一種用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種高壓噴射注漿加固鉆孔孔壁的噴射組合鉆具，特別是地質(zhì)巖心鉆探領(lǐng)域中對松散破碎地層進行孔壁加固的高壓噴射注漿組合鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002]在進行地質(zhì)巖心鉆探施工時，經(jīng)常會鉆遇松散、軟弱破碎等巖層，在該類地層鉆進中極易出現(xiàn)孔壁掉塊、垮塌等復(fù)雜情況，嚴重影響鉆孔施工安全及鉆探效率。目前針對該類復(fù)雜情況的一種常用解決措施通常是向軟弱破碎帶注入水泥漿，待其凝固后再進行重新鉆開固結(jié)體，利用水泥漿與孔壁巖石混合后形成的高強度固結(jié)體保證孔壁穩(wěn)定。
[0003]但在現(xiàn)有的注水泥漿加固孔壁技術(shù)中，存在如下不足:
[0004]①采用常規(guī)注水泥加固時固結(jié)體直徑較小。當用同徑鉆頭重新鉆孔時，固結(jié)體形成的筒狀物厚度較小，在鉆進時容易因鉆具回轉(zhuǎn)而碾碎或磨蝕，不能形成有效的固結(jié)體保護層。
[0005]②為了使得固結(jié)體的加固厚度增大，在現(xiàn)有技術(shù)中引入了高壓噴射注漿法。它是采用高壓旋噴裝置將水泥漿切割孔壁軟弱地層，使孔徑擴大，同時與孔壁巖石混合形成大直徑固結(jié)體；此外，水泥漿也可通過高壓滲透到較遠裂隙內(nèi)，固結(jié)范圍較大。目前噴射注漿主要采用掃孔到底后，投球堵塞原通道，讓水泥漿從噴射孔流出，缺點一是投球可能會在中途卡死無法進行噴射作業(yè)；二是噴射過程若噴嘴堵死，就會造成水泥漿堵塞鉆桿事故，被迫提鉆，浪費大量人力物力；三是采用投球式時，一旦球閥堵塞原通道后就只能進行噴射作業(yè)，不能再切換成掃孔作業(yè)，因此，在復(fù)雜地層情況下的應(yīng)用受到一定限制。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于提供一種用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具，以解決普通注水泥漿加固孔壁易出現(xiàn)固結(jié)體直徑較小、常規(guī)高壓噴射鉆具在復(fù)雜地層中使用受限等缺點。
[0007]—種用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具，其特征在于，包括:鉆具鋼體I和鉆頭2，所述鉆具鋼體I通過下接頭1-3與鉆頭2相連；所述鉆具鋼體I上設(shè)置噴射孔1-7 ;所述鉆具鋼體I的內(nèi)部設(shè)置高壓噴射調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述高壓噴射調(diào)節(jié)機構(gòu)包括活塞堵頭1-4、壓力彈簧1-5和彈簧筒體1-6 ;所述壓力彈簧1-5的上端與活塞堵頭1-4固定連接，所述壓力彈簧1-5的下端與彈簧筒體1-6的底部固定連接，所述彈簧筒體1-6的底部設(shè)有供泥漿到達鉆頭2的通路，壓力彈簧1-5的自由高度大于彈簧筒體1-6的高度。
[0008]在松散、軟弱破碎地層中鉆進時，極易發(fā)生孔壁掉塊、坍塌等，嚴重時甚至坍塌物封閉原鉆孔，因此，采用噴射注漿加固鉆孔孔壁時需要進行掃孔至原鉆孔底部，再進行噴射注漿。上面所述的高壓噴射注漿組合鉆具可進行掃孔和噴射注漿不同施工作業(yè)的切換，具體工作流程如下:
[0009]掃孔施工時，采用小排量沖洗液進行循環(huán)排粉:由于排量較小，栗壓較低，壓力彈簧1-5在彈力作用，沖洗液沿活塞堵頭1-4外側(cè)進入主通道到達鉆頭底部(少量沖洗液沿噴射孔1-7流出)，進行正常掃孔到底。
[0010]當需要噴射水泥漿時，栗量逐漸增大，隨著栗壓增大活塞堵頭1-4壓縮壓力彈簧1-5向下移動，活塞堵頭1-4對彈簧筒體1-6進行密封，堵塞原主通道，水泥漿便全部從噴射孔1-7噴出；伴隨鉆桿柱的旋轉(zhuǎn)，水泥漿對孔壁軟弱土體形成強烈切割，形成水泥漿-土體的混合漿液，待混合漿液固化后成為強度較高、直徑較大的固結(jié)體，進而起到良好的護壁效果O
[0011]作為優(yōu)選，所述噴射孔1-7的個數(shù)為三個，且均勻分布在鉆具鋼體的同一橫截面上。
[0012]當采用小排量循環(huán)掃孔時，受沖洗液波動及鉆桿柱的震動，活塞堵頭在鉆具鋼體內(nèi)容易發(fā)生不規(guī)則跳動。為解決上述問題，本申請在鉆具鋼體I上設(shè)置定位螺釘1-8，并在活塞堵頭1-4的外側(cè)設(shè)置與定位螺釘1-8相配合的滑槽1-9。
[0013]為達到更好的效果，定位螺釘1-8的個數(shù)為三個，且均勻分布在鉆具鋼體的同一橫截面上(即鉆具鋼體上環(huán)向每隔120°設(shè)置I個定位螺釘)；與定位螺釘1-8相配合的滑槽1-9的個數(shù)也為三個，這樣可以很好地限制活塞堵頭僅能上下活動，防止其隨意跳動，使其能更順暢地實現(xiàn)循環(huán)掃孔和噴射注漿作業(yè)的雙向切換。
[0014]為提高掃孔鉆進效率，所述的鉆頭2為PDC鉆頭。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果如下:
[0016](I)本實用新型提供的用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具，通過高壓噴射孔壁松散土體，與水泥漿混合形成固結(jié)體，可大大提高固結(jié)體直徑，提高護壁效果。
[0017](2)本實用新型提供的用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具，通過調(diào)節(jié)泥漿栗排量調(diào)節(jié)活塞堵頭行程來進行掃孔和噴射注漿不同施工作業(yè)的切換，能有效避免水泥漿堵塞鉆桿事故。
[0018](3)本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，易加工制作。同時操作簡便，易于現(xiàn)場施工人員掌握。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為圖1的A-A剖面視圖；
[0021]圖3為本實用新型的立體圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本實用新型作進一步的詳細描述。但不應(yīng)將此理解為本實用新型上述主題的范圍僅限于以下的實施例，凡基于本【實用新型內(nèi)容】所實現(xiàn)的技術(shù)均屬于本實用新型的范圍。
[0023]實施例1
[0024]圖1為本實用新型提供的用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為圖1沿A-A的剖面視圖。如圖1和圖2所示，該高壓噴射注漿組合鉆具包括鉆具鋼體I和鉆頭2，鉆具鋼體I通過下接頭1-3與鉆頭2相連，鉆具鋼體(I)通過上接頭(1-2)與鉆桿相連。
[0025]鉆具鋼體I上設(shè)置供水泥漿噴出的噴射孔1-7 ;鉆具鋼體I的內(nèi)部設(shè)置高壓噴射調(diào)節(jié)機構(gòu)，用于切換泥漿循環(huán)掃孔和水泥漿噴射這兩種不同工作模式。
[0026]該高壓噴射調(diào)節(jié)機構(gòu)包括壓力彈簧1-5、彈簧筒體1-6，以及與壓力彈簧1-5上端固定連接的活塞堵頭1-4。壓力彈簧1-5的下端與彈簧筒體1-6的底部固定連接，彈簧筒體1-6的底部設(shè)有供泥漿到達鉆頭2的通路。為了實現(xiàn)泥漿循環(huán)掃孔和水泥漿噴射這兩種不同工作狀態(tài)的順利切換，壓力彈簧1-5的自由高度大于彈簧筒體1-6的高度。
[0027]噴射孔1-7的個數(shù)可以為2個、或者3個、或者3個以上，噴射孔可以均勻分布在鉆具鋼體的同一橫截面上，也可以是分布在鉆具鋼體的不同橫截面上，只要能實現(xiàn)以下功能即可:在循環(huán)掃孔時，只有少部分泥漿從噴射孔流出鉆具鋼體外，但在噴射注漿工作模式下，水泥漿能很快地從噴射孔射出，對孔壁軟弱土體進行強烈切割。圖3為本實用新型的立體圖，可很清楚地看到噴射孔的位置結(jié)構(gòu)。
[0028]在鉆具鋼體I上設(shè)置定位螺釘1-8，并在活塞堵頭1-4的外側(cè)設(shè)置與定位螺釘1-8相配合的滑槽1-9。
[0029]為更好地避免活塞堵頭的不規(guī)則跳動，定位螺釘1-8的個數(shù)為三個，且均勻分布在鉆具鋼體的同一橫截面上(即鉆具鋼體上環(huán)向每隔120°設(shè)置I個定位螺釘)；與定位螺釘1-8相配合的滑槽1-9的個數(shù)也為三個。圖3為本實用新型的立體圖，可很清楚地看到定位螺釘?shù)奈恢媒Y(jié)構(gòu)。
[0030]為提高掃孔鉆進效率，鉆頭2為PDC鉆頭。
[0031]實施例2
[0032]在松散、軟弱破碎地層中鉆進時，極易發(fā)生孔壁掉塊、坍塌等，嚴重時甚至坍塌物封閉原鉆孔，實際工作中，常采用噴射注漿加固鉆孔孔壁來解決上述問題。然而，在噴射注漿加固鉆孔孔壁時，需要進行掃孔至原鉆孔底部，再進行噴射注漿。
[0033]本實用新型提供的用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具，可實現(xiàn)掃孔和噴射注漿兩種作業(yè)方式的方便切換。
[0034]掃孔施工時，采用小排量沖洗液進行循環(huán)排粉:由于排量較小，栗壓較低，壓力彈簧1-5在彈力作用，沖洗液沿活塞堵頭1-4外側(cè)進入主通道到達鉆頭底部(少量沖洗液沿噴射孔1-7流出)，進行正常掃孔到底。
[0035]當需要噴射水泥漿時，栗量逐漸增大，隨著栗壓增大活塞堵頭1-4壓縮壓力彈簧1-5向下移動，活塞堵頭1-4對彈簧筒體1-6進行密封，堵塞原主通道，水泥漿便全部從噴射孔1-7噴出；伴隨鉆桿柱的旋轉(zhuǎn)，水泥漿對孔壁軟弱土體形成強烈切割，形成水泥漿-土體的混合漿液，待混合漿液固化后成為強度較高、直徑較大的固結(jié)體，進而起到良好的護壁效果O
[0036]在噴射水泥漿過程中，若遇噴嘴堵塞，可降低排量，使得彈簧在彈力作用下重新頂開活塞堵頭，水泥漿沿活塞堵頭外側(cè)進入主通道，在從鉆頭處流出鉆具，避免了水泥漿堵塞鉆桿事故，被迫提鉆。因此，本鉆具可實現(xiàn)噴射水泥漿與沖洗液循環(huán)掃孔施工的自由切換。
【主權(quán)項】
1.一種用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具，其特征在于，包括:鉆具鋼體(I)和鉆頭(2)，所述鉆具鋼體(I)通過下接頭(1-3)與鉆頭(2)相連；所述鉆具鋼體(I)上設(shè)置噴射孔(1-7);所述鉆具鋼體(I)的內(nèi)部設(shè)置高壓噴射調(diào)節(jié)機構(gòu)，所述高壓噴射調(diào)節(jié)機構(gòu)包括活塞堵頭(1-4)、壓力彈簧(1-5)和彈簧筒體(1-6);所述壓力彈簧(1-5)的上端與活塞堵頭(1-4)固定連接，所述壓力彈簧(1-5)的下端與彈簧筒體(1-6)的底部固定連接，所述彈簧筒體(1-6)的底部設(shè)有供泥漿到達鉆頭(2)的通路，壓力彈簧(1-5)的自由高度大于彈簧筒體(1-6)的高度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具，其特征在于，所述噴射孔(1-7)的個數(shù)為三個，且均勻分布在鉆具鋼體的同一橫截面上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具，其特征在于，所述鉆具鋼體(I)上設(shè)置定位螺釘(1-8)，所述活塞堵頭(1-4)的外側(cè)設(shè)置與定位螺釘(1-8)相配合的滑槽(1-9)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具，其特征在于，所述定位螺釘(1-8)的個數(shù)為三個，且均勻分布在鉆具鋼體的同一橫截面上；與定位螺釘(1-8)相配合的滑槽(1-9)的個數(shù)也為三個。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具，其特征在于，所述的鉆頭(2)為PDC鉆頭。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于鉆孔護壁的高壓噴射注漿組合鉆具。為解決普通注水泥漿加固孔壁易出現(xiàn)固結(jié)體直徑較小、常規(guī)高壓噴射鉆具在復(fù)雜地層中使用受限等問題，本實用新型提供的高壓噴射注漿組合鉆具包括鋼體1和鉆頭2，鉆具鋼體1通過下接頭1-3與鉆頭2相連，鉆具鋼體1上設(shè)置供水泥漿噴出的噴射孔1-7，鉆具鋼體1的內(nèi)部設(shè)置高壓噴射調(diào)節(jié)機構(gòu)，對泥漿循環(huán)掃孔和水泥漿噴射這兩種不同工作模式進行調(diào)節(jié)切換。本實用新型提供的高壓噴射注漿組合鉆具，通過調(diào)節(jié)泥漿泵排量進而控制泵壓（調(diào)節(jié)活塞堵頭行程）來進行掃孔和噴射注漿不同施工作業(yè)的切換，能有效避免水泥漿堵塞鉆桿事故，可廣泛適用于松散破碎地層的孔壁加固。
【IPC分類】E21B21/00, E21B33/13
【公開號】CN204877330
【申請?zhí)枴緾N201520666584
【發(fā)明人】吳金生, 李俊萍, 張統(tǒng)得, 胡立, 鄧偉
【申請人】中國地質(zhì)科學院探礦工藝研究所
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月31日