轴承（12）之间设有密封连接层。
