捞砂机构和钻具的制作方法
【专利摘要】本发明涉及岩土工程勘察及地质勘查的【技术领域】，公开了捞砂机构，其包括设于钻杆外且沿钻杆轴向布置的捞砂筒，捞砂筒包括与钻杆连接的封闭端以及与钻杆之间具有间隙以形成填砂空间的环形侧壁，侧壁上端具有倾斜状开口，侧壁上设有多个进砂孔和出水孔。捞砂机构设置在钻杆外围，钻孔中悬浮状的砂砾会通过其上倾斜状开口和进砂孔进入填砂空间中，且沉淀在填砂空间中，填砂空间中的泥浆等液体则会通过出水孔泻出，该捞砂机构在钻具钻孔或起钻的过程中，都可以自动收集砂砾，可有效消除砂砾沉淀在孔底的现象，避免由于砂砾沉淀引发埋钻事故，且保证勘察过程中的标准贯入试验数据准确，能反应岩土体的特性，确保钻探质量，并大大提高施工效率。
【专利说明】措砂机构和钻具
【技术领域】
[0001]本发明涉及岩土工程勘察及地质勘查的【技术领域】，尤其涉及捞砂机构和钻具。
【背景技术】
[0002]工程勘察作为岩土工程的一各重要分支科学，其主要目的是查明工程建设场地工程、水文地质条件，查明岩土物理力学性质，为设计提供岩土物理力学参数。
[0003]目前，工程勘察采用的最重要、最普遍的手段是岩土层的取芯钻探，将地下垂直分布的地层通过顺序取芯依次摆放，由专业的岩土工程师通过肉眼鉴定、取样进行室内土工试验等方法以查明岩土特性。
[0004]目前，取芯钻探多采用地质钻机带动地质钻具进行，通过进入土体的钻头切割岩土体，在钻进过程中，随着钻进深度的增大，钻孔中会逐渐产生增多的砂砾，一般情况下，通过孔内中一定比重的泥浆从孔底向孔外循环流动的过程，可以将悬浮在泥浆中的砂砾带至孔外，从而确保钻探施工的顺利进行。但是，由于受岩土体结构变化的影响，很多地层中产生的砂砾颗粒较大、较多，因砂砾自身重量较大，不能随泥浆返至孔外或悬浮在距离孔底一定高度的位置，并不能继续上浮，尤其，当地质钻具在砾砂层、砂砾岩层中钻探时，产生的砂砾将严重影响到钻探施工。
[0005]在实际施工过程中，随着钻孔深度的增加，孔底砂砾逐渐增多，经短暂的施工停顿后，在自身重力的作用下，砂砾会迅速沉至孔底，并厚度不断增加，当其厚度大于下部岩芯管长度时，则将岩芯管和最下部一根钻杆的变径接头部位堵死，亦称之为“埋钻”，导致钻具无法向上提拔，引发孔内事故；另外，在岩土工程勘察或地质勘查的钻探施工过程中，标准贯入试验是要求在孔底干净、无沉渣的情况下进行，如不能将孔内中钻探产生的砂砾捞除干净，进行的标准贯入试验的数据就会失真，不能够准确的反应岩土特性，造成钻探质量低下；再者，当孔底沉渣厚度较大时，起钻再下钻时，不能到达上次起钻的深度，在沉砂中再次进行钻探，导致钻探进度缓慢，施工效率低。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供捞砂机构，旨在解决现有技术中，在钻探过程中，由于孔内砂砾不能排出孔外或排出不及时，以致出现埋钻导致孔内事故、钻探质量低下、施工效率低下的问题。
[0007]本发明是这样实现的，捞砂机构，环设于钻杆外，其包括设于所述钻杆外且沿所述钻杆轴向布置的捞砂筒，所述捞砂筒包括与所述钻杆连接的封闭端以及环设于所述钻杆外且与所述钻杆之间具有间隙以形成填砂空间的环形侧壁，所述侧壁上端具有连通所述填砂空间的倾斜状开口，所述侧壁上分别设有多个连通所述填砂空间的进砂孔和出水孔，沿所述钻杆自上而下的方向，多个所述进砂孔分别置于多个所述出水孔上方。
[0008]本发明还提供了钻具，包括钻杆以及上述的捞砂机构。
[0009]与现有技术相比，本发明的捞砂机构，设置在钻杆外围，当钻具在钻孔或起钻的过程中，孔中悬浮状的砂砾都会通过其上倾斜状开口和进砂孔进入填砂空间中，且沉淀在填砂空间中，填砂空间中的泥浆等液体则会通过出水孔泻出，该捞砂机构在钻具钻孔或起钻的过程中，都可以自动及时收集砂砾，捞砂效果好，可有效消除砂砾沉淀在孔底的现象，避免由于砂砾沉淀引发埋钻事故，且保证勘察钻探施工过程中的标准贯入试验数据准确，能反应岩土体的特性，确保钻探质量，并大大提高施工效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是本发明实施例提供的捞砂机构的主视示意图；
[0011]图2是本发明实施例提供的捞砂机构在使用过程中的主视示意图。
【具体实施方式】
[0012]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0013]本发明提供了捞砂机构，环设于钻杆外，其包括设于所述钻杆外且沿所述钻杆轴向布置的捞砂筒，所述捞砂筒包括与所述钻杆连接的封闭端以及环设于所述钻杆外且与所述钻杆之间具有间隙以形成填砂空间的环形侧壁，所述侧壁上端具有连通所述填砂空间的倾斜状开口，所述侧壁上分别设有多个连通所述填砂空间的进砂孔和出水孔，沿所述钻杆自上而下的方向，多个所述进砂孔分别置于多个所述出水孔上方。
[0014]本发明中，在钻具钻孔或起钻的过程中，该捞砂机构都可以自动收集孔内的砂砾，其捞砂效果好，避免砂砾沉淀于孔底，避免出现埋钻现象，保证钻探质量以及施工效率。
[0015]以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述。
[0016]如图f 2所示，为本发明提供的一较佳实施例。
[0017]在岩土工程勘察或地质勘查钻探施工的过程中，利用钻具在地层中钻孔，钻具包括有钻头以及连接在钻头上的钻杆2，随着钻进深度的不断加深，钻头上则必须连接多段钻杆2。
[0018]本实施例中的捞砂机构I设置在钻杆2的外围上，其包括设置在钻杆2外围且沿钻杆2轴向布置的捞砂筒11，捞砂筒11包括与钻杆2连接的封闭端114以及环形侧壁116，该封闭端114指的是:其连接在钻杆2上，且形成封闭结构；侦_ 116与钻杆2具有间隙，形成填砂空间111，且其上端具有倾斜开口 115，该开口 115连通填砂空间111。
[0019]当钻具在进行钻探的过程中，钻具对孔内施加一定压力以及按一定速度旋转，孔内的泥浆被带动流动，钻头切割岩土体，产生一定的砂砾，沉砂在流动泥浆的带动下，以悬浮状态处于孔内的各个角落，这样，在钻杆2向下旋转的过程中，悬浮状态的砂砾则会通过捞砂筒11上端的开口 115进入捞砂筒11侧壁116与钻杆2之间的填砂空间111中，当然，为了使得沉砂可以更有效的进入填砂空间111中，侧壁116中设有多个进砂孔113以及多个出水孔112，该多个进砂孔113以及出水孔112连通填砂空间111，且沿着钻杆2向上延伸的方向，进砂孔113位于出水孔112的上方，这样，随着钻杆2的转动，处于悬浮状态的沙砾可以通过捞砂筒11上端的开口 115以及其中的进砂孔113，进入填砂空间111中，由于填砂空间111中泥浆的动力较弱，砂砾继续运动的几率也小，其会沉淀在填砂空间111的底部；对于颗粒较大的砂砾，受其自身重量的限制，其在泥浆的带动下，上升到捞砂筒11上部一定高度以后则不能再继续上浮，当钻探转速降低或暂停钻探时，位于捞砂筒11进砂孔113以上的砂砾则会下沉，并自动沉淀在填砂空间111中；当钻具钻探到预设深度后，将钻具从孔中提起，在提起的过程中，也相当于再一次的打捞处于悬浮状态的砂砾，而处于填砂空间111中的泥浆则会从出水孔112以及进砂孔113处泻出。当钻具被完全提出孔外后，操作人员则可直接将处于填砂空间111中的沉砂倒出，并清理干净，继续下一次钻孔。
[0020]采用上述的捞砂机构1，在钻具钻孔或起钻的过程中，都可以自动收集孔内泥浆中的砂砾，其捞砂效果较好，可以有效消除砂砾沉淀在孔底的现象，避免由于砂砾沉淀引发的埋钻事故，确保孔底干净，从而，进行标准贯入试验的数据较为准确，能准确反应岩土体的特性，确保钻探质量，且由于孔低无沉淀砂砾，可保证钻探的施工进度，大大提高施工效率。
[0021]本实施例中，为了避免沉淀在填砂空间111中的沙砾随着泥浆从出水孔112中泄出来，进砂孔113的面积大于出水孔112的面积。
[0022]具体地，为了保证砂砾可以全方位的经由进砂孔113进入填砂空间111中，上述的多个进砂孔113环绕侧壁116设置。本实施例中，多个进砂孔113在侧壁116中呈梅花状布置，当然，也可以呈其它形状布置。
[0023]本实施例中的进砂孔113呈椭圆状，该椭圆状进砂孔113的长轴沿钻杆2的轴向方向布置，即平行于钻孔的轴向方向。
[0024]具体地，上述的多个出水孔112环绕侧壁116设置，本实施例中，多个出水孔112呈方格状布置，也就是说，一定数量的出水孔112则形成方格形状，当然，多个出水孔112也可以形成其它的形状布置。
[0025]上述中的侧壁116的上端呈单边倾斜设置，也就是，从一侧向另一侧倾斜设置，当然，倾斜的角度可以根据实际需要而定，并不限制，本实施例中，倾斜的角度为45°，这样，可以保证开口 115的面积最大，以保证较多的砂砾进入填砂空间111中。当然，也可以是其它角度，一般是30°飞0°的范围。
[0026]当然，侧壁116的上端也可以呈中间向两侧倾斜设置的形状，具体的设置方式可视具体需要而定。
[0027]本实施例还提供了以下具体尺寸的捞砂机构I的设置，如下:
[0028]选择长约2m、直径为50mm的钻杆2，在距离其下部接头0.5m左右的位置焊接捞砂筒11，捞砂筒11的上端开口 115呈45°单边倾斜，其下端焊接在钻杆2上，形成封闭端114，且捞砂筒11侧壁116上端的最低处离捞砂筒11下端的距离为0.5m以上，在捞砂筒11的侧壁116上设置梅花状布置的多个进砂孔113以及多个出水孔112，多个出水孔112也可以呈方格状布置，并且，保持进砂孔113的面积大于出水孔112，出水孔112为圆孔，其直径小于2mm,捞砂筒11的侧壁116可以选择厚度为5mm的钢板或合金板。
[0029]在目前钻探施工中，并没有专门、统一的捞砂机构I，本实施例提供的捞砂机构I具有以下优点:
[0030]I)、材料普通，原理简单，加工方便，可循环使用，在钻具钻孔的过程中，自动收集砂砾，无需其它附加工作，也就是捞砂不单独耗时，无额外耗资；
[0031]2)、捞砂筒11的上端的开口 115设置为45°单边倾斜状，可以增加开口 115面积，增加砂砾从该开口 115进入填砂空间111中的几率；[0032]4)、捞砂筒11侧壁116设置椭圆形进砂孔113，可以保证悬浮状的沙砾具有足够的几率进入填砂空间111中；
[0033]5)、捞砂筒11的侧壁116设置了出水孔112，在起钻的过程中，可保证填砂空间111中的泥浆等液体可以通过其泻出填砂空间111，而填砂空间111中的砂砾则不能通过，留置在填砂空间111中，具有良好的榜砂效果。
[0034]本实施例还提供了钻具，其具有钻杆2，在其钻杆2上设置了上述的捞砂机构1，这样，利用该钻具在钻孔的过程中，可以有效的将孔内的砂砾捞出来。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.捞砂机构，其特征在于，环设于钻杆外，其包括设于所述钻杆外且沿所述钻杆轴向布置的捞砂筒，所述捞砂筒包括与所述钻杆连接的封闭端以及环设于所述钻杆外且与所述钻杆之间具有间隙以形成填砂空间的环形侧壁，所述侧壁上端具有连通所述填砂空间的倾斜状开口，所述侧壁上分别设有多个连通所述填砂空间的进砂孔和出水孔，沿所述钻杆自上而下的方向，多个所述进砂孔分别置于多个所述出水孔上方。
2.如权利要求1所述的捞砂机构，其特征在于，各所述进砂孔的面积大于各出水孔的面积。
3.如权利要求1至2任一项所述的捞砂机构，其特征在于，所述侧壁上端的开口呈单边倾斜状。
4.如权利要求3所述的捞砂机构，其特征在于，所述开口倾斜的角度为30°飞0°。
5.如权利要求1至2任一项所述的捞砂机构，其特征在于，所述侧壁上端开口呈一侧向另一侧单边倾斜状设置或由中间朝两侧向下倾斜状设置。
6.如权利要求1或2所述的捞砂机构，其特征在于，所述进砂孔外形为长轴方向平行于所述钻杆轴向方向的椭圆。
7.如权利要求1或2所述的捞砂机构，其特征在于，多个所述进砂孔呈梅花状布置于所述侧壁上。
8.如权利要求1至2任一项所述的捞砂机构，其特征在于，多个所述出水孔呈方格状布置于所述侧壁上。
9.钻具，包括钻杆，其特征在于，还包括权利要求1至8任一项所述的捞砂机构。
【文档编号】E21B25/00GK103573202SQ201210257702
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月24日 优先权日:2012年7月24日
【发明者】李新元, 余锦洲, 周逢君, 蒋笃恒, 林雪辉, 吴贤 申请人:深圳市工勘岩土工程有限公司