岩心钻探多功能旋喷注浆器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种岩心钻探多功能旋喷注浆器，包括承喷器(7)和刮刀钻头(9)，刮刀钻头(9)连接在承喷器(7)下部，承喷器下部轴向孔(74)内依序设置有钢球(3)、弹簧(5)、轴承(6)和调压丝杆(8)，承喷器中部设置径向喷口(73)，所述喷口与承喷器下部轴向孔相通，所述喷口(73)中安装喷嘴(4)。本实用新型能解决岩心钻探施工中遇到破碎、软弱、掉块、坍塌等地层时，用常规护壁方式无法解决的问题，也可以解决多种钻孔状况的注浆问题。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本发明创造涉及小口径岩心钻探领域，特别是一种岩心钻探多功能旋喷注浆器， 适用于破碎、软弱、掉块、易坍塌地层的注浆，也可用于水井、地热井等大口径钻井中注浆。 岩心钻探多功能旋喷注浆器
【背景技术】
[0002] 近年来随着资源需求量加大，小口径岩心钻探不断向深部、复杂地层发展。深孔钻 探对钻探技术的要求也越来越高，但是，不管是常规的岩心钻探方法还是新型的空气反循 环连续取样钻探方法，在破碎、软弱、掉块、易坍塌等复杂地层的施工中仍存在很大难度。虽 然目前泥浆、静压注浆和套管护壁可以起到一定作用，但是在极破碎地层、软弱地层、流砂 层等地层中施工，泥浆、静压注浆往往很难起到较好的效果。由于口径的限制，有些孔段不 能用套管护壁。
[0003] 在孔壁易坍塌、流砂层、软弱地层或含较多断层泥的情况下，常规注浆只能灌注到 钻孔中，浆液无法渗透到孔壁地层中，因而无法起到固结作用。其次在有地下水的钻孔中灌 注水泥浆时，必须准确计算好替水量，替水量多了或少了都影响灌注质量。
[0004] 因此，提供一种操作简单、成功率高、适应多种孔内状况的注浆工具，是本领域急 需解决的技术问题。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述难题，提供一种用于破碎、软弱、掉块、坍塌地层的注浆工具。具 体提供以下的技术方案：一种岩心钻探多功能旋喷注浆器，包括承喷器和刮刀钻头，刮刀钻 头连接在承喷器下部，其特征在于：承喷器下部轴向孔内依序设置有钢球、弹簧、轴承和调 压丝杆，承喷器中部设置径向喷口，所述喷口与承喷器下部轴向孔相通，所述喷口中安装喷 嘴。
[0006] 进一步地，承喷器安装在钻杆的下端，橡胶柱塞放置在与承喷器上部空腔连通的 钻杆内浆液上部。柱塞能够起到辅助指示作用。橡胶柱塞可以在上部水的压力下随浆液下 行，直至堵住承喷器中部的轴向小孔，导致上部水压变大，让操作人员知道浆液已经喷完。
[0007] 进一步地，调压丝杆（8)为一个圆柱体，所述圆柱体的上部（81)设置有台阶，用 于支撑轴承（6);在所述圆柱体的中部（82)周向制有螺纹，用于与承喷器（7)下部轴向孔 (74)螺纹连接；在所述圆柱体的下部（83)设置有四方形扳头。
[0008] 刮刀钻头上部为圆筒状本体，刮刀钻头下部为三翼或四翼合金刀片，本体与刀片 固定连接或者一体成型。
[0009] 进一步地，所述刀片翼板上镶硬质合金。硬质合金用于钻进较硬的地层。
[0010] 本发明创造所提供的岩心钻探多功能旋喷注浆器，具有如下功能或有益效果。
[0011] 1、通过调压丝杆、轴承、弹簧、钢球由下往上封闭承喷器形成单向阀，通过调压丝 杆可调节弹簧的压缩量，控制打开阀的压力。
[0012] 2、若孔内有坍塌物或在软弱地层中注浆，刮刀钻头起到扫孔的作用，保证水泥浆 灌注至所需孔段。
[0013] 3、柱塞安放到灌注浆液上部，灌注时水泵送水推动柱塞和浆液下行，柱塞下行到 底部后封堵承喷器，水泵憋泵报警，浆液压送完毕，同时封住注浆管中的水不进入孔内。
[0014] 4、选择不同的喷嘴，配套不同的灌注压力，以满足各种地层注浆的需要。
【专利附图】
【附图说明】 [0015]
[0016] 图1为本发明创造的总体结构示意图；
[0017] 图2为承喷器的结构示意图；
[0018] 图3为刮刀钻头的结构示意图；
[0019] 图4为调压丝杆的结构示意图；
[0020] 图5为喷嘴的结构示意图。
[0021] 图中：
[0022] 1-钻杆2-柱塞3-钢球4-喷嘴41-单孔喷嘴42-四孔喷嘴5-弹簧6-轴承 7_承喷器71-本体72-上部空腔73-喷口 74-下部轴向孔75-轴向小孔8-调压丝杆 81-上部82-中部83-下部9-刮刀钻头91-圆筒状主体92-钻头93-硬质合金。
【具体实施方式】
[0023] 参照附图，对本发明创造岩心钻探多功能旋喷注浆器做进一步的说明。
[0024] 如图1所示，岩心钻探多功能旋喷注浆器包括柱塞2、钢球3、喷嘴4、弹簧5、轴承 6、承喷器7、调压丝杆8和刮刀钻头9,承喷器7有一个圆筒状本体71，其上部空腔72壁上 设置有螺纹，能够与钻杆1下部的螺纹连接，承喷器7中部径向设置有喷口 73,用于安装喷 嘴4,承喷器7下部轴向孔74中设置有螺纹，调压丝杆8与之螺纹连接，轴承6设置在调压 丝杆8 -端，用于支撑弹簧5,弹簧5将钢球3紧压在承喷器7的轴向小孔75上，形成一段 止回阀，当轴向小孔75上部的液压大于弹簧5对钢球3的压力时，弹簧被压缩，单向止回阀 被打开，轴向小孔上部的液体将通过该轴向小孔75,进入喷嘴4,然后由喷嘴4向外喷出，即 实现该岩心钻探多功能旋喷注浆器的喷浆功能。
[0025] 调压丝杆8用于调整弹簧5对钢球3的压力，从而实现调整单向阀压力的功能。调 压丝杆8为一个圆柱体，上部81设计有台阶，用于支撑轴承6 ;中部82周向制有螺纹，用于 与承喷器7下部轴向孔74螺纹连接；下部83为四方形扳口，可以用四方扳手拧卸或调节弹 簧压力。另外，圆柱体的下部83也可以设计成三角形或者六边形，或内六角形扳口。
[0026] 刮刀钻头9通过螺纹与承喷器7连接，用于为喷浆创造工作空间。刮刀钻头9上 部为圆筒状本体91，刮刀钻头9下部为刀片92,本体91与刀片92固定连接，二者可以做成 一体。刀片92为三翼或四翼，刀片翼板上镶硬质合金93。
[0027] 柱塞2为本岩心钻探多功能旋喷注浆器的配件，在浆液全部灌入灌浆管后，将柱 塞2投入灌浆管，当浆液全部喷出之后，柱塞2能够堵塞住承喷器7的轴向小孔，从而使得 工作水压上升，让操作人员很容易判断浆液喷射完毕。
[0028] 机台注浆一般用绳索取芯钻杆做灌浆管，注浆时将本发明创造岩心钻探多功能旋 喷注浆器连接到钻杆1下面即可。
[0029] 以下提供本发明创造岩心钻探多功能旋喷注浆器针对不同的地层情况所采用的 的几种使用方法。
[0030] 具体实施例一
[0031] 干孔旋喷快干浆液护壁
[0032] 对于孔内无水位、孔壁掉块影响钻进的RC钻孔、岩心钻孔，可以采用本发明创造 产品进行旋喷快干浆液护壁，具体方法步骤为：
[0033] 第一步、选用4孔喷嘴4,将钢球3、弹簧5、轴承6、调压丝杆8按顺序放入承喷器 7的下部轴向孔74中，先在地面做压力试验，通过调压丝杆8调好弹簧5的压力，使得钢球 3具有适合干孔旋喷快干浆液护壁的工作压力。
[0034] 即压力 P=H/100+1 ?2 (MPa)
[0035] 式中Η-灌注段底部至水接头的长度，单位：米。
[0036] 第二步、将承喷器7连接到钻杆1下面。
[0037] 第三步、将刮刀钻头9连接在承喷器7下面。
[0038] 第四步、将钻具下到灌注段底部，计算好浆液用量，配好快干浆液，注入钻杆1内。 在钻杆1内孔中放入柱塞2,用水泵对钻杆1内送水。当水泵压力升高后突然回落，说明调 压丝杆8、轴承6、弹簧5、钢球3由下往上封闭承喷器7形成的单向阀已打开。一边回转钻 具一边慢速上提进行旋喷作业。浆液喷射到破碎孔壁的裂隙中，对破碎岩石进行胶结。
[0039] 第五步、如果灌注段较长，可以停泵倒杆或卸钻杆后继续旋喷。当水泵压力突然快 速上升时，说明浆液已全部压出，柱塞2已到承喷器7位置堵塞了承喷器7的轴向小孔75， 应立即停泵，打开回水阀，提钻，待凝。
[0040] 具体实施例二
[0041] 软弱地层、流砂层、坍塌钻孔压力旋喷注浆
[0042] 钻探施工中常常遇到软弱地层、流砂层、孔壁坍塌的情况，用静压注浆的方法无法 使浆液渗透到孔壁中去，透孔后又恢复原状。用旋喷注浆的方法，可以将孔内一定直径范围 内的破碎岩石、流砂、坍塌物等与浆液搅拌到一起，凝固后形成直径远大于钻孔的柱状凝固 体，具体方法步骤为：
[0043] 第一步、选用单孔喷嘴，跟实施例一一样组装好旋喷钻具，在地面做压力试验，通 过调压丝杆8调好弹簧5压力；
[0044] 压力 Ρ=Η/100+1 ?2 (MPa)
[0045] 式中Η-孔内静止水位至水接头的长度，单位：米。
[0046] 第二步、下钻具，扫孔到底。计算好浆液用量，配好浆液，注入钻杆1。放入柱塞2， 送水。水泵压力升高后突然回落，说明调压丝杆8、轴承6、弹簧5、钢球3由下往上封闭承 喷器7形成的单向阀已打开。一边回转钻具一边慢速上提进行旋喷作业。高速射流径向切 害!]、搅拌钻孔中及钻孔外一定范围的软弱岩石、流砂、坍塌物，使他们与浆液混合，凝固后形 成直径远大于钻孔的柱状凝固体。
[0047] 第三步、如果灌注段较长，可以停泵倒杆或卸钻杆后继续旋喷。当水泵压力突然快 速上升时，说明浆液已全部压出，柱塞2已到承喷器7位置堵塞了承喷器7的轴向小孔75， 应立即停泵，打开回水阀，提钻，待凝。
[0048] 具体实施例三
[0049] 静压水下注浆
[0050] 常用的静压水下注浆的方法是根据压力平衡的原理进行的，需要替水把浆液送到 合适的位置，提钻后替水进入孔内。因此，替水送多了或少了都会稀释浆液，改变浆液的位 置，影响灌注的效果和成功率。
[0051] 利用本发明创造的岩心钻探多功能旋喷注浆器进行静压水下注浆，不需计算替水 量，压浆液的水不进入孔内，不会稀释浆液，也不会改变浆液的位置，大大提高了灌注的质 量和成功率，同时简化了操作程序。
[0052] 灌浆方法同具体实施例二。为提高灌注速度，可卸掉喷嘴4。灌注过程中钻机可回 转，但不提动。
【权利要求】
1. 一种岩心钻探多功能旋喷注浆器，包括承喷器（7)和刮刀钻头（9)，刮刀钻头（9) 连接在承喷器（7)下部，其特征在于：所述承喷器（7)下部轴向孔（74)内依序设置有钢球 (3)、弹簧（5)、轴承（6)和调压丝杆（8)，所述承喷器（7)中部设置径向喷口（73)，所述喷口 (73)与承喷器（7)下部轴向孔（74)相通，所述喷口（73)中安装喷嘴（4)。
2. 如权利要求1所述的岩心钻探多功能旋喷注浆器，其特征在于：所述承喷器（7)安 装在钻杆（1)的下端，橡胶柱塞（2)放置在与承喷器（7)上部空腔（72)连通的钻杆（1)内 浆液上部。
3. 如权利要求1或2所述的岩心钻探多功能旋喷注浆器，其特征在于：调压丝杆（8) 为一个圆柱体，所述圆柱体上部（81)设置有台阶，用于支撑轴承（6);在所述圆柱体的中部 (82) 周向制有螺纹，用于与承喷器（7)下部轴向孔（74)螺纹连接；在所述圆柱体的下部 (83) 设置有四方形扳头。
4. 如权利要求1或2所述的岩心钻探多功能旋喷注浆器，其特征在于：所述刮刀钻头 (9)上部为圆筒状本体（91)，刮刀钻头（9)下部为三翼或四翼合金刀片（92)，本体（91)与 刀片（92)固定连接或者一体成型。
5. 如权利要求3所述的岩心钻探多功能旋喷注浆器，其特征在于：所述刮刀钻头（9) 上部为圆筒状本体（91)，刮刀钻头（9)下部为三翼或四翼合金刀片（92)，本体（91)与刀片 (92)固定连接或者一体成型。
6. 如权利要求4所述的岩心钻探多功能旋喷注浆器，其特征在于：所述刀片（92)翼板 上镶硬质合金（93)。
7. 如权利要求5所述的岩心钻探多功能旋喷注浆器，其特征在于：所述刀片（92)翼板 上镶硬质合金（93)。
【文档编号】E21B37/02GK203905895SQ201420336761
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】钱书伟, 李锋, 周玉瑞, 刘杰, 王彦杰 申请人:中色地科矿产勘查股份有限公司, 北京中资环钻探有限公司