松软岩土地层反循环跟管钻具制造技术

松软岩土地层反循环跟管钻具，钻具为同轴三通道结构，包括双壁钻杆、螺旋钻杆、钻头、套管和管靴，双壁钻杆内管的中心孔和螺旋钻杆内管的中心孔构成排渣通道，螺旋钻杆内管和螺旋钻杆外管之间的环状间隙构成进气通道，螺旋钻杆外管和套管之间的环状间隙构成外环通道；压缩空气经进气通道进入到钻头后分流，用于辅助切削刃破碎地层及实现反循环排渣。而悬浮在外环通道的钻屑沿着螺旋叶片上行，经排渣窗进入到排渣通道上返至地表。本实用新型专利技术提供的钻具在钻进过程中采用流体介质反循环排渣和螺旋叶片辅助排渣，实现跟管钻进以保护孔壁，可解决松软岩土层钻进过程中遇到的埋钻、排渣难和成孔难等问题，实现钻进、防塌、除尘、护壁一体化作业。

Reverse circulation and pipe drilling tool in soft rock stratum

Reverse circulation pipe-following drilling tool in soft rock stratum consists of coaxial three-channel structure, including double-wall drill pipe, screw drill pipe, drill bit, casing and pipe boot, the center hole of the inner pipe of double-wall drill pipe and the center hole of the inner pipe of screw drill pipe constitute slag discharge channel, and the circular gap between the inner pipe of screw drill pipe and the outer pipe of screw drill pipe constitutes air intake channel. The annular clearance between the outer pipe and casing of the spiral drill pipe forms the outer loop passage, and the compressed air enters the bit through the air inlet passage and distributes to assist the cutting edge to break the formation and realize the reverse circulation slag discharge. The drilling cuttings suspended in the outer ring passage ascend along the spiral blade and enter the slag discharge passage through the slag discharge window to return to the surface. The drilling tool provided by the utility model adopts reverse circulation of fluid medium for slag discharge and auxiliary slag discharge by spiral blades in the drilling process, realizes pipe following drilling to protect the hole wall, solves the problems encountered in the drilling process of soft rock and soil, such as difficult buried drilling, slag discharge and hole formation, and realizes the integrated operation of drilling, collapse prevention, dust removal and wall protection.

【技术实现步骤摘要】
松软岩土地层反循环跟管钻具
本技术涉及一种用于松软岩土层的反循环跟管钻具，尤其是反循环排渣、螺旋钻进排粉和同心跟管钻进同步作业的钻具。
技术介绍
在松散、胶结性差、易破碎、易水化等松软岩土层钻进时，施工难度大，常遇到取心难、成孔难、孔壁坍塌等问题，钻孔效果不理想，主要原因是在施工过程中钻孔容易边钻边塌，排渣量大，还可能出现卡钻、夹钻和埋钻等事故，导致钻进效率较低。因此，需要一种钻进技术，既能解决钻进过程中成孔后塌孔问题，还能够提高钻进效率，同时还能提高钻屑的采集率并减少孔口粉尘污染。中国专利文献CN201310566830.6公开了一种用于松软突出煤层钻进双层内排渣防堵钻具及使用方法，包括双层内排渣防堵钻杆、中心回流钻头、旋转密封供水装置等，旋转密封供水装置与钻机上的双层内排渣防堵钻杆连接，中心回流钻头安装在钻杆的前端，其钻杆由外钻杆体、内连接管和焊接在内连接管内壁的多孔管组成，但该钻杆体结构复杂，加工难度大，强度低。中国专利文献CN104514487公开了一种松软突出煤层反循环钻进设备及其钻进工艺，包括钻机、主动双壁钻杆、双通道水龙头、钻头及空压机。随着钻头不断钻入地层，需在主动双壁钻杆和钻头之间不断加接双壁钻杆。该钻具能有效防止孔内坍塌的发生，可在破碎地层钻进，但在浅孔段反循环效果差，并且提钻后仍容易发生塌孔。中国专利文献CN105781419公开了一种用于松软地层钻进中心排渣引射式抽吸钻具及使用办法，钻具包括进气管、排渣管、动力头和钻杆，钻杆内设有排渣通道和进气通道，并在钻杆前端安装有引射式抽吸钻头。喷射孔喷出的射流空气对钻孔底部产生搅动作用，并推动孔底钻屑进入到中心排渣通道，可大幅度提高钻进效率和钻进深度。但钻头与钻杆环状间隙较大，反循环形成不稳定，仍然无法解决提钻后容易塌孔的问题。因此，现有技术中亟需一种新的技术方案解决上述问题。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种松软岩土地层反循环跟管钻具，具体钻头的切削刃破碎岩土体，并利用气体射流辅助破碎地层。通过钻头引射孔形成的射流在中心排渣通道形成负压，实现钻屑反循环运输；悬浮在钻具与套管环状间隙中的钻屑则随着钻杆的旋转沿着螺旋叶片上行，并经排渣窗进入中心排渣通道，最终上返至地表。钻进过程中，钻头通过管靴带动套管回转下行，实现边反循环钻进边下套管护壁，可有效解决松软岩土层的缩径、坍塌、孔壁失稳等孔内事故，利用反循环排渣使除尘更为有效，实现钻进、防塌、除尘、护壁一体化作业。为达到上述目的，本技术采用以下技术方案：松软岩土地层反循环跟管钻具，其特征在于：包括排渣管、动力头、进气管、双壁钻杆、套管、螺旋钻杆、钻头、管靴、喷嘴、切削刃及引射孔，所述双壁钻杆上部设置有动力头，双壁钻杆通过动力头分别与排渣管、进气管连通；所述螺旋钻杆上端通过螺旋钻杆上接头与双壁钻杆连接，螺旋钻杆下端通过螺旋钻杆下接头与钻头螺纹连接，其中双壁钻杆由双壁钻杆外管和双壁钻杆内管组成，双壁钻杆外管和双壁钻杆内管之间构成环状间隙，螺旋钻杆侧壁上开设有排渣窗,螺旋钻杆为双层结构，螺旋钻杆包括同轴布置的螺旋钻杆内管和螺旋钻杆外管，螺旋钻杆内管和螺旋钻杆外管形成环状间隙，螺旋钻杆内管的长度大于螺旋钻杆外管的长度，螺旋钻杆外管侧壁外部焊接有螺旋叶片；所述套管与管靴构成套管总成，该套管总成套设在双壁钻杆、螺旋钻杆上接头、螺旋钻杆、螺旋钻杆下接头及钻头外部；反循环跟管钻具为同轴三通道结构，双壁钻杆内管的中心孔和螺旋钻杆内管的中心孔构成排渣通道，螺旋钻杆内管和螺旋钻杆外管之间的环状间隙构成进气通道，螺旋钻杆外管和套管之间的环状间隙构成外环通道；所述钻头具有由内壁和外壁构成的双壁结构，且内壁和外壁之间的夹层空间形成环槽状进气室，钻头上设置有花键，钻头通过花键抵在管靴的台阶面上，在钻头工作端镶嵌有切削刃，并设置有水口；所述喷嘴和引射孔交错布置在钻头上，喷嘴沿钻头径向设置；引射孔呈倾斜设置，引射孔的中心线与钻头的轴线呈30°夹角。所述螺旋钻杆上接头上端与双壁钻杆外管螺纹连接，螺旋钻杆上接头下端与螺旋钻杆外管螺纹连接；所述螺旋钻杆内管上端与双壁钻杆内管采用插接方式连接，螺旋钻杆内管下端与钻头采用插接方式连接；所述螺旋钻杆下接头上端与螺旋钻杆外管螺纹连接，螺旋钻杆下接头下端与钻头螺纹连接；所述套管与管靴采用螺纹连接，并通过花键与钻头插接。所述喷嘴数量为三个，三个喷嘴均布在钻头；所述引射孔数量为三个，三个引射孔均布在钻头上，引射孔和喷嘴交错布置。所述螺旋钻杆的长度小于等于3m。通过上述设计方案，本技术可以带来如下有益效果：1、利用切削刃回转、空气射流辅助切削方式在松软岩土层实施碎岩钻进，同时利用钻头向套管施加压应力，实现边钻进边护壁，有效防止孔壁坍塌等问题；2、压缩空气通过引射孔斜向上喷射在排渣通道内形成负压区，对钻孔底部钻屑产生抽吸作用，形成反循环排渣，进而提高钻屑运移效率；3、悬浮在钻杆与套管环状间隙中的钻屑则随着钻杆的旋转沿着螺旋叶片上行，并通过排渣窗进入中心排渣通道，并以反循环方式上返至地表；4、钻具采用同轴式连接方式，连接强度高，拧卸方便、快捷，密封性好；5、在松软岩土层实现反循环跟管钻进，可有效解决松软岩土层的缩径、坍塌、孔壁失稳等孔内事故，利用反循环排渣使除尘更为有效，实现钻进、防塌、除尘、护壁一体化作业。附图说明此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本技术示意性实施例及其说明用于理解本技术，并不构成本技术的不当限定，在附图中：图1为本技术松软岩土层反循环跟管钻具的结构图。图2为图1中的A-A断面图。图3为本技术钻头三维结构图。图4为本技术螺旋钻杆三维结构图。图5为本技术松软岩土层反循环钻进工艺原理图。图中各标记如下：1-排渣管、2-动力头、3-进气管、4-双壁钻杆、5-双壁钻杆外管、6-双壁钻杆内管、7-套管、8-螺旋钻杆上接头、9-螺旋钻杆内管、10-排渣窗、11-螺旋钻杆外管、12-螺旋钻杆、13-螺旋钻杆下接头、14-钻头、15-管靴、16-喷嘴、17-切削刃、18-引射孔、19-进气室、20-排渣通道、21-进气通道、22-外环通道。具体实施方式为了更清楚地说明本技术，下面结合优选实施例和附图对本技术做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本技术的保护范围。如图1所示，松软岩土地层反循环跟管钻具为同轴三通道结构，包括双壁钻杆4、螺旋钻杆12、钻头14、套管7和管靴15，双壁钻杆4由双壁钻杆外管5和双壁钻杆内管6组成，双壁钻杆外管5和双壁钻杆内管6之间构成环状间隙，螺旋钻杆12为双层结构，螺旋钻杆12包括同轴布置的螺旋钻杆内管9和螺旋钻杆外管11，螺旋钻杆内管9和螺旋钻杆外管11形成环状间隙，螺旋钻杆内管9的长度大于螺旋钻杆外管11的长度，螺旋钻杆外管11侧壁外部焊接有螺旋叶片；双壁钻杆内管6的中心孔和螺旋钻杆内管9的中心孔构成排渣通道20，螺旋钻杆内管9和螺旋钻杆外管11之间的环状间隙构成进气通道21，螺旋钻杆外管11和套管7之间的环状间隙构成外环通道22；所述套管7与管靴15构成套管总成，套管7和管靴15起到支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.松软岩土地层反循环跟管钻具，其特征在于：包括排渣管(1)、动力头(2)、进气管(3)、双壁钻杆(4)、套管(7)、螺旋钻杆(12)、钻头(14)、管靴(15)、喷嘴(16)、切削刃(17)及引射孔(18)，所述双壁钻杆(4)上部设置有动力头(2)，双壁钻杆(4)通过动力头(2)分别与排渣管(1)、进气管(3)连通；所述螺旋钻杆(12)上端通过螺旋钻杆上接头(8)与双壁钻杆(4)连接，螺旋钻杆(12)下端通过螺旋钻杆下接头(13)与钻头(14)螺纹连接，其中双壁钻杆(4)由双壁钻杆外管(5)和双壁钻杆内管(6)组成，双壁钻杆外管(5)和双壁钻杆内管(6)之间构成环状间隙，螺旋钻杆(12)侧壁上开设有排渣窗(10),螺旋钻杆(12)为双层结构，螺旋钻杆(12)包括同轴布置的螺旋钻杆内管(9)和螺旋钻杆外管(11)，螺旋钻杆内管(9)和螺旋钻杆外管(11)形成环状间隙，螺旋钻杆内管(9)的长度大于螺旋钻杆外管(11)的长度，螺旋钻杆外管(11)侧壁外部焊接有螺旋叶片；所述套管(7)与管靴(15)构成套管总成，该套管总成套设在双壁钻杆(4)、螺旋钻杆上接头(8)、螺旋钻杆(12)、螺旋钻杆下接头(13)及钻头(14)外部；反循环跟管钻具为同轴三通道结构，双壁钻杆内管(6)的中心孔和螺旋钻杆内管(9)的中心孔构成排渣通道(20)，螺旋钻杆内管(9)和螺旋钻杆外管(11)之间的环状间隙构成进气通道(21)，螺旋钻杆外管(11)和套管(7)之间的环状间隙构成外环通道(22)；所述钻头(14)具有由内壁和外壁构成的双壁结构，且内壁和外壁之间的夹层空间形成环槽状进气室(19)，钻头(14)上设置有花键，钻头(14)通过花键抵在管靴(15)的台阶面上，在钻头(14)工作端镶嵌有切削刃(17)，并设置有水口；所述喷嘴(16)和引射孔(18)交错布置在钻头(14)上，喷嘴(16)沿钻头(14)径向设置；引射孔(18)呈倾斜设置，引射孔(18)的中心线与钻头(14)的轴线呈30°夹角。...

【技术特征摘要】
1.松软岩土地层反循环跟管钻具，其特征在于：包括排渣管(1)、动力头(2)、进气管(3)、双壁钻杆(4)、套管(7)、螺旋钻杆(12)、钻头(14)、管靴(15)、喷嘴(16)、切削刃(17)及引射孔(18)，所述双壁钻杆(4)上部设置有动力头(2)，双壁钻杆(4)通过动力头(2)分别与排渣管(1)、进气管(3)连通；所述螺旋钻杆(12)上端通过螺旋钻杆上接头(8)与双壁钻杆(4)连接，螺旋钻杆(12)下端通过螺旋钻杆下接头(13)与钻头(14)螺纹连接，其中双壁钻杆(4)由双壁钻杆外管(5)和双壁钻杆内管(6)组成，双壁钻杆外管(5)和双壁钻杆内管(6)之间构成环状间隙，螺旋钻杆(12)侧壁上开设有排渣窗(10),螺旋钻杆(12)为双层结构，螺旋钻杆(12)包括同轴布置的螺旋钻杆内管(9)和螺旋钻杆外管(11)，螺旋钻杆内管(9)和螺旋钻杆外管(11)形成环状间隙，螺旋钻杆内管(9)的长度大于螺旋钻杆外管(11)的长度，螺旋钻杆外管(11)侧壁外部焊接有螺旋叶片；所述套管(7)与管靴(15)构成套管总成，该套管总成套设在双壁钻杆(4)、螺旋钻杆上接头(8)、螺旋钻杆(12)、螺旋钻杆下接头(13)及钻头(14)外部；反循环跟管钻具为同轴三通道结构，双壁钻杆内管(6)的中心孔和螺旋钻杆内管(9)的中心孔构成排渣通道(20)，螺旋钻杆内管(9)和螺旋钻杆外管(11)之间的环状间隙构成进气通道(21)，螺旋钻杆外管(11)和套管(7)之间的...

【专利技术属性】
技术研发人员：博坤，王茂森，魏贤哲，孙思远，赵振博，甘铭恒，苏向荣，彭枧明，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22