自貫入水下開孔絞吸鑽機的製作方法

2023-10-10 13:06:19 5

專利名稱：自貫入水下開孔絞吸鑽機的製作方法
技術領域：
本發明屬於水下開孔機具的創新。
背景技術：
傳統的水下開孔機具為水下鑽機，它自下而上由鑽頭、鑽杆、轉盤及電動馬達組成。電動馬達與轉盤置於水面以上的鑽臺上；與轉盤相連的鑽杆與鑽頭伸入水下鑽孔內。實施水下鑽孔時，開啟電動馬達，帶動轉盤旋轉，將扭矩施於鑽杆傳至鑽頭。鑽杆為空心鋼管，內通泥漿至鑽頭出口從鑽杆外沿孔壁返回水面以上形成循環系統。空心鑽杆則隨鑽孔加深而分節加長形成鑽杆串，直至設計孔深為止。因此為了懸吊長達數十米乃至更長的鋼鑽杆串及實施鑽杆接長，需要在水上設置龐大的鑽機塔架；而為了承載龐大的鑽機塔架，又需要有龐大的鑽井船或鑽井平臺。因此以鋼質長鑽杆為特徵的傳統水下開孔機具，實質上是由龐大的鑽機塔架與鑽井船支持的成套設備。而鑽井船的動員費和日租費是很高的，這對所鑽井口數量較少的情況是很不經濟的。

發明內容
為了克服傳統的水下開孔機具依賴於鑽井船而導致費用過高的問題，本發明提出一種自貫入水下開孔絞吸鑽機。這種水下開孔絞吸鑽機在保留傳統的水下開孔機具功能的同時，改革了隨鑽深而加長的鑽杆串，從而避免了對鑽井船之類大型施工船的需要。
本發明解決其技術問題的方案是自貫入水下開孔絞吸鑽機，由噴射鑽頭、低壓關斷閥、過流旋轉頭、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。其特徵在於用長度短而不變的過流旋轉頭取代隨鑽深而延長的傳統鑽杆串；在過流旋轉頭上端安裝液壓馬達，在其下端連接噴射鑽頭，從而形成鑽具主體；在對它加裝吸罩後再於頂部安裝氣舉泵與排漿軟管，形成具有鑽孔與排漿功能的水下開孔絞吸鑽機；鑽機的自貫入是靠其吸罩錐面段在排漿過程中形成的內外壓力差實現的；為了保持鑽機吸罩自貫入的垂直度，在鑽機頂部氣舉泵上安裝一個與吸罩同軸心的環形滑橇；為了操縱液壓馬達和氣舉泵，沿排漿軟管內設液壓動力軟管、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，並隨鑽機的鑽深增加而延長；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構。(如圖3所示)本發明的鑽孔原理將自貫入絞吸鑽機吊放到孔口護壁結構的中心孔中，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。液壓馬達驅動鑽頭旋轉絞土，形成的水-土二相漿體進入氣舉泵，並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生吸罩內低壓，而吸罩外為較高的靜水壓，當內、外壓差高於設定值時，位於過流旋轉頭下面的低壓關斷閥自動打開，高壓水經過過流旋轉頭流入鑽頭，並從鑽頭噴嘴射出，取得水力破士效果。內、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)實現了自貫入鑽進；同時吸罩柱面段筒壁貫入土中的側壁阻力支承鑽頭的轉動扭矩。由本發明的組成、構造及其鑽孔原理來看，自貫入水下開孔絞吸鑽機實為絞吸泵、氣舉泵及吸力錨的有機結合體；是以恆定長度的過流旋轉頭(連帶空心轉軸)取代隨鑽深而接長的傳統水下開孔鑽具的鑽杆串而創新的一種水下開孔鑽具。因此它具有尺寸小、重量輕、便於海上開孔作業的特點。
本發明的有益效果在於避免了大型施工船舶的使用，降低施工費用，對所鑽井口數量較少的情況更有顯著的經濟效益。
以下結合附圖及實施例作進一步說明。


圖1是本發明的構造2是本發明的滑橇部分的截面俯視3是本發明的孔口護壁結構4是本發明的鑽孔狀態下的全圖其中1.噴射鑽頭，2.低壓關斷閥，3.過流旋轉頭，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.護壁結構，l6.高壓氣管，17.內筒，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鑽機，自下而上由以下各部分構造而成(見圖1)噴射鑽頭(1)包括中心鑽與鑽頭架中心鑽為中空管狀，下端有刀板及鑽牙；鑽頭架及鋼管焊接的三角形結構，提供足夠剛度，也是高壓水通路，鑽頭架上分布有噴水嘴，鑽頭鑽進時噴射高壓水流。在噴射鑽頭(1)的上端裝有低壓關斷閥(2)，它上部為過流旋轉頭(3)，過流旋轉頭的轉軸上端與液壓馬達(4)轉子以鍵連接，下端與噴射鑽頭(1)用法蘭連接。過流旋轉頭(3)的轉軸為中空構造，中間及上端位置開側孔，其作用是將液壓馬達(4)的旋轉扭矩傳給鑽頭，以及讓過流旋轉頭(3)外的水通過進水口(9)進入轉軸中心通道，最終流到噴射鑽頭(1)的噴嘴流出；過流旋轉頭(3)與液壓馬達(4)以法蘭連接並固定在一起。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)沿氣舉泵內部和排漿軟管內部(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並沿排漿軟管外壁敷設，以上管路一齊引向水面工作船。
鑽孔作業前，先將護壁結構(15)安裝於孔口部位(見圖4)，再將自貫入水下開孔絞吸鑽機吊裝於護壁裝置的中心孔中；鑽孔開始由水面船經液壓管(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)帶動過流旋轉頭(3)及噴射鑽頭(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排漿軟管(12)排出；此時吸罩錐面段(6)內的壓力低於其外部的靜水壓力(隨深度而增大)，當吸罩錐面段(6)內外壓差大於設定值時，位於過流旋轉頭(3)下端的低壓關斷閥(2)自動打開，高壓水經過流旋轉頭(3)注入噴射鑽頭(1)從噴嘴噴出，取得水力破土效果。此時吸罩錐面段(6)內外壓差使吸罩柱面段(5)貫入土中實現自貫入鑽進；同時吸罩柱面段(5)貫入土中的側壁阻力支承鑽頭的轉動扭矩。鑽孔的垂直度則由滑橇(22)提供保證。
權利要求
1.一種自貫入水下開孔絞吸鑽機，由噴射鑽頭、低壓關斷閥、過流旋轉頭、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；其特徵是在液壓馬達與噴射鑽頭之間傳遞旋轉扭矩和控制液流的通道是長度最短、間距不變的組件——過流旋轉頭與低壓關斷閥。
2.根據權利要求1所述的自貫入水下開孔絞吸鑽機，其特徵是所說的氣舉泵是使吸罩內產生小於其外靜水壓的低壓，即產生吸罩錐面段內、外壓力差，從而使吸罩內的水-土-氣三相混合物向上排放的組件。
3.根據權利要求1所述的自貫入水下開孔絞吸鑽機，其特徵是所說的低壓關斷閥是在吸罩內、外壓力差達到設定值時自動打開，讓高壓水經過過流旋轉頭流入鑽頭，從噴嘴射出，達到水力破土效果的組件。
4.根據權利要求1所述的自貫入水下開孔絞吸鑽機，其特徵是所說的過流旋轉頭是與液壓馬達相連，向噴射鑽頭傳遞旋轉扭矩和注入高壓水流實現鑽進的組件。
5.根據權利要求1所述的自貫入水下開孔絞吸鑽機，其特徵是所說的吸罩在錐面段內外壓差下使吸罩柱面段貫入土中實現了自貫入鑽進；同時吸罩柱面段筒壁貫入土中的側壁阻力支承鑽頭的轉動扭矩。
全文摘要
一種自貫入水下開孔絞吸鑽機，由噴射鑽頭(1)、低壓關斷閥(2)、過流旋轉頭(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頭(3)取代隨鑽深而延長的傳統鑽杆串；靠吸罩錐面段(6)在排漿過程中形成的內外壓力差實現鑽機的自貫入。在鑽機的氣舉泵上接有排漿軟管(12)通向水面工作船。鑽孔作業時由水面工作船通過液壓管(13)及高壓氣管(16)操控鑽機。鑽孔垂直度及孔口穩固性分別由滑橇(8)及護壁結構(15)保證。本發明的優越性在於其鑽機的尺寸小、重量輕，便於海上作業，避免傳統鑽機對於鑽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 優先權日2005年11月9日
發明者王翎羽 申請人:天津市海恩海洋工程技術服務有限公司