本实用新型涉及一种用于松软岩土层的反循环跟管钻具，尤其是反循环排渣、螺旋钻进排粉和同心跟管钻进同步作业的钻具。
背景技术：
在松散、胶结性差、易破碎、易水化等松软岩土层钻进时，施工难度大，常遇到取心难、成孔难、孔壁坍塌等问题，钻孔效果不理想，主要原因是在施工过程中钻孔容易边钻边塌，排渣量大，还可能出现卡钻、夹钻和埋钻等事故，导致钻进效率较低。因此，需要一种钻进技术，既能解决钻进过程中成孔后塌孔问题，还能够提高钻进效率，同时还能提高钻屑的采集率并减少孔口粉尘污染。
中国专利文献CN201310566830.6公开了一种用于松软突出煤层钻进双层内排渣防堵钻具及使用方法，包括双层内排渣防堵钻杆、中心回流钻头、旋转密封供水装置等，旋转密封供水装置与钻机上的双层内排渣防堵钻杆连接，中心回流钻头安装在钻杆的前端，其钻杆由外钻杆体、内连接管和焊接在内连接管内壁的多孔管组成，但该钻杆体结构复杂，加工难度大，强度低。
中国专利文献CN104514487公开了一种松软突出煤层反循环钻进设备及其钻进工艺，包括钻机、主动双壁钻杆、双通道水龙头、钻头及空压机。随着钻头不断钻入地层，需在主动双壁钻杆和钻头之间不断加接双壁钻杆。该钻具能有效防止孔内坍塌的发生，可在破碎地层钻进，但在浅孔段反循环效果差，并且提钻后仍容易发生塌孔。
中国专利文献CN105781419公开了一种用于松软地层钻进中心排渣引射式抽吸钻具及使用办法，钻具包括进气管、排渣管、动力头和钻杆，钻杆内设有排渣通道和进气通道，并在钻杆前端安装有引射式抽吸钻头。喷射孔喷出的射流空气对钻孔底部产生搅动作用，并推动孔底钻屑进入到中心排渣通道，可大幅度提高钻进效率和钻进深度。但钻头与钻杆环状间隙较大，反循环形成不稳定，仍然无法解决提钻后容易塌孔的问题。
因此，现有技术中亟需一种新的技术方案解决上述问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，提供一种松软岩土地层反循环跟管钻具，具体钻头的切削刃破碎岩土体，并利用气体射流辅助破碎地层。通过钻头引射孔形成的射流在中心排渣通道形成负压，实现钻屑反循环运输；悬浮在钻具与套管环状间隙中的钻屑则随着钻杆的旋转沿着螺旋叶片上行，并经排渣窗进入中心排渣通道，最终上返至地表。钻进过程中，钻头通过管靴带动套管回转下行，实现边反循环钻进边下套管护壁，可有效解决松软岩土层的缩径、坍塌、孔壁失稳等孔内事故，利用反循环排渣使除尘更为有效，实现钻进、防塌、除尘、护壁一体化作业。
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：松软岩土地层反循环跟管钻具，其特征在于：包括排渣管、动力头、进气管、双壁钻杆、套管、螺旋钻杆、钻头、管靴、喷嘴、切削刃及引射孔，所述双壁钻杆上部设置有动力头，双壁钻杆通过动力头分别与排渣管、进气管连通；所述螺旋钻杆上端通过螺旋钻杆上接头与双壁钻杆连接，螺旋钻杆下端通过螺旋钻杆下接头与钻头螺纹连接，其中双壁钻杆由双壁钻杆外管和双壁钻杆内管组成，双壁钻杆外管和双壁钻杆内管之间构成环状间隙，螺旋钻杆侧壁上开设有排渣窗,螺旋钻杆为双层结构，螺旋钻杆包括同轴布置的螺旋钻杆内管和螺旋钻杆外管，螺旋钻杆内管和螺旋钻杆外管形成环状间隙，螺旋钻杆内管的长度大于螺旋钻杆外管的长度，螺旋钻杆外管侧壁外部焊接有螺旋叶片；所述套管与管靴构成套管总成，该套管总成套设在双壁钻杆、螺旋钻杆上接头、螺旋钻杆、螺旋钻杆下接头及钻头外部；
反循环跟管钻具为同轴三通道结构，双壁钻杆内管的中心孔和螺旋钻杆内管的中心孔构成排渣通道，螺旋钻杆内管和螺旋钻杆外管之间的环状间隙构成进气通道，螺旋钻杆外管和套管之间的环状间隙构成外环通道；
所述钻头具有由内壁和外壁构成的双壁结构，且内壁和外壁之间的夹层空间形成环槽状进气室，钻头上设置有花键，钻头通过花键抵在管靴的台阶面上，在钻头工作端镶嵌有切削刃，并设置有水口；
所述喷嘴和引射孔交错布置在钻头上，喷嘴沿钻头径向设置；引射孔呈倾斜设置，引射孔的中心线与钻头的轴线呈30°夹角。
所述螺旋钻杆上接头上端与双壁钻杆外管螺纹连接，螺旋钻杆上接头下端与螺旋钻杆外管螺纹连接；所述螺旋钻杆内管上端与双壁钻杆内管采用插接方式连接，螺旋钻杆内管下端与钻头采用插接方式连接；所述螺旋钻杆下接头上端与螺旋钻杆外管螺纹连接，螺旋钻杆下接头下端与钻头螺纹连接；所述套管与管靴采用螺纹连接，并通过花键与钻头插接。
所述喷嘴数量为三个，三个喷嘴均布在钻头；所述引射孔数量为三个，三个引射孔均布在钻头上，引射孔和喷嘴交错布置。
所述螺旋钻杆的长度小于等于3m。
通过上述设计方案，本实用新型可以带来如下有益效果：
1、利用切削刃回转、空气射流辅助切削方式在松软岩土层实施碎岩钻进，同时利用钻头向套管施加压应力，实现边钻进边护壁，有效防止孔壁坍塌等问题；
2、压缩空气通过引射孔斜向上喷射在排渣通道内形成负压区，对钻孔底部钻屑产生抽吸作用，形成反循环排渣，进而提高钻屑运移效率；
3、悬浮在钻杆与套管环状间隙中的钻屑则随着钻杆的旋转沿着螺旋叶片上行，并通过排渣窗进入中心排渣通道，并以反循环方式上返至地表；
4、钻具采用同轴式连接方式，连接强度高，拧卸方便、快捷，密封性好；
5、在松软岩土层实现反循环跟管钻进，可有效解决松软岩土层的缩径、坍塌、孔壁失稳等孔内事故，利用反循环排渣使除尘更为有效，实现钻进、防塌、除尘、护壁一体化作业。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型示意性实施例及其说明用于理解本实用新型，并不构成本实用新型的不当限定，在附图中：
图1为本实用新型松软岩土层反循环跟管钻具的结构图。
图2为图1中的A-A断面图。
图3为本实用新型钻头三维结构图。
图4为本实用新型螺旋钻杆三维结构图。
图5为本实用新型松软岩土层反循环钻进工艺原理图。
图中各标记如下：1-排渣管、2-动力头、3-进气管、4-双壁钻杆、5-双壁钻杆外管、6-双壁钻杆内管、7-套管、8-螺旋钻杆上接头、9-螺旋钻杆内管、10-排渣窗、11-螺旋钻杆外管、12-螺旋钻杆、13-螺旋钻杆下接头、14-钻头、15-管靴、16-喷嘴、17-切削刃、18-引射孔、19-进气室、20-排渣通道、21-进气通道、22-外环通道。
具体实施方式
为了更清楚地说明本实用新型，下面结合优选实施例和附图对本实用新型做进一步的说明。本领域技术人员应当理解。下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本实用新型的保护范围。
如图1所示，松软岩土地层反循环跟管钻具为同轴三通道结构，包括双壁钻杆4、螺旋钻杆12、钻头14、套管7和管靴15，双壁钻杆4由双壁钻杆外管5和双壁钻杆内管6组成，双壁钻杆外管5和双壁钻杆内管6之间构成环状间隙，螺旋钻杆12为双层结构，螺旋钻杆12包括同轴布置的螺旋钻杆内管9和螺旋钻杆外管11，螺旋钻杆内管9和螺旋钻杆外管11形成环状间隙，螺旋钻杆内管9的长度大于螺旋钻杆外管11的长度，螺旋钻杆外管11侧壁外部焊接有螺旋叶片；双壁钻杆内管6的中心孔和螺旋钻杆内管9的中心孔构成排渣通道20，螺旋钻杆内管9和螺旋钻杆外管11之间的环状间隙构成进气通道21，螺旋钻杆外管11和套管7之间的环状间隙构成外环通道22；所述套管7与管靴15构成套管总成，套管7和管靴15起到支撑保护孔壁作用，该套管总成套设在双壁钻杆4、螺旋钻杆上接头8、螺旋钻杆12、螺旋钻杆下接头13及钻头14外部；
所述双壁钻杆4上部设置有动力头2，双壁钻杆4通过动力头2分别与排渣管1、进气管3连通；所述螺旋钻杆12上端通过螺旋钻杆上接头8与双壁钻杆4连接，螺旋钻杆12下端通过螺旋钻杆下接头13与钻头14螺纹连接，具体螺旋钻杆上接头8上端与双壁钻杆外管5螺纹连接，螺旋钻杆上接头8下端与螺旋钻杆外管11螺纹连接；螺旋钻杆内管9上端与双壁钻杆内管6采用插接方式连接，螺旋钻杆内管9下端与钻头14采用插接方式连接，连接强度高，密封效果好，拧卸方便；螺旋钻杆下接头13上端与螺旋钻杆外管11螺纹连接，螺旋钻杆下接头13下端与钻头14螺纹连接；套管7与管靴15采用螺纹连接，并通过花键与钻头14插接；
如图2所示，钻进过程中钻头14通过花键和台阶面向管靴15施加回转扭矩和轴向压力，利用套管7保护孔壁，进而实现同心跟管钻进。
如图3所示，所述的钻头14为反循环结构，具有由内壁和外壁构成的双壁结构，且内壁和外壁之间的夹层空间形成环槽状进气室19，钻头14上加工有花键，钻头14通过螺旋钻杆下接头13与螺旋钻杆外管11连接，同时与螺旋钻杆内管9采用插接方式连接，所述钻头14设计有三个均布的斜向上呈30°角的引射孔18，即引射孔18的中心线与钻头14的轴线呈30°夹角，三个均布的径向喷嘴16，引射孔18和喷嘴16应交错布置；在钻头14工作端镶嵌有切削刃17，并保留水口。钻进过程中，利用切削刃17回转切削松软岩土层，经喷嘴16形成的空气射流辅助切削管靴15下方的松软岩土层，并带动套管7一同下行。压缩空气通过引射孔18形成高速射流，并在排渣通道20内形成稳定的负压区对钻孔底部的钻屑产生抽吸作用，使钻孔底部的钻屑进入排渣通道20并上返,返至地表。
如图4所示，所述的螺旋钻杆12为同轴双通道结构，在螺旋钻杆外管11上设计有螺旋叶片，螺旋钻杆12长度应不超过3m，并连接在双壁钻杆4与钻头14之间。螺旋钻杆14上开设一处排渣窗10，悬浮在外环通道22的钻屑沿着螺旋钻杆12的螺旋叶片上行，并经过排渣窗10进入中心排渣通道20并上返至地表。此外，螺旋钻杆12上的螺旋叶片可形成多道环槽式密封，有利于外环通道22的流体密封，确保反循环排渣的稳定性。
该钻具结构集成了反循环排渣、螺旋钻杆排渣和同心跟管钻进三种先进工艺与一体，可有效解决松软岩土层的缩径、坍塌、孔壁失稳等孔内事故，实现钻进、防塌、除尘、护壁一体化作业。
松软岩土层反循环钻进工艺如图1和图5所示：
a、安装反循环跟管钻具，反循环跟管钻具为同轴三通道结构，双壁钻杆内管6的中心孔和螺旋钻杆内管9的中心孔构成排渣通道20，螺旋钻杆内管9和螺旋钻杆外管11之间的环状间隙构成进气通道21，螺旋钻杆外管11和套管7之间的环状间隙构成外环通道22；
b、压缩空气通过进气管3经动力头2送入到双壁钻杆4的环状间隙，并沿螺旋钻杆12的进气通道21下行至钻头14的环槽状进气室19后进行分流，一部分空气经喷嘴16向外喷射，形成空气射流冲刷切削管靴15下方松软岩土层，辅助切削刃17回转碎岩，另一部分空气经引射孔18斜向上喷射，在排渣通道20内形成负压区对钻孔底部的钻屑产生抽吸作用，使钻孔底部的钻屑进入排渣通道20并上返，同时悬浮在外环通道22的钻屑沿着螺旋钻杆12的螺旋叶片上行，并经排渣窗10进入排渣通道20，两部分钻屑一同上返，并经过排渣管1进入到地表收集装置；
c、在松软岩土层钻进过程中，动力头2与双壁钻杆4连接后，动力头2带动双壁钻杆4、螺旋钻杆12和钻头14同步回转，同时钻头14通过花键和台阶面向管靴15施加回转扭矩和轴向压力，利用套管7保护孔壁，进而实现同心跟管钻进。
中心排渣工艺原理：在回转动力头2的驱动下，双壁钻具系统带动钻头14在松软岩土层实现钻进作业，钻进过程中，压缩空气通过进气管3进入到动力头2，并依次进入双壁钻杆4和螺旋钻杆12的外环间隙进入到进气通道21，最到达钻头14的进气室19后形成分流。一部分空气通过钻头14上的喷嘴16，形成径向的高速射流，辅助切削管靴15下方的岩土体；另一部分空气通过钻头14上的引射孔18斜向上喷射，并在排渣通道20内部形成负压区，抽吸对钻孔底部的钻屑钻屑进入到排渣通道20上返。悬浮在外环通道22的钻屑则随着螺旋钻杆12的回转沿着螺旋叶片上行，并通过排渣窗10进入排渣通道20。而螺旋叶片也在外环通道22形成多道环槽密封，确保流体反循环形成的稳定性。钻屑最终通过排渣通道20上返，并流经螺旋钻杆内管9、双壁钻杆内管6，进入到动力头2，并最终通过排渣管1上返至地表，并被地表收集装置接收。钻进过程中，钻头14通过花键和台阶面向管靴15施加回转扭矩和轴向压力，并利用套管7保护孔壁，进而实现同心跟管钻进。
该钻进工艺集成了反循环排渣、螺旋钻杆排渣和同心跟管钻进三种先进工艺与一体，可有效解决松软岩土层的缩径、坍塌、孔壁失稳等孔内事故，实现钻进、防塌、除尘、护壁一体化作业。