CN204877330U - 一种用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具。为解决普通注水泥浆加固孔壁易出现固结体直径较小、常规高压喷射钻具在复杂地层中使用受限等问题，本实用新型提供的高压喷射注浆组合钻具包括钢体1和钻头2，钻具钢体1通过下接头1-3与钻头2相连，钻具钢体1上设置供水泥浆喷出的喷射孔1-7，钻具钢体1的内部设置高压喷射调节机构，对泥浆循环扫孔和水泥浆喷射这两种不同工作模式进行调节切换。本实用新型提供的高压喷射注浆组合钻具，通过调节泥浆泵排量进而控制泵压（调节活塞堵头行程）来进行扫孔和喷射注浆不同施工作业的切换，能有效避免水泥浆堵塞钻杆事故，可广泛适用于松散破碎地层的孔壁加固。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种高压喷射注浆加固钻孔孔壁的喷射组合钻具，特别是地质岩心钻探领域中对松散破碎地层进行孔壁加固的高压喷射注浆组合钻具。
背景技术
在进行地质岩心钻探施工时，经常会钻遇松散、软弱破碎等岩层，在该类地层钻进中极易出现孔壁掉块、垮塌等复杂情况，严重影响钻孔施工安全及钻探效率。目前针对该类复杂情况的一种常用解决措施通常是向软弱破碎带注入水泥浆，待其凝固后再进行重新钻开固结体，利用水泥浆与孔壁岩石混合后形成的高强度固结体保证孔壁稳定。
但在现有的注水泥浆加固孔壁技术中，存在如下不足：
①采用常规注水泥加固时固结体直径较小。当用同径钻头重新钻孔时，固结体形成的筒状物厚度较小，在钻进时容易因钻具回转而碾碎或磨蚀，不能形成有效的固结体保护层。
②为了使得固结体的加固厚度增大，在现有技术中引入了高压喷射注浆法。它是采用高压旋喷装置将水泥浆切割孔壁软弱地层，使孔径扩大，同时与孔壁岩石混合形成大直径固结体；此外，水泥浆也可通过高压渗透到较远裂隙内，固结范围较大。目前喷射注浆主要采用扫孔到底后，投球堵塞原通道，让水泥浆从喷射孔流出，缺点一是投球可能会在中途卡死无法进行喷射作业；二是喷射过程若喷嘴堵死，就会造成水泥浆堵塞钻杆事故，被迫提钻，浪费大量人力物力；三是采用投球式时，一旦球阀堵塞原通道后就只能进行喷射作业，不能再切换成扫孔作业，因此，在复杂地层情况下的应用受到一定限制。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具，以解决普通注水泥浆加固孔壁易出现固结体直径较小、常规高压喷射钻具在复杂地层中使用受限等缺点。
一种用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具，其特征在于，包括：钻具钢体1和钻头2，所述钻具钢体1通过下接头1-3与钻头2相连；所述钻具钢体1上设置喷射孔1-7；所述钻具钢体1的内部设置高压喷射调节机构，所述高压喷射调节机构包括活塞堵头1-4、压力弹簧1-5和弹簧筒体1-6；所述压力弹簧1-5的上端与活塞堵头1-4固定连接，所述压力弹簧1-5的下端与弹簧筒体1-6的底部固定连接，所述弹簧筒体1-6的底部设有供泥浆到达钻头2的通路，压力弹簧1-5的自由高度大于弹簧筒体1-6的高度。
在松散、软弱破碎地层中钻进时，极易发生孔壁掉块、坍塌等，严重时甚至坍塌物封闭原钻孔，因此，采用喷射注浆加固钻孔孔壁时需要进行扫孔至原钻孔底部，再进行喷射注浆。上面所述的高压喷射注浆组合钻具可进行扫孔和喷射注浆不同施工作业的切换，具体工作流程如下：
扫孔施工时，采用小排量冲洗液进行循环排粉：由于排量较小，泵压较低，压力弹簧1-5在弹力作用，冲洗液沿活塞堵头1-4外侧进入主通道到达钻头底部（少量冲洗液沿喷射孔1-7流出），进行正常扫孔到底。
当需要喷射水泥浆时，泵量逐渐增大，随着泵压增大活塞堵头1-4压缩压力弹簧1-5向下移动，活塞堵头1-4对弹簧筒体1-6进行密封，堵塞原主通道，水泥浆便全部从喷射孔1-7喷出；伴随钻杆柱的旋转，水泥浆对孔壁软弱土体形成强烈切割，形成水泥浆-土体的混合浆液，待混合浆液固化后成为强度较高、直径较大的固结体，进而起到良好的护壁效果。
作为优选，所述喷射孔1-7的个数为三个，且均匀分布在钻具钢体的同一横截面上。
当采用小排量循环扫孔时，受冲洗液波动及钻杆柱的震动，活塞堵头在钻具钢体内容易发生不规则跳动。为解决上述问题，本申请在钻具钢体1上设置定位螺钉1-8，并在活塞堵头1-4的外侧设置与定位螺钉1-8相配合的滑槽1-9。
为达到更好的效果，定位螺钉1-8的个数为三个，且均匀分布在钻具钢体的同一横截面上（即钻具钢体上环向每隔120°设置1个定位螺钉）；与定位螺钉1-8相配合的滑槽1-9的个数也为三个，这样可以很好地限制活塞堵头仅能上下活动，防止其随意跳动，使其能更顺畅地实现循环扫孔和喷射注浆作业的双向切换。
为提高扫孔钻进效率，所述的钻头2为PDC钻头。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
（1）本实用新型提供的用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具，通过高压喷射孔壁松散土体，与水泥浆混合形成固结体，可大大提高固结体直径，提高护壁效果。
（2）本实用新型提供的用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具，通过调节泥浆泵排量调节活塞堵头行程来进行扫孔和喷射注浆不同施工作业的切换，能有效避免水泥浆堵塞钻杆事故。
（3）本实用新型结构简单，易加工制作。同时操作简便，易于现场施工人员掌握。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为图1的A-A剖面视图；
图3为本实用新型的立体图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述。但不应将此理解为本实用新型上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本实用新型内容所实现的技术均属于本实用新型的范围。
实施例1
图1为本实用新型提供的用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具的结构示意图，图2为图1沿A-A的剖面视图。如图1和图2所示，该高压喷射注浆组合钻具包括钻具钢体1和钻头2，钻具钢体1通过下接头1-3与钻头2相连，钻具钢体（1）通过上接头（1-2）与钻杆相连。
钻具钢体1上设置供水泥浆喷出的喷射孔1-7；钻具钢体1的内部设置高压喷射调节机构，用于切换泥浆循环扫孔和水泥浆喷射这两种不同工作模式。
该高压喷射调节机构包括压力弹簧1-5、弹簧筒体1-6，以及与压力弹簧1-5上端固定连接的活塞堵头1-4。压力弹簧1-5的下端与弹簧筒体1-6的底部固定连接，弹簧筒体1-6的底部设有供泥浆到达钻头2的通路。为了实现泥浆循环扫孔和水泥浆喷射这两种不同工作状态的顺利切换，压力弹簧1-5的自由高度大于弹簧筒体1-6的高度。
喷射孔1-7的个数可以为2个、或者3个、或者3个以上，喷射孔可以均匀分布在钻具钢体的同一横截面上，也可以是分布在钻具钢体的不同横截面上，只要能实现以下功能即可：在循环扫孔时，只有少部分泥浆从喷射孔流出钻具钢体外，但在喷射注浆工作模式下，水泥浆能很快地从喷射孔射出，对孔壁软弱土体进行强烈切割。图3为本实用新型的立体图，可很清楚地看到喷射孔的位置结构。
在钻具钢体1上设置定位螺钉1-8，并在活塞堵头1-4的外侧设置与定位螺钉1-8相配合的滑槽1-9。
为更好地避免活塞堵头的不规则跳动，定位螺钉1-8的个数为三个，且均匀分布在钻具钢体的同一横截面上（即钻具钢体上环向每隔120°设置1个定位螺钉）；与定位螺钉1-8相配合的滑槽1-9的个数也为三个。图3为本实用新型的立体图，可很清楚地看到定位螺钉的位置结构。
为提高扫孔钻进效率，钻头2为PDC钻头。
实施例2
在松散、软弱破碎地层中钻进时，极易发生孔壁掉块、坍塌等，严重时甚至坍塌物封闭原钻孔，实际工作中，常采用喷射注浆加固钻孔孔壁来解决上述问题。然而，在喷射注浆加固钻孔孔壁时，需要进行扫孔至原钻孔底部，再进行喷射注浆。
本实用新型提供的用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具，可实现扫孔和喷射注浆两种作业方式的方便切换。
扫孔施工时，采用小排量冲洗液进行循环排粉：由于排量较小，泵压较低，压力弹簧1-5在弹力作用，冲洗液沿活塞堵头1-4外侧进入主通道到达钻头底部（少量冲洗液沿喷射孔1-7流出），进行正常扫孔到底。
当需要喷射水泥浆时，泵量逐渐增大，随着泵压增大活塞堵头1-4压缩压力弹簧1-5向下移动，活塞堵头1-4对弹簧筒体1-6进行密封，堵塞原主通道，水泥浆便全部从喷射孔1-7喷出；伴随钻杆柱的旋转，水泥浆对孔壁软弱土体形成强烈切割，形成水泥浆-土体的混合浆液，待混合浆液固化后成为强度较高、直径较大的固结体，进而起到良好的护壁效果。
在喷射水泥浆过程中，若遇喷嘴堵塞，可降低排量，使得弹簧在弹力作用下重新顶开活塞堵头，水泥浆沿活塞堵头外侧进入主通道，在从钻头处流出钻具，避免了水泥浆堵塞钻杆事故，被迫提钻。因此，本钻具可实现喷射水泥浆与冲洗液循环扫孔施工的自由切换。
Claims (5)
1.一种用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具，其特征在于，包括：钻具钢体（1）和钻头（2），所述钻具钢体（1）通过下接头（1-3）与钻头（2）相连；所述钻具钢体（1）上设置喷射孔（1-7）；所述钻具钢体（1）的内部设置高压喷射调节机构，所述高压喷射调节机构包括活塞堵头（1-4）、压力弹簧（1-5）和弹簧筒体（1-6）；所述压力弹簧（1-5）的上端与活塞堵头（1-4）固定连接，所述压力弹簧（1-5）的下端与弹簧筒体（1-6）的底部固定连接，所述弹簧筒体（1-6）的底部设有供泥浆到达钻头（2）的通路，压力弹簧（1-5）的自由高度大于弹簧筒体（1-6）的高度。
2.根据权利要求1所述的用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具，其特征在于，所述喷射孔（1-7）的个数为三个，且均匀分布在钻具钢体的同一横截面上。
3.根据权利要求1所述的用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具，其特征在于，所述钻具钢体（1）上设置定位螺钉（1-8），所述活塞堵头（1-4）的外侧设置与定位螺钉（1-8）相配合的滑槽（1-9）。
4.根据权利要求3所述的用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具，其特征在于，所述定位螺钉（1-8）的个数为三个，且均匀分布在钻具钢体的同一横截面上；与定位螺钉（1-8）相配合的滑槽（1-9）的个数也为三个。
5.根据权利要求1所述的用于钻孔护壁的高压喷射注浆组合钻具，其特征在于，所述的钻头（2）为PDC钻头。
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| CN109973022A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-05 | 江苏省无锡探矿机械总厂有限公司 | 一种自带密封装置的注浆喷嘴装置 |
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