[发明专利]松软岩土地层反循环跟管钻具及钻进工艺

权利要求书

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。

2.根据权利要求1所述的松软岩土地层反循环跟管钻具，其特征在于：所述螺旋钻杆上接头(8)上端与双壁钻杆外管(5)螺纹连接，螺旋钻杆上接头(8)下端与螺旋钻杆外管(11)螺纹连接；所述螺旋钻杆内管(9)上端与双壁钻杆内管(6)采用插接方式连接，螺旋钻杆内管(9)下端与钻头(14)采用插接方式连接；所述螺旋钻杆下接头(13)上端与螺旋钻杆外管(11)螺纹连接，螺旋钻杆下接头(13)下端与钻头(14)螺纹连接；所述套管(7)与管靴(15)采用螺纹连接，并通过花键与钻头(14)插接。

3.根据权利要求1所述的松软岩土层反循环跟管钻具，其特征在于：所述喷嘴(16)数量为三个，三个喷嘴(16)均布在钻头(14)；所述引射孔(18)数量为三个，三个引射孔(18)均布在钻头(14)上，引射孔(18)和喷嘴(16)交错布置。

4.根据权利要求1所述的松软岩土层反循环跟管钻具，其特征在于：所述螺旋钻杆(12)的长度小于等于3m。

5.松软岩土层反循环钻进工艺，其特征在于，该钻进工艺采用权利要求1-4任一项所述的松软岩土层反循环跟管钻具，具体包括以下步骤：

a、安装反循环跟管钻具，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)；

b、压缩空气通过进气管(3)经动力头(2)送入到双壁钻杆(4)的环状间隙，并沿螺旋钻杆(12)的进气通道(21)下行至钻头(14)的环槽状进气室(19)后进行分流，一部分空气经喷嘴(16)向外喷射，形成空气射流冲刷切削管靴(15)下方松软岩土层，辅助切削刃(17)回转碎岩，另一部分空气经引射孔(18)斜向上喷射，在排渣通道(20)内形成负压区对钻孔底部的钻屑产生抽吸作用，使钻孔底部的钻屑进入排渣通道(20)并上返,同时悬浮在外环通道(22)的钻屑沿着螺旋钻杆(12)的螺旋叶片上行，并经排渣窗(10)进入排渣通道(20)，两部分钻屑一同上返，并经过排渣管(1)进入到地表收集装置；

c、在松软岩土层钻进过程中，动力头(2)与双壁钻杆(4)连接后，动力头(2)带动双壁钻杆(4)、螺旋钻杆(12)和钻头(14)同步回转，同时钻头(14)通过花键和台阶面向管靴(15)施加回转扭矩和轴向压力，进而实现同心跟管钻进。