一种穿越碎石地层的钻进工具制造技术

对于钻头穿越碎石地层时易掉钻的技术难题，本发明专利技术提出了设置护壁段这种隔离装置的技术构思，通过护壁段将碎石地层与钻孔内部隔离，保护钻头继续向下钻进。进一步的，本发明专利技术设计了一种带有护壁段的可插拔钻进工具，使得钻进工具钻进至碎石地层时将护壁段滞留至此，并将动力段携带上去，动力段可循环使用。护壁段设置有钻进部使其具有钻进能力，钻进充填有粉煤灰/水泥的碎石地层时，碎石充填体会进入护壁段内，故设置了包含内钻杆、羽翼状刀翼、阶梯钻头的内部钻进系统，可以破碎护壁段内的碎石充填体,且由于护壁段尺寸远大于传统钻头尺寸因此不会出现掉钻现象。

【技术实现步骤摘要】
一种穿越碎石地层的钻进工具
本专利技术属于市政施工领域，涉及一种穿越碎石地层的钻进工具。
技术介绍
市政工程一般是指在城市区规划建设范围内设置各种建筑物、构筑物，在进行施工时，其必要的条件是保证地基的稳定。地基是指建筑物下面支撑的土体或岩体，地基不属于建筑的组成部分，但它对保证建筑物的坚固耐久具有非常重要的作用。地基要具有足够的承载力,地基的沉降量需控制在一定范围内，地基要有防止产生倾覆、失稳方面的能力，因此在进行地面建筑物施工之前必须先加固地基。地基下覆的碎石地层一直是地基加固的重点区域，一般而言碎石地层的加固方法是通过地面钻孔向其内注入充填材料，如粉煤灰、水泥浆加固。但是当遇到两层碎石地层时，钻具需穿越上一层碎石地层以后才能对下一层碎石地层进行加固，而钻具穿越碎石地层时容易产生抱钻现象，从而无法提钻，导致钻孔报废，因此急需提供一种可以穿越碎石地层的钻进工具，以解决两层碎石地层的加固问题。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种穿越碎石地层的钻进工具，包括动力段和护壁段，两者同轴设置且可插拔连接；动力段包括自上而下的钻杆连接段、喇叭形过渡段、上连接段，其中上连接段的直径大于钻杆连接段的直径，钻杆连接段上部与钻杆连接，上连接段通过其下端的上连接部与护壁段上端的下连接部可插拔连接；在过渡段内部水平设置有支撑架，支撑架上固定有驱动电机，驱动电机输出轴上连接有内钻杆；延伸至护壁段内部的内钻杆上部自上而下均匀设置有多层羽翼状刀片，每层均匀设置2个以上，内钻杆底部连接有阶梯钻头，阶梯钻头底端高于护壁段底端；护壁段包括自上而下的下连接部、护壁筒和多个钻进部，各钻进部沿着护壁筒周向间隔、均匀设置。优选的，在上连接段内部设置有固定内钻杆的装置，该装置包括同轴固定在内钻杆上的轴承，固定在上连接段内壁的固定块，水平设置的支撑杆一端与轴承外圈固定连接一端与固定块固定连接。优选的，阶梯钻头由多个结构相同，自上而下可拆卸连接的分钻头组成，各分钻头均包括头部和连接杆，头部包括基部、刀翼、第一钻齿，连接杆一端为连接公头，另一端与基部固定连接，基部为圆柱状，刀翼沿圆周方向均匀、间隔设于基部的边沿位置，并形成多个碎屑槽，多个第一钻齿分别设于各个刀翼的边沿位置，在基部正中心设置有可与相邻分钻头的连接公头可拆卸连接的连接母头，各分钻头头部的直径自上而下逐渐减小成阶梯状。优选的，下连接部包括与护壁筒顶端连接的连接台，连接台外圈与护壁筒连接，连接台内圈与连接筒底端连接，连接筒外壁轴向间隔设置有凸出板；上连接部的管壁上均匀、间隔切割有与凸出板匹配的连接槽，所述连接槽能够卡住凸出板，连接筒可以插入中空的上连接部内。优选的，每个钻进部包括设置于护壁筒外周的刀翼块和设置于护壁筒内周的刀翼块；每个刀翼块外侧面沿轴向设置有两排第二钻齿，每个弧形刀翼块下端面沿其弧形中心线设置有多个第二钻齿，所有钻进部下端面的第二钻齿所在的圆与护壁筒是同心圆。采用上述钻进工具穿越碎石地层的钻进方法，包括如下施工步骤：S1，采用常规钻头连接钻杆，自地面向碎石地层施工多个钻孔；S2,当钻进至上部碎石地层时，提钻，注入粉煤灰浆体；S3,将上述穿越碎石地层的钻进工具与钻杆连接，沿着原钻孔进行钻进，直至钻进至上部碎石地层的底板一定深度处，此时护壁段顶端位于上部碎石地层完整顶板内一定范围，与此同时内部的钻进系统也工作；S4，提钻，下部的护壁段留在上部碎石地层中；S5，采用常规钻头连接钻杆，继续沿着原钻孔钻进；S6，当钻进至下部碎石地层时，提钻；之后注浆，注浆方法同步骤S2；S7，注浆结束后，采用水泥浆封孔至距地表一定距离，然后放入钢筋笼，继续灌注水泥浆形成钢筋水泥桩用以加固浅层地基。本专利技术的有益技术效果为：1、对于钻头穿越碎石地层时易掉钻的技术难题，本专利技术提出了设置护壁段这种隔离装置的技术构思，通过护壁段将碎石地层与钻孔内部隔离，保护钻头继续向下钻进。进一步的，本专利技术设计了一种带有护壁段的可插拔钻进工具，使得钻进工具钻进至碎石地层时将护壁段滞留至此，并将动力段携带上去，动力段可循环使用。护壁段设置有钻进部使其具有钻进能力，钻进充填有粉煤灰/水泥的碎石地层时，碎石充填体会进入护壁段内，故设置了包含内钻杆、羽翼状刀翼、阶梯钻头的内部钻进系统，可以破碎护壁段内的碎石充填体(护壁段内的碎石充填体若不破碎，后续钻进还是会产生掉钻问题),且由于护壁段尺寸远大于传统钻头尺寸因此不会出现掉钻现象(钻头相对于碎石块较小易掉钻而护壁筒相对于碎石较大不易掉钻)。2、阶梯钻头与羽翼状刀翼配合使用，阶梯钻头本身可以提高钻进效率(研磨岩石效率高)，但由于穿越的是碎石充填体，碎石不像完整岩体一样利于研磨，碎石易滑动，因此设置的羽翼状刀翼可以起到破碎未被阶梯钻头破碎的碎石的作用(类似豆浆机、破壁机工作原理)。3、由于护壁筒内部、外部有碎石，且碎石的块形及大小不均匀，故作用于护壁筒内外壁的力不一，因此钻进过程中极易受碎石的作用力而产生偏斜；针对该问题，在护壁筒的内外壁皆设置有刀翼块，在刀翼块的侧面皆设置钻齿，且刀翼块下端面也设置钻齿，基于此钻进时可以将护壁筒周围的(可能接触到的)碎石全部打碎为其向下钻提供无阻碍空间。附图说明图1是钻井系统穿越两层碎石地层的剖面图。图2是本专利技术钻进工具。图3是本专利技术钻进工具连接部结构图。图4是本专利技术单个阶梯钻孔结构图。图中，钻井系统00；上部碎石地层01；下部碎石地层02；钻杆03；动力段1；钻杆连接段11；过渡段12，上连接段13；驱动电机141；支撑架142；内钻杆143；轴承151；固定块152；支撑杆153；羽翼状刀片16；阶梯钻头17；基部171；刀翼172；第一钻齿173；碎屑槽174；连接母头175；连接杆176；上连接部18；连接槽181；护壁段2；下连接部21；连接台211；连接筒212；凸出板213；护壁筒22；刀翼块231；第二钻齿232。具体实施方式如图2-4，一种穿越碎石地层的钻进工具，所述碎石地层可以是煤矿开采后的采空区，包括动力段1和护壁段2，两者同轴设置且可插拔连接；动力段1包括自上而下的钻杆连接段11、喇叭形过渡段12、上连接段13，其中上连接段13的直径大于钻杆连接段11的直径，钻杆连接段11上部与钻杆03连接，上连接段13通过其下端的上连接部18与护壁段2上端的下连接部21可插拔连接；在过渡段12内部水平设置有支撑架142，支撑架142上固定有驱动电机141，驱动电机输出轴上连接有内钻杆143；延伸至护壁段2内部的内钻杆143上部自上而下均匀设置有多层羽翼状刀片16，每层均匀设置2个以上的羽翼状刀片16，内钻杆143底部连接有阶梯钻头17，阶梯钻头底端高于护壁段2底端；护壁段2包括自上而下的下连接部21、护壁筒22和多个钻进部，各钻进部沿着护壁筒22周向间隔、均匀设置。优选的，在上连接段13内部设置有固定内钻杆143的装置，该装置包括同轴固定在内钻杆143本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿越碎石地层的钻进工具，包括动力段和护壁段，两者同轴设置且可插拔连接；动力段包括自上而下的钻杆连接段、喇叭形过渡段、上连接段，其中上连接段的直径大于钻杆连接段的直径，钻杆连接段上部与钻杆连接，上连接段通过其下端的上连接部与护壁段上端的下连接部可插拔连接；在过渡段内部水平设置有支撑架，支撑架上固定有驱动电机，驱动电机输出轴上连接有内钻杆；延伸至护壁段内部的内钻杆上部自上而下均匀设置有多层羽翼状刀片，每层均匀设置2个以上，内钻杆底部连接有阶梯钻头，阶梯钻头底端高于护壁段底端；护壁段包括自上而下的下连接部、护壁筒和多个钻进部，各钻进部沿着护壁筒周向间隔、均匀设置。/n

【技术特征摘要】
1.一种穿越碎石地层的钻进工具，包括动力段和护壁段，两者同轴设置且可插拔连接；动力段包括自上而下的钻杆连接段、喇叭形过渡段、上连接段，其中上连接段的直径大于钻杆连接段的直径，钻杆连接段上部与钻杆连接，上连接段通过其下端的上连接部与护壁段上端的下连接部可插拔连接；在过渡段内部水平设置有支撑架，支撑架上固定有驱动电机，驱动电机输出轴上连接有内钻杆；延伸至护壁段内部的内钻杆上部自上而下均匀设置有多层羽翼状刀片，每层均匀设置2个以上，内钻杆底部连接有阶梯钻头，阶梯钻头底端高于护壁段底端；护壁段包括自上而下的下连接部、护壁筒和多个钻进部，各钻进部沿着护壁筒周向间隔、均匀设置。


2.根据权利要求1所述的一种穿越碎石地层的钻进工具，其特征在于，在上连接段内部设置有固定内钻杆的装置，该装置包括同轴固定在内钻杆上的轴承，固定在上连接段内壁的固定块，水平设置的支撑杆一端与轴承外圈固定连接一端与固定块固定连接。


3.根据权利要求1所述的一种穿越碎石地层的钻进工具，其特征在于，阶梯钻头由多个结构相同，自上而下可拆卸连接的分钻头组成，各分钻头均包括头部和连接杆，头部包括基部、刀翼、第一钻齿，连接杆一端为连接公头，另一端与基部固定连接，基部为圆柱状，刀翼沿圆周方向均匀、间隔设于基部的边沿位置，并形成多个碎屑槽，多个第一钻齿分别设于各个刀翼的边沿位置，在基部正中心设置有可与相邻分钻头的连接公头可拆卸连接的连接母头，各分钻头头部的直径自上而下逐渐减小成阶梯状。


4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，
申请(专利权)人：天津市华普生产力促进有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12