潛孔沖擊錐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地質(zhì)鉆探工程領(lǐng)域，具體涉及一種潛孔沖擊錐。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，地質(zhì)鉆探領(lǐng)域常用的鉆孔裝置主要有三種:
[0003](一 )偏心潛孔錘跟管系統(tǒng)
[0004]原理:根據(jù)偏心機(jī)構(gòu)原理，依靠一只導(dǎo)向鉆頭帶動(dòng)一只偏心擴(kuò)孔器，在潛孔錘的沖擊作用下，導(dǎo)向帶動(dòng)偏心擴(kuò)孔器進(jìn)行擴(kuò)孔，使孔徑比套管外徑稍大，套管隨鉆頭同步跟進(jìn)保護(hù)孔壁。
[0005]優(yōu)點(diǎn):鉆頭可伸出套管外鉆進(jìn)，套管可同步跟進(jìn)，能鉆進(jìn)較硬巖層，遇大轉(zhuǎn)石可直接鉆進(jìn)并同步跟進(jìn)套管。
[0006]存在問題:一是鉆頭需伸出套管外鉆進(jìn)，如要將鉆具提出孔外，必須反向旋轉(zhuǎn)鉆具，通過伸縮機(jī)構(gòu)將外鉆頭縮回套管內(nèi)才能提出。由于鉆孔內(nèi)工作環(huán)境復(fù)雜，細(xì)砂顆粒經(jīng)常卡住伸縮機(jī)構(gòu)，導(dǎo)致其失靈，致使外鉆頭不能縮回套管內(nèi)。這樣，只有將套管全部撥出，導(dǎo)致全孔報(bào)廢，損失巨大。二是鉆進(jìn)過程中需全孔排渣，當(dāng)鉆孔較深時(shí)，排渣困難，鉆進(jìn)效率降低或不能鉆進(jìn)。
[0007]( 二 )同心潛孔錘跟管系統(tǒng)
[0008]原理:潛孔錘內(nèi)鉆頭沖擊破碎巖層，內(nèi)鉆頭通過撞擊外鉆頭臺(tái)肩帶動(dòng)外鉆頭破碎巖層，外鉆頭通過柱銷和連接套與套管連接，套管隨外鉆頭同步跟進(jìn)。內(nèi)外管的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過浮動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)雙管同時(shí)回轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)的。
[0009]優(yōu)點(diǎn):克服了偏心跟管鉆具偏心機(jī)構(gòu)的部分缺點(diǎn)，跟進(jìn)深度有所增加。能鉆進(jìn)較硬巖層，遇大轉(zhuǎn)石可直接鉆進(jìn)并同步跟進(jìn)套管。
[0010]存在問題:一是使用成本高。耗材的加工成本增加，每套增加成本500元以上。同心套必須留在孔內(nèi)并報(bào)廢，每孔增加成本300元以上。如按每孔30米深度計(jì)算，每米增加成本30元以上，沒有市場競爭力。二是其套管與管腳之間的連接方式不合理，強(qiáng)度不夠，在套管應(yīng)力集中部位容易出現(xiàn)拉裂，導(dǎo)致孔內(nèi)事故。三是鉆進(jìn)過程中需全孔排渣，當(dāng)鉆孔較深時(shí)，排渣困難或從套管外排渣，導(dǎo)致鉆進(jìn)效率降低或不能鉆進(jìn)。
[0011](三)松散砂礫層沖擊鉆具
[0012]國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于1993年5月19日公告了由長沙中南基礎(chǔ)工程總公司第十工程處申請(qǐng)的“松散砂礫層沖擊鉆具”專利，專利號(hào)為92217614.0。
[0013]原理:由重錘、套管、管靴、錐形鉆頭組成。錐形鉆頭與管靴、管靴與套管均用螺紋連接，鉆桿穿過重錘中心的大通孔與套管用螺紋連接。在地面用卷揚(yáng)機(jī)提升重錘到一定高度后放下，利用重錘的自重讓其下落并沖擊套管上部，套管將沖擊力傳遞給管靴，管靴帶動(dòng)錐形鉆頭鉆進(jìn)巖層。
[0014]優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，無易損件，使用成本低，不需排渣。
[0015]存在問題:一是遇較大塊石則不能鉆進(jìn)。二是在地面用重錘沖擊，孔內(nèi)無導(dǎo)向，容易造成鉆孔偏斜。三是錐形鉆頭與管靴用螺紋連接，一旦拆出錐頭，則不能再重新連接，不可能再跟管鉆進(jìn)，局限性很大。四是錐形鉆頭拆卸要向孔內(nèi)投送專用鉆桿完成，當(dāng)鉆孔較深時(shí)，偏斜量大，專用鉆桿不能與錐形鉆頭的絲扣有效連接，可能造成拆卸失敗而導(dǎo)致全孔報(bào)廢。當(dāng)鉆孔較淺時(shí)，套管與孔壁的摩擦力不夠，使得套管與錐形鉆頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)，則不能拆下錐形鉆頭。只要錐形鉆頭不能順利拆出，則套管與孔底的通道不能打開，造成該孔報(bào)廢。五是重錘在地面沖擊，孔內(nèi)鉆具和套管的彈性會(huì)吸收沖擊能量，當(dāng)鉆孔逐漸變深時(shí)，到達(dá)套管底部的沖擊能量變得越來越小，受井壁摩擦力的影響，跟管速度逐漸緩慢或無法繼續(xù)跟管。六是在跟管井段不能取芯取樣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的目的是解決鉆孔穿越砂礫石地層、流砂地層、石灰?guī)r溶洞地層的技術(shù)難題，提高鉆進(jìn)效率，降低施工成本，有效避免鉆孔報(bào)廢，確保跟管井段順利取芯取樣。
[0017]為此，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:一種潛孔沖擊錐，包括鉆桿、內(nèi)置沖錘的沖擊器、套管，所述鉆桿的下端與沖擊器的上端通過螺紋連接，所述套管設(shè)置在沖擊器外，在套管內(nèi)還設(shè)置有沖擊錐和沖擊靴，所述沖擊錐的上部伸入沖擊器內(nèi)與沖擊器通過花鍵相連，并通過安裝在豎直條形孔內(nèi)的插銷鎖定，使沖擊錐能相對(duì)沖擊器在一定范圍內(nèi)上下移動(dòng)；所述沖擊錐的上部設(shè)置有“L”形的通氣孔，沖擊錐的中部帶有臺(tái)階，沖擊錐的底部帶有錐形頭；所述沖擊靴位于沖擊錐的下方并與套管螺紋連接，沖擊靴的下端呈錐形并伸到套管夕卜，在沖擊靴內(nèi)開有供沖擊錐下部通過的通道，且錐形頭的錐度角與沖擊靴下端的錐度角相等；當(dāng)所述臺(tái)階壓在沖擊靴的頂部時(shí)，錐形頭的錐面正好與沖擊靴下端錐面共面。
[0018]工作原理及過程如下:鉆孔時(shí)，將整個(gè)潛孔沖擊錐下入孔底，啟動(dòng)地面空氣壓縮機(jī)并向鉆桿內(nèi)送風(fēng)，此時(shí)沖擊錐頂部與沖錘底部緊密貼合，封閉了送風(fēng)通道，沖擊器因內(nèi)室壓力增大而即刻啟動(dòng)，沖擊器內(nèi)置沖錘以尚頻率擊打沖擊錐頂部。沖擊錐向下直接沖擊松散地層，并同時(shí)通過臺(tái)階將沖擊力傳遞給沖擊靴，迫使沖擊靴向下鉆進(jìn)，沖擊靴通過螺紋將力傳遞給套管，帶動(dòng)套管向下跟進(jìn)。
[0019]鉆桿、帶沖錘的沖擊器、沖擊錐和沖擊靴構(gòu)成潛孔沖擊錐的鉆具。如需起鉆，只需在地面提動(dòng)鉆桿，即可將孔內(nèi)鉆具全部提出，立即打開套管與地層的通道，進(jìn)行定點(diǎn)取芯取樣、抽水試驗(yàn)等均可。如需繼續(xù)鉆進(jìn)，重新將鉆具下入套管內(nèi)，重復(fù)上述步驟即可。
[0020]如遇較大塊石，可提出孔內(nèi)鉆具，套管與地層之間的通道隨即打開，下入小一級(jí)錘頭(需小于沖擊靴的內(nèi)徑)沖擊，將其擊碎后，再下入沖擊錐，繼續(xù)跟管鉆進(jìn)。
[0021]作為上述方案的優(yōu)選，在所述臺(tái)階上開有上下貫通并呈圓周均布的消氣孔；在沖擊錐與沖擊靴接觸的臺(tái)階上設(shè)計(jì)消氣孔，避免因兩個(gè)端面有空氣積聚導(dǎo)致接觸不完全。
[0022]進(jìn)一步，所述錐形頭的錐度角α為92±5°，限定錐度角，提高鉆進(jìn)效率。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
[0024](—)結(jié)構(gòu)簡單，易于操作掌握，無易損件，加工及使用成本極低。一套