本發(fā)明涉及鉆探技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種螺旋繩索取芯鉆具及其施工方法。

背景技術(shù)：

繩索取芯鉆進(jìn)工藝是指在鉆進(jìn)過程中，當(dāng)完成一個(gè)回次的取芯鉆進(jìn)后，無需通過提鉆取鉆桿提取巖芯，而是通過鋼絲繩和專用打撈工具將裝有巖芯的巖芯管從孔底打撈上來，從而完成取芯工作的一種鉆進(jìn)方法。隨著工程勘察質(zhì)量要求的提高，人力成本不斷提升，傳統(tǒng)設(shè)備和提鉆取芯的工藝局限性越來越明顯，而繩索取芯鉆進(jìn)工藝由于無需提鉆取芯，可在保證巖芯采樣率的情況下實(shí)現(xiàn)高效鉆進(jìn)，提高了鉆進(jìn)效率，降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度。工程勘察鉆探基本是對地表進(jìn)行鉆探，在含沙量比較多的沙層、花崗巖殘積土、淤泥層、水敏性地層以及遇水容易液化的土層，對沖洗液的要求比較高，需要沖洗液方面的專業(yè)技術(shù)人員才能調(diào)配而且還不一定成功，由于常規(guī)繩索取芯鉆具在鉆探施工中，沖洗液非常重要，主要用于冷卻鉆頭、排除巖粉、潤滑減阻以及保護(hù)孔壁等作用，沒有沖洗液基本上無法進(jìn)行施工，故沖洗液的問題極大的限制了繩索取芯工藝在工程勘察鉆探的應(yīng)用，特別是部分對樣品要求高，比如環(huán)境檢測類的勘察，是禁止使用沖洗液的，這就直接導(dǎo)致了繩索取芯工藝在這樣的一些項(xiàng)目中無法應(yīng)用，只能用傳統(tǒng)的勞動(dòng)強(qiáng)度大的提鉆取芯工藝。因此，對于解決目前傳統(tǒng)的繩索取芯鉆進(jìn)工藝需要沖洗液的問題，制約了其在工程勘察領(lǐng)域的發(fā)展問題亟需解決。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在提供一種螺旋繩索取芯鉆具，設(shè)計(jì)螺旋片結(jié)構(gòu)用于排屑和減阻，鉆進(jìn)過程中，鉆頭不斷向地層干燒鉆進(jìn)，巖屑和土屑?xì)q螺旋片上升排出孔口，取芯時(shí)，將裝滿巖芯的內(nèi)管總成通過繩索取芯的打撈器取出，實(shí)現(xiàn)無沖洗液情況下使用繩索取芯鉆進(jìn)。本發(fā)明提供一種取巖芯施工方法，通過帶螺旋片的鉆具無沖洗液干鉆與繩索取芯工藝相結(jié)合的新方法，提高了繩索取芯工藝在工程勘察鉆探領(lǐng)域的適應(yīng)性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：一種螺旋繩索取芯鉆具，包括鉆桿、外管總成，鉆桿連接在外管總成的一端，所述外管總成的另一端連接有結(jié)構(gòu)中空的鉆頭，所述鉆頭與外管總成的表面上設(shè)有螺旋片。

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，螺旋片可作為減阻和排屑用，將鉆進(jìn)過程中土屑和巖屑排出孔口，實(shí)現(xiàn)無沖洗液鉆進(jìn)；鉆頭的結(jié)構(gòu)中空，鉆進(jìn)過程中的巖芯不斷進(jìn)入內(nèi)管總成中，便于通過繩索取芯打撈裝置整體取出采樣。

進(jìn)一步地，所述螺旋片呈多線并行螺旋分布在鉆頭和外管總成的外表面。呈多線并行螺旋分布的螺旋片，在鉆進(jìn)過程中更方便快速的將產(chǎn)生的巖屑和土屑沿螺旋片的表面上升至孔口。

進(jìn)一步地，所述鉆頭的鉆探端環(huán)設(shè)有若干鉆片，鉆片向軸心延伸形成延伸端。若干鉆片的延伸端環(huán)設(shè)于鉆頭的表面形成錐形結(jié)構(gòu)，輔助鉆孔排屑。

進(jìn)一步地，鉆片的外壁呈弧形延伸、環(huán)向形成外螺紋。鉆片形成的外螺紋在鉆頭鉆進(jìn)過程中，對孔壁具有切削作用。

進(jìn)一步地，所述鉆片側(cè)邊鑲嵌有復(fù)合片。復(fù)合片構(gòu)成鉆片的刃部，鉆進(jìn)時(shí)復(fù)合片以旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槿胁颗浜香@片對孔底切削鉆孔；復(fù)合片優(yōu)選為適合干燒法無水鉆進(jìn)的硬質(zhì)合金和pdc復(fù)合片(聚晶金剛石復(fù)合片：polycrystallinediamondcompact，pdc)。

進(jìn)一步地，所述鉆片與螺旋片銜接。鉆片與螺旋片銜接，在鉆孔過程中巖屑和土屑可無阻礙沿螺旋片上升至孔口。

進(jìn)一步地，所述外管總成內(nèi)腔設(shè)有內(nèi)管總成。內(nèi)管總成用于收集巖芯，內(nèi)管總成吊出時(shí)將巖芯吊出，便于采用分析。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)管總成靠近鉆頭的端部連接有卡簧座，卡簧座內(nèi)壁設(shè)有卡簧。卡簧用于增加與巖芯的摩擦，使得巖芯與內(nèi)管總成結(jié)合為一體，方便取芯采樣。

進(jìn)一步地，所述鉆頭內(nèi)壁設(shè)有用于扶正內(nèi)管總成的內(nèi)管扶正環(huán)。內(nèi)管扶正環(huán)起到導(dǎo)正作用，確保內(nèi)管總成的管口部的巖芯入口與鉆頭同軸度，使巖芯順利進(jìn)入。

進(jìn)一步地，所述外管總成的部件外管連接彈卡室的一端內(nèi)壁設(shè)有座環(huán)，所述內(nèi)管總成的部件鉆具頭總成上設(shè)有懸掛環(huán)，所述鉆具頭總成通過懸掛環(huán)固定位置在所述座環(huán)上。座環(huán)托住懸掛環(huán)，限定鉆具頭總成的位置，使其不會(huì)在鉆進(jìn)時(shí)下墜。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的另一種技術(shù)方案是：一種取巖芯施工方法，將內(nèi)管總成設(shè)于外管總成內(nèi)，鉆進(jìn)時(shí)利用鉆頭干鉆同時(shí)外管總成和鉆桿上的螺旋片減阻和排屑，鉆至預(yù)定深度后，通過鉆機(jī)上的繩索打撈機(jī)構(gòu)將鉆滿巖芯的內(nèi)管總成從外管總成和鉆桿中取出，完成取芯作業(yè)。

本發(fā)明采用上述方法，利用鉆桿和鉆具上面的螺旋片減阻、排屑，實(shí)現(xiàn)無沖洗液方式干鉆，高效的繩索取芯方便快捷，無需提鉆取芯，勞動(dòng)強(qiáng)度小，大大提高施工效率。

本發(fā)明取得的有益效果是：1、本發(fā)明在鉆進(jìn)過程中不需要沖洗液，不污染環(huán)境，不影響土壤樣品真實(shí)性；2、取出的土壤樣本，土壤的結(jié)構(gòu)清晰，無擾動(dòng)；3、松散地層和易垮塌地層干鉆，孔壁穩(wěn)定，不用套管；4、施工效率高，無需沖洗液投入小，節(jié)省施工成本；5、適用范圍廣，適合各種沙土、軟塑性土、淤泥、沖積土、殘積土、水敏性和遇水容易液化的地層。本發(fā)明有利于繩索取心鉆進(jìn)工藝在工程勘察鉆探中的推廣應(yīng)用，可提升工程勘察鉆進(jìn)工藝技術(shù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的外觀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明在具體實(shí)施時(shí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的鉆頭的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記說明：1鉆桿，2外管總成，3內(nèi)管總成，4鉆頭，5螺旋片，21彈卡室，22座環(huán)，23外管，31鉆具頭總成，32卡簧座，33卡簧，311懸掛環(huán)，41鉆片，411延伸端，412外螺紋，42復(fù)合片，43內(nèi)管扶正環(huán)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

參照圖1和圖2所示，本發(fā)明公開一種螺旋繩索取芯鉆具，包括鉆桿1、外管總成2，鉆桿1連接在外管總成2的一端，外管總成2的另一端連接有結(jié)構(gòu)中空的鉆頭4，鉆頭4與外管總成2的表面上設(shè)有螺旋片5。

本實(shí)施方式中，螺旋片5呈多線并行螺旋分布在鉆頭4和外管總成2的外表面。多線并行為多個(gè)螺旋片5平行層疊設(shè)置，每個(gè)螺旋片5間具有間隔。其中多個(gè)的數(shù)量可以為2個(gè)及以上，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)確定。鉆頭4外部及外管總成2表面的螺旋片5，螺距采用100mm～120mm，在外管總成2帶動(dòng)鉆頭4鉆進(jìn)時(shí)，螺旋片5可作為切削刃對土層進(jìn)行切削，巖屑和土屑隨螺旋片上升排出孔口。

鉆頭4的鉆探端環(huán)設(shè)有若干鉆片41，鉆片41向軸心延伸形成延伸端411。若干鉆片41的延伸端411形成錐形結(jié)構(gòu)。鉆片41的外壁呈弧形延伸、環(huán)向形成外螺紋412。鉆片41側(cè)邊鑲嵌有復(fù)合片42。復(fù)合片42以鉆頭4的旋轉(zhuǎn)方向構(gòu)成鉆片41刃部。鉆片41與螺旋片5銜接。

外管總成2內(nèi)腔設(shè)有內(nèi)管總成3。內(nèi)管總成3靠近鉆頭4的端部連接有卡簧座32，卡簧座32內(nèi)壁設(shè)有卡簧33。鉆頭4內(nèi)壁設(shè)有用于扶正內(nèi)管總成3的內(nèi)管扶正環(huán)43。

外管總成2的部件外管23連接彈卡室21的一端內(nèi)壁設(shè)有座環(huán)22，內(nèi)管總成3的部件鉆具頭總成31上設(shè)有懸掛環(huán)311，鉆具頭總成31通過懸掛環(huán)311固定位置在座環(huán)22上。

本發(fā)明公開一種取巖芯施工方法，將內(nèi)管總成3設(shè)于外管總成2內(nèi)，鉆進(jìn)時(shí)利用鉆頭4干鉆同時(shí)外管總成2和鉆桿1上的螺旋片5減阻和排屑，鉆至預(yù)定深度后，通過鉆機(jī)上的繩索打撈機(jī)構(gòu)將鉆滿巖芯的內(nèi)管總成3從外管總成2和鉆桿1中取出，完成取芯作業(yè)。

本發(fā)明在具體實(shí)施過程中，內(nèi)管總成3可拆裝設(shè)于外管總成2的內(nèi)腔，外管總成2的一端連接鉆頭4、另一端連接彈卡室21。內(nèi)管總成3內(nèi)部設(shè)置鉆具頭總成31，鉆具頭總成31連接繩索，在繩索施加拉力時(shí)將內(nèi)管總成3從外管總成2內(nèi)部吊出，連同進(jìn)入內(nèi)管總成3的巖芯吊出取樣，在實(shí)際操作中不用整體拆卸外管總成2和內(nèi)管總成3，內(nèi)管總成3及鉆具頭總成31繼續(xù)組裝進(jìn)外管總成2內(nèi)，可繼續(xù)進(jìn)一步鉆探。

本發(fā)明在鉆探過程中，可在無水、無泥漿潤滑的情況下干燒鉆進(jìn)，采用硬質(zhì)合金和pdc復(fù)合片鑲嵌于鉆片上，提高耐磨性能。巖屑和土屑隨螺旋片5上升排出孔口，完成一個(gè)回次的鉆進(jìn)后，用繩索將裝滿巖芯的內(nèi)管總成3吊取出，實(shí)現(xiàn)無水和無泥漿繩索取芯鉆進(jìn)。

綜上所述，本發(fā)明已如說明書及圖示內(nèi)容，制成實(shí)際樣品且經(jīng)多次使用測試，從使用測試的效果看，可證明本發(fā)明能達(dá)到其所預(yù)期之目的，實(shí)用性價(jià)值乃無庸置疑。以上所舉實(shí)施例僅用來方便舉例說明本發(fā)明，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，若在不脫離本發(fā)明所提技術(shù)特征的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所作出局部更動(dòng)或修飾的等效實(shí)施例，并且未脫離本發(fā)明的技術(shù)特征內(nèi)容，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)特征的范圍內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種螺旋繩索取芯鉆具，包括鉆桿(1)、外管總成(2)，鉆桿(1)連接在外管總成(2)的一端，其特征在于：所述外管總成(2)的另一端連接有結(jié)構(gòu)中空的鉆頭(4)，所述鉆頭(4)與外管總成(2)的表面上設(shè)有螺旋片(5)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋繩索取芯鉆具，其特征在于：所述螺旋片(5)呈多線并行螺旋分布在鉆頭(4)和外管總成(2)的外表面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋繩索取芯鉆具，其特征在于：所述鉆頭(4)的鉆探端環(huán)設(shè)有若干鉆片(41)，鉆片(41)向軸心延伸形成延伸端(411)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺旋繩索取芯鉆具，其特征在于：鉆片(41)的外壁呈弧形延伸、環(huán)向形成外螺紋(412)。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的螺旋繩索取芯鉆具，其特征在于：所述鉆片(41)側(cè)邊鑲嵌有復(fù)合片(42)。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的螺旋繩索取芯鉆具，其特征在于：所述鉆片(41)與螺旋片(5)銜接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋繩索取芯鉆具，其特征在于：所述外管總成(2)內(nèi)腔設(shè)有內(nèi)管總成(3)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的螺旋繩索取芯鉆具，其特征在于：所述內(nèi)管總成(3)靠近鉆頭(4)的端部連接有卡簧座(32)，卡簧座(32)內(nèi)壁設(shè)有卡簧(33)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的螺旋繩索取芯鉆具，其特征在于：所述鉆頭(4)內(nèi)壁設(shè)有用于扶正內(nèi)管總成(3)的內(nèi)管扶正環(huán)(43)。

10.根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的螺旋繩索取芯鉆具，其特征在于：所述外管總成(2)的部件外管(23)連接彈卡室(21)的一端內(nèi)壁設(shè)有座環(huán)(22)，所述內(nèi)管總成(3)的部件鉆具頭總成(31)上設(shè)有懸掛環(huán)(311)，所述鉆具頭總成(31)通過懸掛環(huán)(311)固定位置在所述座環(huán)(22)上。

11.一種使用上述權(quán)利要求7至10任一項(xiàng)所述的取芯鉆具的取巖芯施工方法，其特征在于：將內(nèi)管總成(3)設(shè)于外管總成(2)內(nèi)，鉆進(jìn)時(shí)利用鉆頭(4)干鉆同時(shí)外管總成(2)和鉆桿(1)上的螺旋片(5)減阻和排屑，鉆至預(yù)定深度后，通過鉆機(jī)上的繩索打撈機(jī)構(gòu)將鉆滿巖芯的內(nèi)管總成(3)從外管總成(2)和鉆桿(1)中取出，完成取芯作業(yè)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開一種螺旋繩索取芯鉆具，包括鉆桿、外管總成和內(nèi)管總成，內(nèi)管總成設(shè)于外管總成內(nèi)腔；外管總成的一端部連接有鉆桿，另一端連接有結(jié)構(gòu)中空的鉆頭，鉆桿、鉆頭與外管總成的外表面設(shè)有螺旋片。一種使用上述的繩索取芯鉆具的取巖芯施工方法，采用無沖洗液干鉆方式鉆進(jìn)，當(dāng)鉆進(jìn)一定深度后(內(nèi)管長度)，通過鉆機(jī)上的打撈裝置，下放至鉆桿內(nèi)，連接設(shè)于內(nèi)管總成上的撈矛頭，帶動(dòng)彈卡鉗脫離彈卡擋頭將內(nèi)管總成連同采集的巖芯一并從外管總成內(nèi)腔取出，完成取芯作業(yè)。本發(fā)明提供一種螺旋繩索取芯鉆具及其施工方法，螺旋片結(jié)構(gòu)用于排屑和減阻，鉆頭不斷向地層鉆進(jìn)時(shí)巖屑和土屑隨螺旋片上升排出孔口，裝滿巖芯的內(nèi)管總成通過繩索取芯的打撈器取出。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧赫宏;劉緒勇;鄧光宏

受保護(hù)的技術(shù)使用者：珠海市英格爾特種鉆探設(shè)備有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.07.14

技術(shù)公布日：2021.08.24