專利名稱：環(huán)狀水力噴射鉆頭及復(fù)雜地層錨桿孔水力噴射施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆探機(jī)具和施工方法，尤其是復(fù)雜地層錨桿孔孔水力噴射反 循環(huán)施工方法和實(shí)現(xiàn)該方法所必備的水力噴射鉆頭。
背景技術(shù)：
卵礫石地層是鉆探工程中常見(jiàn)的一種典型的不穩(wěn)定地層，地層中的礫石多 以石英巖、花崗巖為主，其基本特征就是松、碎、漏以及錨索不易下入，鉆頭接 觸巖石作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，有一定自由度的卵礫石也會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，這種 運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致鉆具振動(dòng)和回轉(zhuǎn)不平穩(wěn)。鉆具在孔內(nèi)受不規(guī)則變化的扭力，還易發(fā)生絲 扣脫落、鉆桿折斷事故。鉆機(jī)傳動(dòng)部分受不穩(wěn)定的沖擊載荷，零部件易損。由于 鉆頭在松散的卵礫石層中工作，對(duì)巖石擠壓、套取、撞擊壓碎，致使鉆孔壁極不規(guī) 則,孔內(nèi)掉塊、坍塌、卡埋鉆事故時(shí)常發(fā)生，所消耗的時(shí)間是鉆進(jìn)相同厚度其他 巖層的幾倍甚至幾十倍。造成鉆進(jìn)時(shí)鉆進(jìn)效率低，鉆探生產(chǎn)成本高。因此，為了 提高鉆探效率，降低生產(chǎn)成本，選擇合理的鉆探工藝，先進(jìn)的鉆探技術(shù)顯的尤為 重要。
由于卵礫石地層的復(fù)雜性，人們做了許多有效的探索和研究，設(shè)計(jì)了多種鉆 頭和鉆探施工方法?，F(xiàn)有的卵礫石地層錨桿孔施工方法多釆用 一、抽筒鉆進(jìn)施 工技術(shù)，該方法的最大缺點(diǎn)就是回次進(jìn)尺短，鉆進(jìn)緩慢，工作效率低。二、普通 金剛石一硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn)施工技術(shù)。該鉆進(jìn)技術(shù)的缺點(diǎn)是鉆頭不能承受沖擊， 金剛石容易崩落，合金齒也容易崩落，致使鉆頭磨損嚴(yán)重，很快失效，導(dǎo)致鉆進(jìn) 時(shí)鉆進(jìn)效率低，鉆探生產(chǎn)成本高。三、牙輪鉆頭施工鉆進(jìn)技術(shù)。該鉆進(jìn)技術(shù)的缺 點(diǎn)是鉆進(jìn)時(shí)扭矩很大，所需鉆機(jī)功率很大，然而鉆進(jìn)緩慢，鉆進(jìn)時(shí)鉆進(jìn)效率低， 鉆探生產(chǎn)成本高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種環(huán)狀水力噴射鉆頭 及復(fù)雜地層錨桿孔水力噴射施工方法。
本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
環(huán)狀水力噴射鉆頭6上端通過(guò)螺紋與外平雙壁鉆桿5連接，環(huán)狀水力噴射鉆
頭6底端泄水槽內(nèi)設(shè)有二個(gè)或二個(gè)以上噴射引射孔7。
復(fù)雜地層錨桿孔水力噴射施工方法，包括以下順序和步驟
a、 將鉆機(jī)l、動(dòng)力頭2、鵝頸彎管3、水泵4、外平雙壁鉆桿5，環(huán)狀水力
噴射鉆頭6運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)并安裝；
b、 安裝完畢后開動(dòng)鉆機(jī)，動(dòng)力頭2帶動(dòng)外平雙壁鉆桿5和環(huán)狀水力噴射鉆頭6鉆進(jìn)的同時(shí)，水泵4將清水泵入外平雙壁鉆桿5的環(huán)空間隙，并送到環(huán)狀水 力噴射鉆頭6;
c、 清水經(jīng)環(huán)狀水力噴射鉆頭6的噴射引射孔7出來(lái)的高速水流對(duì)地層進(jìn)行 切割、沖刷，同時(shí)動(dòng)力頭2帶動(dòng)外平雙壁鉆桿5和環(huán)狀水力噴射鉆頭6轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì) 地層形成攪動(dòng)，使卵礫石、砂及水混合；
d、 混合后的卵礫石、砂及水在噴射引射孔7的作用下形成負(fù)壓和引射，經(jīng) 環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心通道、外平雙壁鉆桿5的中心通道和鵝頸彎管3的中 心通道排送到地表；
e、 當(dāng)鉆孔到達(dá)設(shè)計(jì)深度吋，停止供水，完成鉆探任務(wù)；
f、 將錨索通過(guò)外平雙壁鉆桿5的中心通道和環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心通 道下入到鉆孔底，再將鉆具提出鉆孔，完成錨索下入施工。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
環(huán)狀水力噴射鉆頭6底端所設(shè)的噴射引射孔7是以環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中 心為圓心等角度分布。噴射引射孔7的中心間隔為90"—180°,噴射引射孑L (7) 的直徑7—10mra。
有益效果解決復(fù)雜地層成孔困難和錨索不易下入的難題。采用水力噴射鉆 進(jìn)，加大了對(duì)孔底的沖刷作用，避免了常規(guī)鉆頭易磨損的缺點(diǎn)，鉆具中心通道反 循環(huán)排渣和外平雙壁鉆桿護(hù)壁，避免了孔壁容易坍塌掉塊引起鉆孔失穩(wěn)及卡鉆埋 鉆的缺點(diǎn)，最后通過(guò)鉆具中心通道下入錨索，這樣完全避免了由于鉆具提出鉆孔 而引起的鉆孔塌陷事故，經(jīng)試驗(yàn)，大幅提高復(fù)雜地層的鉆進(jìn)效率，極大的降低了 鉆探成本。


附圖l:復(fù)雜地層錨桿孔水力噴射施工方法剖視圖 附圖2:附圖l環(huán)狀水力噴射鉆頭6剖視圖 附圖3:附圖2環(huán)狀水力噴射鉆頭6仰視圖
l鉆機(jī)，2動(dòng)力頭，3鵝頸彎管，4水泵，5外平雙壁鉆桿，6環(huán)狀水力噴射 鉆頭，7噴射引射孔。
具體實(shí)時(shí)方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
環(huán)狀水力噴射鉆頭6上端通過(guò)螺紋與外平雙壁鉆桿5連接，底端設(shè)有二個(gè)或
二個(gè)以上噴射引射孔7。
復(fù)雜地層錨桿孔水力噴射反循環(huán)施工方法，包括以下順序和步驟
a、 將鉆機(jī)l、動(dòng)力頭2、鵝頸彎管3、水泵4、外平雙壁鉆桿5，環(huán)狀水力
噴射鉆頭6運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)并安裝；
b、 安裝完畢后開動(dòng)鉆機(jī)，動(dòng)力頭2帶動(dòng)外平雙壁鉆桿5和環(huán)狀水力噴射鉆
4頭6鉆進(jìn)的同時(shí)，水泵4將清水泵入外平雙壁鉆桿5的環(huán)空間隙，并送到環(huán)狀水力噴射鉆頭6;
c、 清水經(jīng)環(huán)狀水力噴射鉆頭6的噴射引射孔7出來(lái)的高速水流對(duì)地層進(jìn)行切割、沖刷，同時(shí)動(dòng)力頭2帶動(dòng)外平雙壁鉆桿5和環(huán)狀水力噴射鉆頭6轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)地層形成攪動(dòng)，使卵礫石、砂及水混合；
d、 混合后的卵礫石、砂及水在噴射引射孔7的作用下形成負(fù)壓和引射，經(jīng)環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心通道、外平雙壁鉆桿5的中心通道和鵝頸彎管3的中心通道排送到地表；
e、 當(dāng)鉆孔到達(dá)設(shè)計(jì)深度時(shí)，停止供水，完成鉆探任務(wù)；
f、 將錨索通過(guò)外平雙壁鉆桿5的中心通道和環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心通道下入到鉆孔底，再將鉆具提出鉆孔，完成錨索下入施工。
本發(fā)明的目的還可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
環(huán)狀水力噴射鉆頭6底端所設(shè)的噴射引射孔7是以環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心為圓心等角度分布。噴射引射孔7的中心間隔為90°—180°,噴射引射孔(7)的直徑7—10mm。實(shí)施例l
制備具有二個(gè)噴射引射孔7的環(huán)狀水力噴射鉆頭6，在環(huán)狀水力噴射鉆頭6的環(huán)狀空間低端面泄水槽內(nèi)以環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心為圓心對(duì)稱開設(shè)①=10腿的噴射引射孔7，兩個(gè)噴射引射孔7的中心間隔為180°。環(huán)狀水力噴射鉆頭6上端設(shè)有螺紋，將制備好的具有二個(gè)噴射引射孔7的環(huán)狀水力噴射鉆頭6與外平雙壁鉆桿5連接。將其與鉆機(jī)l、動(dòng)力頭2、鵝頸彎管3、水泵4、外平雙壁鉆桿5， 一同運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)并安裝，安裝完畢開動(dòng)鉆機(jī)，動(dòng)力頭2帶動(dòng)外平雙壁鉆桿5鉆進(jìn)，同時(shí)水泵4將清水從外平雙壁鉆桿5的環(huán)空間隙送到環(huán)狀水力噴射鉆頭6的噴射引射孔7，經(jīng)噴射引射孔7噴射出來(lái)的高速水流對(duì)地層進(jìn)行切割、沖刷，同時(shí)鉆機(jī)1帶動(dòng)外平雙壁鉆桿5及環(huán)狀水力噴射鉆頭6轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)地層形成攪動(dòng)，使卵礫石、砂及水混合形成混合三項(xiàng)流，混合三項(xiàng)流在噴射引射孔7的作用下形成負(fù)壓和引射，經(jīng)過(guò)環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心通道、外平雙壁鉆桿5的中心通道以及鵝頸彎管3中心通道排出地表形成反循環(huán)，在鉆進(jìn)的過(guò)程中，環(huán)狀水力噴射鉆頭6對(duì)孔底大粒徑的卵礫石也有推擠作用，使其運(yùn)動(dòng)到鉆孔的側(cè)壁，這樣就防止了卡堵問(wèn)題，保證完整鉆孔的形成，當(dāng)鉆孔到達(dá)設(shè)計(jì)深度時(shí)，停止供水，完成鉆探任務(wù)，最后將錨索通過(guò)外平雙壁鉆桿5的中心通道及環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心通道順利下入到鉆孔底，將鉆具提出鉆孔，完成復(fù)雜地層錨索下入工作，解決了復(fù)雜地層錨索不易下入的難題。實(shí)施例2
制備具有三個(gè)噴射引射孔7的環(huán)狀水力噴射鉆頭6，在環(huán)狀水力噴射鉆頭6的環(huán)狀空間低端面泄水槽內(nèi)以環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心為圓心等角度開設(shè)①二8mm的噴射引射孔7，三個(gè)噴射引射孔7的中心間隔為120°。環(huán)狀水力噴射鉆頭6上端設(shè)有螺紋，將制備好的具有三個(gè)噴射引射孔7的環(huán)狀水力噴射鉆頭6與外平雙壁鉆桿5連接。將其與鉆機(jī)l、動(dòng)力頭2、鵝頸彎管3、水泵4、外平雙壁鉆桿5， 一同運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)并安裝，安裝完畢開動(dòng)鉆機(jī)，動(dòng)力頭2帶動(dòng)外平雙壁鉆桿5鉆進(jìn)，同時(shí)水泵4將清水從外平雙壁鉆桿5的環(huán)空間隙送到環(huán)狀水力噴射鉆頭6的噴射引射孔7，經(jīng)噴射引射孔7噴射出來(lái)的高速水流對(duì)地層進(jìn)行切割、沖刷，同時(shí)鉆機(jī)1帶動(dòng)外平雙壁鉆桿5及復(fù)雜地層專用環(huán)狀水力噴射鉆頭6轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)地層形成攪動(dòng)，使卵礫石、砂及水混合形成混合三項(xiàng)流，混合三項(xiàng)流在噴射引射孔7的作用下形成負(fù)壓和引射，經(jīng)過(guò)環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心通道、外平雙壁鉆桿5的中心通道以及鵝頸彎管3中心通道排出地表形成反循環(huán)，在鉆進(jìn)的過(guò)程中，環(huán)狀水力噴射鉆頭6對(duì)孔底大粒徑的卵礫石也有推擠作用，使其運(yùn)動(dòng)到鉆孔的側(cè)壁，這樣就防止了卡堵問(wèn)題，保證完整鉆孔的形成，當(dāng)鉆孔到達(dá)設(shè)計(jì)深度時(shí)，停止供水，完成鉆探任務(wù)，最后將錨索通過(guò)外平雙壁鉆桿5的中心通道及環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心通道順利下入到鉆孔底，將鉆具提出鉆孔，完成復(fù)雜地層錨索下入工作，解決了復(fù)雜地層錨索不易下入的難題。實(shí)施例3
條ll客具右卯個(gè)卩商射引射？l 7的K狀水士(1薪射^4 fi.沐钚好水"h卩嗇射4M;^U fi的環(huán)狀空間低端面泄水槽內(nèi)以環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心為圓心對(duì)稱開設(shè)O二7mm的噴射引射孔7，四個(gè)噴射引射孔7的中心間隔為90°。環(huán)狀水力噴射鉆頭6上端設(shè)有螺紋，將制備好的具有四個(gè)噴射引射孔7的環(huán)狀水力噴射鉆頭6與外平雙壁鉆桿5連接。將其與鉆機(jī)l、動(dòng)力頭2、鵝頸彎管3、水泵4、外平雙壁鉆桿5， 一同運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)并安裝，安裝完畢開動(dòng)鉆機(jī)，動(dòng)力頭2帶動(dòng)外平雙壁鉆桿5鉆進(jìn)，同時(shí)水泵4將清水從外平雙壁鉆桿的環(huán)空間隙送到環(huán)狀水力噴射鉆頭6的噴射引射孔7，經(jīng)噴射引射孔7噴射出來(lái)的高速水流對(duì)地層進(jìn)行切割、沖刷，同時(shí)鉆機(jī)1帶動(dòng)外平雙壁鉆桿5及復(fù)雜地層專用環(huán)狀水力噴射鉆頭6轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)地層形成攪動(dòng)，使卵礫石、砂及水混合形成混合三項(xiàng)流，混合三項(xiàng)流在噴射引射孔7的作用下形成負(fù)壓和引射經(jīng)過(guò)環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心通道、外平雙壁鉆桿5的中心通道以及鵝頸彎管3中心通道排出地表形成反循環(huán)，在鉆進(jìn)的過(guò)程中，環(huán)狀水力噴射鉆頭6對(duì)孔底大粒徑的卵礫石也有推擠作用，使其運(yùn)動(dòng)到鉆孔的側(cè)壁，這樣就防止了卡堵問(wèn)題，保證完整鉆孔的形成，當(dāng)鉆孔到達(dá)設(shè)計(jì)深度時(shí)，停止供水，完成鉆探任務(wù)，最后將錨索通過(guò)外平雙壁鉆桿5的中心通道及環(huán)狀水力噴射鉆頭6的中心通道順利下入到鉆孔底，將鉆具提出鉆孔，完成復(fù)雜地層錨索下入工作，解決了復(fù)雜地層錨索不易下入的難題。
權(quán)利要求
1、一種環(huán)狀水力噴射鉆頭，其特征在于，環(huán)狀水力噴射鉆頭(6)上端通過(guò)螺紋與外平雙壁鉆桿(5)連接，底端泄水槽內(nèi)設(shè)有二個(gè)或二個(gè)以上噴射引射孔(7)。
2、 按照權(quán)利要求1所述的水力噴射鉆頭，其特征在于，環(huán)狀水力噴射鉆頭 (6)底端泄水槽內(nèi)所設(shè)的噴射引射孔(7)是以環(huán)狀水力噴射鉆頭(6)的中心為圓心等角度分布。
3、 按照權(quán)利要求1或2所述的水力噴射鉆頭，其特征在于，噴射引射孔(7) 的中心間隔為90°—180°，噴射引射孔(7)的直徑7—10誦。
4、 復(fù)雜地層錨桿孔水力噴射反循環(huán)施工方法，包括鉆機(jī)(1)、動(dòng)力頭(2)、 鵝頸彎管(3)、水泵(4)、外平雙壁鉆桿(5)，環(huán)狀水力噴射鉆頭(6)，其特征 在于，包括以下順序和步驟a、 將鉆機(jī)(1)、動(dòng)力頭(2)、鵝頸彎管(3)、水泵(4)、外平雙壁鉆桿(5)， 環(huán)狀水力噴射鉆頭(6)運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)并安裝；b、 安裝完畢后開動(dòng)鉆機(jī)，動(dòng)力頭(2)帶動(dòng)外平雙壁鉆桿(5)和環(huán)狀水力 噴射鉆頭(6)鉆進(jìn)的同時(shí)，水泵(4)將清水泵入外平雙壁鉆桿(5)的環(huán)空間 隙，并送到環(huán)狀水力噴射鉆頭(6);c、 清水經(jīng)環(huán)狀水力噴射鉆頭(6)的噴射引射孔(7)出來(lái)的高速水流對(duì)地 層進(jìn)行切割、沖刷，同時(shí)動(dòng)力頭(2)帶動(dòng)外平雙壁鉆桿(5)和環(huán)狀水力噴射鉆 頭(6)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)地層形成攪動(dòng)，使卵礫石、砂及水混合；d、 混合后的卵礫石、砂及水在噴射引射孔(7)的作用下形成負(fù)壓和引射， 經(jīng)環(huán)狀水力噴射鉆頭(6)的中心通道、外平雙壁鉆桿(5)的中心通道和鵝頸彎 管(3)的中心通道排送到地表；e、 當(dāng)鉆孔到達(dá)設(shè)計(jì)深度時(shí)，停止供水，完成鉆探任務(wù)；f、 將錨索通過(guò)外平雙壁鉆桿(5)的中心通道和環(huán)狀水力噴射鉆頭(6)的 中心通道下入到鉆孔底，再將鉆具提出鉆孔，完成錨索下入施工。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種環(huán)狀水力噴射鉆頭及復(fù)雜地層錨桿孔水力噴射施工方法。環(huán)狀水力噴射鉆頭底端設(shè)有二個(gè)或二個(gè)以上噴射引射孔，噴射引射孔出來(lái)的高速水流對(duì)地層進(jìn)行切割、沖刷，動(dòng)力頭帶動(dòng)外平雙壁鉆桿和環(huán)狀水力噴射鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)，使卵礫石、砂及水混合，在噴射引射孔的作用下，經(jīng)中心通道送到地表；錨索通過(guò)中心通道下入到鉆孔底，再將鉆具提出鉆孔，完成錨索下入施工。采用水力噴射鉆進(jìn)，加大了對(duì)孔底的沖刷，避免了鉆頭易磨損的不足，鉆具中心通道反循環(huán)排渣和外平雙壁鉆桿護(hù)壁，避免了孔壁容易坍塌掉塊引起鉆孔失穩(wěn)及卡鉆埋鉆的不足，解決復(fù)雜地層成孔難和錨索不易下的難題。經(jīng)試驗(yàn)，大幅提高復(fù)雜地層的鉆進(jìn)效率，極大的降低了鉆探成本。
文檔編號(hào)E21B7/18GK101463708SQ200910066418
公開日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日
發(fā)明者劉建林, 張武劍, 張永光, 彭枧明, 晏可奇, 琨 殷, 殷其雷, 王清巖, 范黎明, 鄭治川 申請(qǐng)人:吉林大學(xué)