本發(fā)明涉及工程勘察中的鉆井技術(shù)，尤其涉及一種適合在地下水位以下的粉細(xì)砂地層中鉆進(jìn)的鉆頭。

背景技術(shù)：

在工程勘察中，需運用鉆井技術(shù)對地層鉆孔勘探。通過鉆機鉆進(jìn)的方式得到地層鉆孔，在鉆孔中開展原位測試和地球物理測井等，獲得鉆孔深度內(nèi)的地層信息，為工程建設(shè)和資源開發(fā)提供參考。

目前，國內(nèi)外地質(zhì)鉆探技術(shù)趨于成熟，鉆探設(shè)備比較完善。能夠在多種地質(zhì)條件下開展鉆孔工作。在砂土地層中開展鉆探工作時，較為普遍的做法是從鉆桿中高壓注水，同時利用鉆頭切削砂土，在水的沖擊和裹挾作用下，使砂土渾濁液從鉆筒和孔壁的間隙返漿至地表。但實際操作中普遍出現(xiàn)的問題是，鉆探過程中砂土混合液不能返漿至地面或者少量返漿至地面，提鉆后容易在孔底形成沉渣，導(dǎo)致鉆進(jìn)受阻。若采用木質(zhì)纖維素混入鉆井液中，可使鉆井液變?yōu)槟z體，增大鉆井液的黏度，增加砂土的返漿量。而且添加木質(zhì)纖維素的鉆井液在土壤中較難降解，對環(huán)境污染較大，成本較高。同時，采用此種鉆井液成孔后，殘留的木質(zhì)素粘液會緊貼井壁，填充孔壁孔隙，影響孔內(nèi)水體滲透。同時也改變了孔壁土體的物理力學(xué)性質(zhì)，使得在孔內(nèi)開展原位測試和物理勘探測井的結(jié)果發(fā)生偏差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的砂土不能提取和容易在孔底繼續(xù)沉渣的問題，提供一種適合在地下水位以下的粉細(xì)砂地層中鉆進(jìn)的鉆頭。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

在不使用鉆井液的鉆進(jìn)中，采用本鉆頭時，合金鉆齒切削砂土，并把砂土和地下水?dāng)嚢璩蓽啙嵋?，在鉆進(jìn)壓力下，粉細(xì)砂渾濁液涌進(jìn)錐形導(dǎo)流罩內(nèi)，向上頂開頂部溢流孔處的球閥；粉細(xì)砂渾濁液流入球形溢流閥后通過其它5個溢流孔流入鉆筒內(nèi)；隨著鉆進(jìn)的深入，流入鉆筒內(nèi)的粉細(xì)砂渾濁液逐漸增多；在停鉆或者提鉆時，球形溢流閥的球閥滾落至最底部，可堵住最底部的溢流孔，使鉆筒內(nèi)的粉細(xì)砂渾濁液就不會從鉆筒內(nèi)流出，避免了在鉆孔底部形成沉渣，達(dá)到預(yù)期的鉆進(jìn)深度，保證了成孔質(zhì)量。

一、粉細(xì)砂地層中鉆進(jìn)的鉆頭（簡稱鉆頭）

本鉆頭包括合金鉆齒、連接筒、錐形導(dǎo)流罩、球形溢流閥、球閥和鉆筒；

其位置和連接關(guān)系是：

自下而上，合金鉆齒、連接筒和鉆筒依次連接組成主體結(jié)構(gòu)；

在連接筒的頂部依次設(shè)置有錐形導(dǎo)流罩和球形溢流閥，在球形溢流閥內(nèi)設(shè)置有球閥。

二、鉆進(jìn)方法

本鉆進(jìn)方法包括下列步驟：

①組裝

鉆頭通過連接筒的螺紋和鉆筒連接固定；

②切削

在鉆進(jìn)時，鉆機通過對鉆桿施加扭矩，帶動合金鉆齒切削砂土，并把削下的砂土和地下水?dāng)嚢璩煞奂?xì)砂渾濁液；

③收漿

在鉆進(jìn)壓力下，粉細(xì)砂渾濁液涌進(jìn)錐形導(dǎo)流罩內(nèi)，向上頂開球形溢流閥下面的溢流孔處的球閥，粉細(xì)砂渾濁液流入球形溢流閥后，通過其它5個溢流孔流入鉆筒內(nèi)；

④提鉆

在提鉆時，球閥在自重作用下滾落至球形溢流閥的底部，封堵底部的溢流孔，阻止鉆筒內(nèi)的粉細(xì)砂渾濁液向下流出，避免了在鉆孔底部形成沉渣。

本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果：

①在鉆頭鉆進(jìn)時，錐形導(dǎo)流罩內(nèi)的粉細(xì)砂渾濁液被壓縮，形成較高的內(nèi)部壓力，使得粉細(xì)砂渾濁液能夠沿錐形導(dǎo)流罩頂部的溢流孔上涌，頂開球閥，流入球形溢流閥內(nèi)；

②球形溢流閥設(shè)置有6個溢流孔，分別均布于球形溢流閥的上、下、前、后、左、右處，便于粉細(xì)砂渾濁液快速流入鉆筒內(nèi)；

③球形溢流閥的設(shè)計，有利于球閥在其內(nèi)部的滾動，同時又可約束球閥的活動范圍，便于粉細(xì)砂渾濁液在球形溢流閥內(nèi)的涌動和溢出；

④球閥能夠在自重的作用下，滾動至球形溢流閥底部的溢流孔，達(dá)到封閉溢流孔的目的；

⑤利用本鉆頭，在地下水位以下的粉細(xì)砂中進(jìn)行干鉆時，可有效提取砂土，避免了在鉆孔底部形成沉渣；

⑥本鉆頭在地下水位以下的粉細(xì)砂中干鉆成孔時，無需利用高壓注水的方式?jīng)_擊和裹挾粉細(xì)砂渾濁液至地表，減少了鉆進(jìn)時的用水量，更加節(jié)能環(huán)保；

⑦采用本方法干鉆成孔，可避免鉆井液對孔內(nèi)土體的污染和破壞，能使在孔內(nèi)進(jìn)行工程勘察的測試結(jié)果更加符合真實值；

⑧鉆頭中的構(gòu)件組合和拆卸方便，便于構(gòu)件的更換和維修；

⑨可以通過調(diào)整相關(guān)結(jié)構(gòu)的尺寸，改變鉆頭的大小，適應(yīng)不同內(nèi)徑鉆孔的要求。

總之，本鉆頭可以在地下水位以下的粉細(xì)砂地層中鉆進(jìn)時，有效提取粉細(xì)砂，避免在鉆孔底部形成沉渣，達(dá)到預(yù)期的鉆進(jìn)深度，保證成孔質(zhì)量；同時本鉆頭可實現(xiàn)多次工業(yè)復(fù)制。

附圖說明

圖1是本鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖（主視，剖）；

圖2是本方法的步驟圖。

圖中：

1—合金鉆齒；

2—連接筒，2.1—螺紋；

3—錐形導(dǎo)流罩；

4—球形溢流閥，4.1—溢流孔；

5—球閥；

6—鉆筒。

a—組裝；

b—切削；

c—收漿；

d—提鉆。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明：

一、鉆頭

1、總體

如圖1，本鉆頭包括合金鉆齒1、連接筒2、錐形導(dǎo)流罩3、球形溢流閥4、球閥5和鉆筒6；

其位置和連接關(guān)系是：

自下而上，合金鉆齒1、連接筒2和鉆筒6依次連接組成主體結(jié)構(gòu)；

在連接筒2的頂部依次設(shè)置有錐形導(dǎo)流罩3和球形溢流閥4，在球形溢流閥4內(nèi)設(shè)置有球閥5。

2、功能部件

01）合金鉆齒1

合金鉆齒1是一種合金材制的鉆齒均勻分布的圓圈；

設(shè)置在連接筒2的底面，剛度和硬度大，能夠鋒利切削巖土體。

02）連接筒2

連接筒2是一種鋼制圓筒，在連接筒2的上部設(shè)置有外螺紋2.1，連接筒2通過外螺紋2.1和鉆筒8緊密連接。

連接筒2的外徑可根據(jù)鉆孔內(nèi)徑大小調(diào)整，壁厚可根據(jù)地層情況而定，在連接筒2的下底面焊接有合金鉆齒1。

03）錐形導(dǎo)流罩3

錐形導(dǎo)流罩3是一種呈倒漏斗形的鋼制容器，其頂部設(shè)置有小孔和球形溢流閥4連通，其底部焊接在連接筒2內(nèi)壁，焊縫為水平面內(nèi)的圓環(huán)。

04）球形溢流閥4

球形溢流閥4是一種鋼制中空球體，在中空球體的上、下、前、后、左、右均布有6個溢流孔4.1，溢流孔4.1內(nèi)徑的大小需適應(yīng)鉆進(jìn)速度和砂土粒徑的大小，使砂土渾濁液可通過溢流孔4.1流入鉆筒2內(nèi)。

05）球閥5

球閥5是一種鋼制圓球，直徑為溢流孔6內(nèi)徑的1.4倍左右，球閥5能夠在自重的作用下，滾動至球形溢流閥4底部的溢流孔4.1，達(dá)到封閉溢流孔4.1的目的。

08）鉆筒6

鉆筒6的外徑和連接筒2一致，鉆筒2通過螺紋2.1與下部連接筒2連接，鉆筒6的上部與鉆桿連接；鉆機鉆進(jìn)時對鉆桿施加扭矩帶動鉆筒6、連接筒2和合金鉆齒1，使鉆頭切削土體。

3、工作機理：

在鉆進(jìn)時，鉆機通過鉆桿對鉆筒6施加扭矩，帶動合金鉆齒1切削砂土，并把削下的砂土和地下水?dāng)嚢璩煞奂?xì)砂渾濁液；在鉆進(jìn)壓力下，粉細(xì)砂渾濁液涌進(jìn)錐形導(dǎo)流罩3內(nèi)，向上頂開球形溢流閥4下面的溢流孔4.1處的球閥5，粉細(xì)砂渾濁液流入球形溢流閥4后，通過其他5個溢流孔4.1流入鉆筒6內(nèi)；隨著鉆進(jìn)的深入，流入鉆筒6內(nèi)的粉細(xì)砂渾濁液逐漸增多；在提鉆或者停鉆時，球閥5在自重作用下滾落至球形溢流閥4的底部，可封堵底部的溢流孔4.1，阻止鉆筒6內(nèi)的粉細(xì)砂渾濁液向下流出，避免了在鉆孔底部形成沉渣。

二、方法

如圖2，本方法是：

①組裝-a；

②切削-b；

③收漿-c；

④提鉆-d。