CN114809965A - 120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法 - Google Patents

120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法，属于地质勘探领域，用以解决传统普通单管钻具或者SDB钻具均不能有效实现在深度120m的超深覆盖层中采取直径为275mm级别的原状样的问题。本发明通过分阶段进行钻进，并配套本发明所改进后的相应尺寸规格的SDD原状样取样钻具，实现了在120m超深覆盖层中钻取275mm级大直径原状样的目的，实现了在120m超深覆盖层中钻取275mm级大直径原状样技术从无到有的突破。

Description

120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法
技术领域
本发明涉及地质勘探领域，尤其涉及一种120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法。
背景技术
目前对覆盖层厚度分类尚无统一标准，根据水电工程现状及经验，一般认为：覆盖层厚度小于40m为浅覆盖层，厚度40～100m为深厚覆盖层，厚度100～300m为超深厚覆盖层，厚度大于300m为特深厚覆盖层。
原状样是采用钻探方法取出的未经外力扰动、保持原状结构的地下土层或岩矿层样品，可进行土类定名、含水量、密度、强度参数、变形参数、固结压密参数试验。样品质量直接影响工程地质调查、地质构造判断、资源评价、水文地质调查，以及资源储量的准确性与可靠性。
在完整基岩中采用普通单管钻具钻进，钻孔直径分别为1000mm和600mm，取样深度分别为30m和60m，取样质量完整，岩心采取率100％；在风化破碎基岩中采用普通单动双管钻具钻进，钻孔直径分别为340mm和300mm，取样深度分别为145m和90m，取样质量破碎、扰动严重，岩心采取率70％；水电工程勘察中，采用SDB钻具钻进，钻孔直径分别为150mm和172mm，取样深度分别为30m和20m，取样质量为近似原状样、轻微扰动，岩心采取率分别为95％和85％；在建筑工程地质勘察中，通过取样器采取的原状样直径不超过110mm；在工程钻探中，采用全套管钻机搓管钻进，直径300mm～2000mm，可以取样，常采用抓斗取样，取样质量破碎、扰动严重；采用旋挖钻机回转钻进，直径500mm～40000mm，可以取样，常采用取样斗取样，取样质量破碎、扰动严重。
根据以上调查情况：取样直径大于275mm的，但在完整基岩中取样深度仅30m和60m，取样深度不足；在风化破碎基岩中取样深度超过120m，但取样为严重扰动样，取样质量不符合；在覆盖层中取样质量满足要求，但取样深度或取样直径均不符合。因此，目前还未发现在深度120m的超深覆盖层中采取直径为275mm级别的原状样的钻进方法和成功先例。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种可在120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法，包括如下步骤：
步骤一、现场测放孔位，平整设备场地，安装钻机设备；
步骤二、钻进作业，根据钻进深度区间依次划分为0～30m、30～60m、60～90m和90～120m四个钻进阶段，各钻进阶段的作业如下：
(a)0～30m
采用Φ486单管钻具开孔，下入Φ480套管；然后采用Φ432单管钻具钻进，跟进Φ480套管至5m；然后交替采用SDD385原状样取样钻具钻进取样和采用Φ432单管钻具扩孔并跟进Φ480套管，如此循环钻进、取样、跟管至目标地层或钻至30m以上后进入下一钻进阶段；
(b)30～60m
采用SDD385原状样取样钻具钻进取样至不能裸孔钻进时，交替采用Φ432或SDD385钻具配合跟进Φ426套管，跟管深度距已取样孔段底部不小于50cm；如此循环钻进、取样、跟管至目标地层或钻至60m以上后进入下一钻进阶段；
(c)60～90m
采用SDD385原状样取样钻具钻进取样至不能裸孔钻进时，下入Φ378套管；然后采用SDD333原状样取样钻具钻进取样并配合跟进Φ378套管，跟管深度距已取样孔段底部不小于50cm；如此循环钻进、取样、跟管至目标地层或钻至90m以上后进入下一钻进阶段；
(d)90～120m
采用SDD333原状样取样钻具裸孔钻进取样至目标地层或终孔深度为止；
其中，所述的SDD385原状样取样钻具和SDD333原状样取样钻具分别指的是钻具规格为385mm和333mm规格的双级单动大口径的原状样取样钻具。
进一步的是：所述原状样取样钻具包括除砂打捞机构、单向阀机构、单动机构、内管机构和外管机构，所述内管机构由内管、钩头抱箍、卡簧座和两层卡簧组成，所述内管由两块半合管围合后形成，并且在两个半合管的上端外壁分别设置有环槽，钩头抱箍箍设于所述环槽内，所述卡簧座套设于两块半合管的底端，并且在卡簧座内部设置有上下两层卡簧。
进一步的是：所述环槽的槽缝的截面为梯形。
进一步的是：所述除砂打捞机构由螺丝头、除砂机构、沉砂管和打捞头组成，沉砂管的上端与螺丝头连接，所述除砂机构和打捞头设置于沉砂管内部。
进一步的是：所述单动机构由外管接头、上单动接头、下单动接头、轴、调节轴和内管接头组成；所述外管机构由外管、扩孔器和钻头组成；外管接头的上端与沉砂管的下端连接，外管接头的下端与外管的上端连接，外管的下端安装有所述钻头；上单动接头、下单动接头、轴、调节轴、内管接头以及内管机构均位于外管内，其中轴的上端连接上单动接头，轴的下端连接下单动接头，下单动接头的下方连接调节轴的上端，调节轴的下端与内管接头连接，内管机构中的钩头抱箍箍设于所述环槽并将两块半合管的上端套设并箍紧在内管接头上，两块半合管的下端向下延伸至外管下端的钻头附近并套设卡簧座。
进一步的是：所述钩头抱箍为开口抱箍。
本发明的有益效果是：本发明通过分阶段进行钻进，并配套本发明所改进后的相应尺寸规格的SDD原状样取样钻具，实现了在120m超深覆盖层中钻取275mm级大直径原状样的目的，实现了在120m超深覆盖层中钻取275mm级大直径原状样技术从无到有的突破；其中，275mm级大直径原状样大致可达275mm、320mm的实际的原状样直径。并且为满足钻具要求，本发明的原状样取样钻具通过对内管机构的改进，并采用半合管、钩头抱箍、卡簧座和双卡簧的组合结构形式，可确保使进入半合管的原状土样底部卡固良好，不易脱落；并且在取样后通过拆分半合管后即可非常方便的获得原状土样，并且不会扰动土样，保证了原状土样的质量。
附图说明
图1为本发明所述的原状样取样钻具的主视图；
图2为原状样取样钻具的内管机构部分的主视图；
图3为原状样取样钻具的卡簧座的主视图；
图中标记为：螺丝头1、除砂机构2、沉砂管3、打捞头4、单向阀机构5、外管接头6、上单动接头7、下单动接头9、轴8、调节轴10、内管接头11、外管12、扩孔器13、钻头14、内管15、钩头抱箍16、卡簧座17、半合管18、环槽19、卡簧20。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
需要说明，若本发明中有涉及方向性指示用语，如上、下、左、右、前、后的方向、方位用语，是为了利于构件间相对位置联系的描述，非为相关构件、构件间位置关系的绝对位置特指，仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。若本发明中有涉及数量的用语，如“多”、“多个”、“若干”等，具体指的是两个及两个以上。
本发明所述的120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法，其包括如下步骤：
步骤一、现场测放孔位，平整设备场地，安装钻机设备；具体到本发明针对的施工工况，如根据钻孔规格，选择现有机组中的XY1000型钻机、13.5高钻塔、BW250清水泵等；根据所用的套管规格，套管入孔主要采用下入套管方式和冲击跟进套管方式。冲击跟进套管常用吊锤，一般选取200kg即可，考虑跟进套管的直径和跟进深度，还可增加吊锤重量和吊锤截面尺寸。拔管设备的选择则根据相应的计算后获得计算所得的拔管力度大致为2305kN，然后按照ZL201520757392.6中公开的多缸同步拔管机的设计思路，制作拔管机，并要求其起拔力不低于2400kN。
步骤二、钻进作业，根据钻进深度区间依次划分为0～30m、30～60m、60～90m和90～120m四个钻进阶段，各钻进阶段的作业如下：
(a)0～30m
采用Φ486单管钻具开孔，下入Φ480套管；然后采用Φ432单管钻具钻进，跟进Φ480套管至5m；然后交替采用SDD385原状样取样钻具钻进取样和采用Φ432单管钻具扩孔并跟进Φ480套管，如此循环钻进、取样、跟管至目标地层或钻至30m以上后进入下一钻进阶段；
(b)30～60m
采用SDD385原状样取样钻具钻进取样至不能裸孔钻进时，交替采用Φ432或SDD385钻具配合跟进Φ426套管，跟管深度距已取样孔段底部不小于50cm；如此循环钻进、取样、跟管至目标地层或钻至60m以上后进入下一钻进阶段；
(c)60～90m
采用SDD385原状样取样钻具钻进取样至不能裸孔钻进时，下入Φ378套管；然后采用SDD333原状样取样钻具钻进取样并配合跟进Φ378套管，跟管深度距已取样孔段底部不小于50cm；如此循环钻进、取样、跟管至目标地层或钻至90m以上后进入下一钻进阶段；
(d)90～120m
采用SDD333原状样取样钻具裸孔钻进取样至目标地层或终孔深度为止；
其中，所述的SDD385原状样取样钻具和SDD333原状样取样钻具分别指的是钻具规格为385mm和333mm规格的双级单动大口径的原状样取样钻具，其实际取样的原状样的直径分别为320mm和275mm；因此本发明中所述的275mm级大直径原状样，可根据实际情况配合相应规格的钻具后实现275mm、320mm范围直径的原状样的取样。本发明中SDD表示的即为双级单动大口径钻具的缩写。
并且，在采用相应规格的原状取样钻具钻进时，每回次起钻后，拆卸钻具的内管的半合管机构后，可由试验人员现场截取试样并封存，以备室内进行土类定名、含水量、密度、强度参数、变形参数、固结压密参数试验等。
本发明中，通过分阶段进行钻进，并配套本发明所改进后的相应尺寸规格的SDD原状样取样钻具，实现了在120m超深覆盖层中钻取275mm级大直径原状样的目的，实现了在120m超深覆盖层中钻取275mm级大直径原状样技术从无到有的突破。
其中，本发明所述的原状取样钻具，如图1至图3中所示，为针对本发明所述的120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法所进行相应改进后的结构钻具结构，其包括除砂打捞机构、单向阀机构5、单动机构、内管机构和外管机构，所述内管机构由内管15、钩头抱箍16、卡簧座17和两层卡簧20组成，所述内管15由两块半合管18围合后形成，并且在两个半合管18的上端外壁分别设置有环槽19，钩头抱箍16箍设于所述环槽19内，所述卡簧座17套设于两块半合管18的底端，并且在卡簧座17内部设置有上下两层卡簧20。
本发明中的原状取样钻具，及SDD系列钻具，如本发明中的SDD385原状样取样钻具和SDD333原状样取样钻具，其为在常规SDB系列钻具基本结构原理的基础上，通过对内管机构的优化改进，采用半合管18、钩头抱箍16加卡簧座17的组合结构形式，确保了使进入半合管的原状土样底部卡固良好，不易脱落；并且在取样后通过拆分半合管18后即可非常方便的获得原状土样。
更具体的，为了确保钩头抱箍16能有更好的箍紧效果，本发明中优选设置所述环槽19的槽缝的截面为梯形。并且，本发明中可优选设置所述钩头抱箍16为开口抱箍。
更具体的，本实用性中的除砂打捞机构、单向阀机构5、单动机构和外管机构等均可采用常规SDB系列钻具基本机构设置。如采用如下具体的结构设置：
所述除砂打捞机构由螺丝头1、除砂机构2、沉砂管3和打捞头4组成，沉砂管3的上端与螺丝头1连接，所述除砂机构2和打捞头4设置于沉砂管3内部；所述单动机构由外管接头6、上单动接头7、下单动接头9、轴8、调节轴10和内管接头11组成；所述外管机构由外管12、扩孔器13和钻头14组成；外管接头6的上端与沉砂管3的下端连接，外管接头6的下端与外管12的上端连接，外管12的下端安装有所述钻头14；上单动接头7、下单动接头9、轴8、调节轴10、内管接头11以及内管机构均位于外管12内，其中轴8的上端连接上单动接头7，轴8的下端连接下单动接头9，下单动接头9的下方连接调节轴10的上端，调节轴10的下端与内管接头11连接，内管机构中的钩头抱箍16箍设于所述环槽19并将两块半合管18的上端套设并箍紧在内管接头11上，两块半合管18的下端向下延伸至外管12下端的钻头14附近并套设卡簧座17。

Claims (6)

1.120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、现场测放孔位，平整设备场地，安装钻机设备；
步骤二、钻进作业，根据钻进深度区间依次划分为0～30m、30～60m、60～90m和90～120m四个钻进阶段，各钻进阶段的作业如下：
(a)0～30m
采用Φ486单管钻具开孔，下入Φ480套管；然后采用Φ432单管钻具钻进，跟进Φ480套管至5m；然后交替采用SDD385原状样取样钻具钻进取样和采用Φ432单管钻具扩孔并跟进Φ480套管，如此循环钻进、取样、跟管至目标地层或钻至30m以上后进入下一钻进阶段；
(b)30～60m
采用SDD385原状样取样钻具钻进取样至不能裸孔钻进时，交替采用Φ432或SDD385钻具配合跟进Φ426套管，跟管深度距已取样孔段底部不小于50cm；如此循环钻进、取样、跟管至目标地层或钻至60m以上后进入下一钻进阶段；
(c)60～90m
采用SDD385原状样取样钻具钻进取样至不能裸孔钻进时，下入Φ378套管；然后采用SDD333原状样取样钻具钻进取样并配合跟进Φ378套管，跟管深度距已取样孔段底部不小于50cm；如此循环钻进、取样、跟管至目标地层或钻至90m以上后进入下一钻进阶段；
(d)90～120m
采用SDD333原状样取样钻具裸孔钻进取样至目标地层或终孔深度为止；
其中，所述的SDD385原状样取样钻具和SDD333原状样取样钻具分别指的是钻具规格为385mm和333mm规格的双级单动大口径的原状样取样钻具。
2.如权利要求1所述的120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法，其特征在于，所述原状样取样钻具包括除砂打捞机构、单向阀机构(5)、单动机构、内管机构和外管机构，所述内管机构由内管(15)、钩头抱箍(16)、卡簧座(17)和两层卡簧(20)组成，所述内管(15)由两块半合管(18)围合后形成，并且在两个半合管(18)的上端外壁分别设置有环槽(19)，钩头抱箍(16)箍设于所述环槽(19)内，所述卡簧座(17)套设于两块半合管(18)的底端，并且在卡簧座(17)内部设置有上下两层卡簧(20)。
3.如权利要求2所述的120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法，其特征在于，所述环槽(19)的槽缝的截面为梯形。
4.如权利要求2所述的120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法，其特征在于，所述除砂打捞机构由螺丝头(1)、除砂机构(2)、沉砂管(3)和打捞头(4)组成，沉砂管(3)的上端与螺丝头(1)连接，所述除砂机构(2)和打捞头(4)设置于沉砂管(3)内部。
5.如权利要求4所述的120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法，其特征在于，所述单动机构由外管接头(6)、上单动接头(7)、下单动接头(9)、轴(8)、调节轴(10)和内管接头(11)组成；所述外管机构由外管(12)、扩孔器(13)和钻头(14)组成；外管接头(6)的上端与沉砂管(3)的下端连接，外管接头(6)的下端与外管(12)的上端连接，外管(12)的下端安装有所述钻头(14)；上单动接头(7)、下单动接头(9)、轴(8)、调节轴(10)、内管接头(11)以及内管机构均位于外管(12)内，其中轴(8)的上端连接上单动接头(7)，轴(8)的下端连接下单动接头(9)，下单动接头(9)的下方连接调节轴(10)的上端，调节轴(10)的下端与内管接头(11)连接，内管机构中的钩头抱箍(16)箍设于所述环槽(19)并将两块半合管(18)的上端套设并箍紧在内管接头(11)上，两块半合管(18)的下端向下延伸至外管(12)下端的钻头(14)附近并套设卡簧座(17)。
6.如权利要求2至5中任意一项所述的120m超深覆盖层钻取275mm级大直径原状样的方法，其特征在于，所述钩头抱箍(16)为开口抱箍。
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