專利名稱：自貫入水下開孔絞吸鉆機的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于水下開孔機具的創(chuàng)新。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的水下開孔機具為水下鉆機，它自下而上由鉆頭、鉆桿、轉(zhuǎn)盤及電動馬達組成。電動馬達與轉(zhuǎn)盤置于水面以上的鉆臺上；與轉(zhuǎn)盤相連的鉆桿與鉆頭伸入水下鉆孔內(nèi)。實施水下鉆孔時，開啟電動馬達，帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，將扭矩施于鉆桿傳至鉆頭。鉆桿為空心鋼管，內(nèi)通泥漿至鉆頭出口從鉆桿外沿孔壁返回水面以上形成循環(huán)系統(tǒng)?？招你@桿則隨鉆孔加深而分節(jié)加長形成鉆桿串，直至設計孔深為止。因此為了懸吊長達數(shù)十米乃至更長的鋼鉆桿串及實施鉆桿接長，需要在水上設置龐大的鉆機塔架；而為了承載龐大的鉆機塔架，又需要有龐大的鉆井船或鉆井平臺。因此以鋼質(zhì)長鉆桿為特征的傳統(tǒng)水下開孔機具，實質(zhì)上是由龐大的鉆機塔架與鉆井船支持的成套設備。而鉆井船的動員費和日租費是很高的，這對所鉆井口數(shù)量較少的情況是很不經(jīng)濟的。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服傳統(tǒng)的水下開孔機具依賴于鉆井船而導致費用過高的問題，本發(fā)明提出一種自貫入水下開孔絞吸鉆機。這種水下開孔絞吸鉆機在保留傳統(tǒng)的水下開孔機具功能的同時，改革了隨鉆深而加長的鉆桿串，從而避免了對鉆井船之類大型施工船的需要。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題的方案是自貫入水下開孔絞吸鉆機，由噴射鉆頭、低壓關斷閥、過流旋轉(zhuǎn)頭、液壓馬達、吸罩、氣舉泵、滑撬，以及排漿管路、液壓管路、高壓氣管路組成。其特征在于用長度短而不變的過流旋轉(zhuǎn)頭取代隨鉆深而延長的傳統(tǒng)鉆桿串；在過流旋轉(zhuǎn)頭上端安裝液壓馬達，在其下端連接噴射鉆頭，從而形成鉆具主體；在對它加裝吸罩后再于頂部安裝氣舉泵與排漿軟管，形成具有鉆孔與排漿功能的水下開孔絞吸鉆機；鉆機的自貫入是靠其吸罩錐面段在排漿過程中形成的內(nèi)外壓力差實現(xiàn)的；為了保持鉆機吸罩自貫入的垂直度，在鉆機頂部氣舉泵上安裝一個與吸罩同軸心的環(huán)形滑橇；為了操縱液壓馬達和氣舉泵，沿排漿軟管內(nèi)設液壓動力軟管、液壓回流軟管，沿排漿軟管外設高壓氣軟管，各管路都引上水面工作船，并隨鉆機的鉆深增加而延長；為了防止開孔(或井口)頂部的軟土坍塌，在孔口安裝雙筒形護壁結(jié)構(gòu)。(如圖3所示)本發(fā)明的鉆孔原理將自貫入絞吸鉆機吊放到孔口護壁結(jié)構(gòu)的中心孔中，由水面工作船啟動液壓馬達，同時啟動空壓機向氣舉泵供氣。液壓馬達驅(qū)動鉆頭旋轉(zhuǎn)絞土，形成的水-土二相漿體進入氣舉泵，并與通到氣舉泵的高壓空氣混合形成的水-土-氣三相漿體，通過排漿管路排出。氣舉泵排漿過程中產(chǎn)生吸罩內(nèi)低壓，而吸罩外為較高的靜水壓，當內(nèi)、外壓差高于設定值時，位于過流旋轉(zhuǎn)頭下面的低壓關斷閥自動打開，高壓水經(jīng)過過流旋轉(zhuǎn)頭流入鉆頭，并從鉆頭噴嘴射出，取得水力破士效果。內(nèi)、外壓差在設定值以下時足可以將使吸罩柱面段貫入土中(如同靠負壓沉放的吸力錨)實現(xiàn)了自貫入鉆進；同時吸罩柱面段筒壁貫入土中的側(cè)壁阻力支承鉆頭的轉(zhuǎn)動扭矩。由本發(fā)明的組成、構(gòu)造及其鉆孔原理來看，自貫入水下開孔絞吸鉆機實為絞吸泵、氣舉泵及吸力錨的有機結(jié)合體；是以恒定長度的過流旋轉(zhuǎn)頭(連帶空心轉(zhuǎn)軸)取代隨鉆深而接長的傳統(tǒng)水下開孔鉆具的鉆桿串而創(chuàng)新的一種水下開孔鉆具。因此它具有尺寸小、重量輕、便于海上開孔作業(yè)的特點。
本發(fā)明的有益效果在于避免了大型施工船舶的使用，降低施工費用，對所鉆井口數(shù)量較少的情況更有顯著的經(jīng)濟效益。
以下結(jié)合附圖及實施例作進一步說明。


圖1是本發(fā)明的構(gòu)造2是本發(fā)明的滑橇部分的截面俯視3是本發(fā)明的孔口護壁結(jié)構(gòu)4是本發(fā)明的鉆孔狀態(tài)下的全圖其中1.噴射鉆頭，2.低壓關斷閥，3.過流旋轉(zhuǎn)頭，4.液壓馬達，5.吸罩柱面段，6.吸罩錐面段，7.氣舉泵，8.滑橇，9.進水口，10.高壓氣管接口，11.排漿立管，12.排漿軟管，13.液壓管，14.排漿橫管，15.護壁結(jié)構(gòu)，l6.高壓氣管，17.內(nèi)筒，18.外筒，19.頂板，20.肋板，21.吊耳，22.土壤，23.泥面，24.海水，25.海面。
具體實施例方式
一種自貫入水下開孔絞吸鉆機，自下而上由以下各部分構(gòu)造而成(見圖1)噴射鉆頭(1)包括中心鉆與鉆頭架中心鉆為中空管狀，下端有刀板及鉆牙；鉆頭架及鋼管焊接的三角形結(jié)構(gòu)，提供足夠剛度，也是高壓水通路，鉆頭架上分布有噴水嘴，鉆頭鉆進時噴射高壓水流。在噴射鉆頭(1)的上端裝有低壓關斷閥(2)，它上部為過流旋轉(zhuǎn)頭(3)，過流旋轉(zhuǎn)頭的轉(zhuǎn)軸上端與液壓馬達(4)轉(zhuǎn)子以鍵連接，下端與噴射鉆頭(1)用法蘭連接。過流旋轉(zhuǎn)頭(3)的轉(zhuǎn)軸為中空構(gòu)造，中間及上端位置開側(cè)孔，其作用是將液壓馬達(4)的旋轉(zhuǎn)扭矩傳給鉆頭，以及讓過流旋轉(zhuǎn)頭(3)外的水通過進水口(9)進入轉(zhuǎn)軸中心通道，最終流到噴射鉆頭(1)的噴嘴流出；過流旋轉(zhuǎn)頭(3)與液壓馬達(4)以法蘭連接并固定在一起。泵殼錐面段(6)的下瑞吸罩柱面段(5)對焊，上端則與過流旋轉(zhuǎn)頭(3)螺栓連接，泵殼錐面段均勻布置三條排漿短管，與其上部的排漿立管(11)連接。氣舉泵(7)的頂部有法蘭與排漿軟管(12)連接，側(cè)壁均勻布置三條排漿橫管(14)，三條排漿橫管頂端焊接固定滑橇(8)，下部與對應的三條排漿立管(11)連接。為操作液壓馬達(4)的液壓動力軟管(3根)(13)沿氣舉泵內(nèi)部和排漿軟管內(nèi)部(26)設置，為向氣舉泵(7)供氣的高壓氣管(16)與氣舉泵上的高壓氣進口管螺紋連接并沿排漿軟管外壁敷設，以上管路一齊引向水面工作船。
鉆孔作業(yè)前，先將護壁結(jié)構(gòu)(15)安裝于孔口部位(見圖4)，再將自貫入水下開孔絞吸鉆機吊裝于護壁裝置的中心孔中；鉆孔開始由水面船經(jīng)液壓管(13)啟動液壓馬達(4)，同時由高壓氣管(16)向氣舉泵(7)供氣啟動氣舉泵；液壓馬達(4)帶動過流旋轉(zhuǎn)頭(3)及噴射鉆頭(1)實施絞土，形成水-土二相泥漿，與氣舉泵(7)充入的高壓氣混合形成水-土-氣三相混合物向上經(jīng)排漿軟管(12)排出；此時吸罩錐面段(6)內(nèi)的壓力低于其外部的靜水壓力(隨深度而增大)，當吸罩錐面段(6)內(nèi)外壓差大于設定值時，位于過流旋轉(zhuǎn)頭(3)下端的低壓關斷閥(2)自動打開，高壓水經(jīng)過流旋轉(zhuǎn)頭(3)注入噴射鉆頭(1)從噴嘴噴出，取得水力破土效果。此時吸罩錐面段(6)內(nèi)外壓差使吸罩柱面段(5)貫入土中實現(xiàn)自貫入鉆進；同時吸罩柱面段(5)貫入土中的側(cè)壁阻力支承鉆頭的轉(zhuǎn)動扭矩。鉆孔的垂直度則由滑橇(22)提供保證。
權(quán)利要求
1.一種自貫入水下開孔絞吸鉆機，由噴射鉆頭、低壓關斷閥、過流旋轉(zhuǎn)頭、液壓馬達、吸罩、氣舉泵、滑撬，以及排漿管路、液壓管、高壓氣管組成；其特征是在液壓馬達與噴射鉆頭之間傳遞旋轉(zhuǎn)扭矩和控制液流的通道是長度最短、間距不變的組件——過流旋轉(zhuǎn)頭與低壓關斷閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自貫入水下開孔絞吸鉆機，其特征是所說的氣舉泵是使吸罩內(nèi)產(chǎn)生小于其外靜水壓的低壓，即產(chǎn)生吸罩錐面段內(nèi)、外壓力差，從而使吸罩內(nèi)的水-土-氣三相混合物向上排放的組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自貫入水下開孔絞吸鉆機，其特征是所說的低壓關斷閥是在吸罩內(nèi)、外壓力差達到設定值時自動打開，讓高壓水經(jīng)過過流旋轉(zhuǎn)頭流入鉆頭，從噴嘴射出，達到水力破土效果的組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自貫入水下開孔絞吸鉆機，其特征是所說的過流旋轉(zhuǎn)頭是與液壓馬達相連，向噴射鉆頭傳遞旋轉(zhuǎn)扭矩和注入高壓水流實現(xiàn)鉆進的組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自貫入水下開孔絞吸鉆機，其特征是所說的吸罩在錐面段內(nèi)外壓差下使吸罩柱面段貫入土中實現(xiàn)了自貫入鉆進；同時吸罩柱面段筒壁貫入土中的側(cè)壁阻力支承鉆頭的轉(zhuǎn)動扭矩。
全文摘要
一種自貫入水下開孔絞吸鉆機，由噴射鉆頭(1)、低壓關斷閥(2)、過流旋轉(zhuǎn)頭(3)、液壓馬達(4)、吸罩(5)(6)、氣舉泵(7)、滑撬(8)，以及排漿軟路(12)、液壓管(13)、高壓氣管(16)組成。用長度短而不變的過流旋轉(zhuǎn)頭(3)取代隨鉆深而延長的傳統(tǒng)鉆桿串；靠吸罩錐面段(6)在排漿過程中形成的內(nèi)外壓力差實現(xiàn)鉆機的自貫入。在鉆機的氣舉泵上接有排漿軟管(12)通向水面工作船。鉆孔作業(yè)時由水面工作船通過液壓管(13)及高壓氣管(16)操控鉆機。鉆孔垂直度及孔口穩(wěn)固性分別由滑橇(8)及護壁結(jié)構(gòu)(15)保證。本發(fā)明的優(yōu)越性在于其鉆機的尺寸小、重量輕，便于海上作業(yè)，避免傳統(tǒng)鉆機對于鉆井船之類大型船舶的依賴性，顯著降低施工費用。
文檔編號E21B10/60GK1963139SQ20051001599
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月9日
發(fā)明者王翎羽 申請人:天津市海恩海洋工程技術(shù)服務有限公司