本发明涉及钻探技术领域，尤其是涉及一种螺旋绳索取芯钻具及其施工方法。
背景技术：
绳索取芯钻进工艺是指在钻进过程中，当完成一个回次的取芯钻进后，无需通过提钻取钻杆提取岩芯，而是通过钢丝绳和专用打捞工具将装有岩芯的岩芯管从孔底打捞上来，从而完成取芯工作的一种钻进方法。随着工程勘察质量要求的提高，人力成本不断提升，传统设备和提钻取芯的工艺局限性越来越明显，而绳索取芯钻进工艺由于无需提钻取芯，可在保证岩芯采样率的情况下实现高效钻进，提高了钻进效率，降低人工劳动强度。工程勘察钻探基本是对地表进行钻探，在含沙量比较多的沙层、花岗岩残积土、淤泥层、水敏性地层以及遇水容易液化的土层，对冲洗液的要求比较高，需要冲洗液方面的专业技术人员才能调配而且还不一定成功，由于常规绳索取芯钻具在钻探施工中，冲洗液非常重要，主要用于冷却钻头、排除岩粉、润滑减阻以及保护孔壁等作用，没有冲洗液基本上无法进行施工，故冲洗液的问题极大的限制了绳索取芯工艺在工程勘察钻探的应用，特别是部分对样品要求高，比如环境检测类的勘察，是禁止使用冲洗液的，这就直接导致了绳索取芯工艺在这样的一些项目中无法应用，只能用传统的劳动强度大的提钻取芯工艺。因此，对于解决目前传统的绳索取芯钻进工艺需要冲洗液的问题，制约了其在工程勘察领域的发展问题亟需解决。
技术实现要素：
本发明的目的旨在提供一种螺旋绳索取芯钻具，设计螺旋片结构用于排屑和减阻，钻进过程中，钻头不断向地层干烧钻进，岩屑和土屑岁螺旋片上升排出孔口，取芯时，将装满岩芯的内管总成通过绳索取芯的打捞器取出，实现无冲洗液情况下使用绳索取芯钻进。本发明提供一种取岩芯施工方法，通过带螺旋片的钻具无冲洗液干钻与绳索取芯工艺相结合的新方法，提高了绳索取芯工艺在工程勘察钻探领域的适应性。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种螺旋绳索取芯钻具，包括钻杆、外管总成，钻杆连接在外管总成的一端，所述外管总成的另一端连接有结构中空的钻头，所述钻头与外管总成的表面上设有螺旋片。
本发明采用上述技术方案，螺旋片可作为减阻和排屑用，将钻进过程中土屑和岩屑排出孔口，实现无冲洗液钻进；钻头的结构中空，钻进过程中的岩芯不断进入内管总成中，便于通过绳索取芯打捞装置整体取出采样。
进一步地，所述螺旋片呈多线并行螺旋分布在钻头和外管总成的外表面。呈多线并行螺旋分布的螺旋片，在钻进过程中更方便快速的将产生的岩屑和土屑沿螺旋片的表面上升至孔口。
进一步地，所述钻头的钻探端环设有若干钻片，钻片向轴心延伸形成延伸端。若干钻片的延伸端环设于钻头的表面形成锥形结构，辅助钻孔排屑。
进一步地，钻片的外壁呈弧形延伸、环向形成外螺纹。钻片形成的外螺纹在钻头钻进过程中，对孔壁具有切削作用。
进一步地，所述钻片侧边镶嵌有复合片。复合片构成钻片的刃部，钻进时复合片以旋转方向为刃部配合钻片对孔底切削钻孔；复合片优选为适合干烧法无水钻进的硬质合金和pdc复合片(聚晶金刚石复合片：polycrystallinediamondcompact，pdc)。
进一步地，所述钻片与螺旋片衔接。钻片与螺旋片衔接，在钻孔过程中岩屑和土屑可无阻碍沿螺旋片上升至孔口。
进一步地，所述外管总成内腔设有内管总成。内管总成用于收集岩芯，内管总成吊出时将岩芯吊出，便于采用分析。
进一步地，所述内管总成靠近钻头的端部连接有卡簧座，卡簧座内壁设有卡簧。卡簧用于增加与岩芯的摩擦，使得岩芯与内管总成结合为一体，方便取芯采样。
进一步地，所述钻头内壁设有用于扶正内管总成的内管扶正环。内管扶正环起到导正作用，确保内管总成的管口部的岩芯入口与钻头同轴度，使岩芯顺利进入。
进一步地，所述外管总成的部件外管连接弹卡室的一端内壁设有座环，所述内管总成的部件钻具头总成上设有悬挂环，所述钻具头总成通过悬挂环固定位置在所述座环上。座环托住悬挂环，限定钻具头总成的位置，使其不会在钻进时下坠。
为实现上述目的，本发明提供的另一种技术方案是：一种取岩芯施工方法，将内管总成设于外管总成内，钻进时利用钻头干钻同时外管总成和钻杆上的螺旋片减阻和排屑，钻至预定深度后，通过钻机上的绳索打捞机构将钻满岩芯的内管总成从外管总成和钻杆中取出，完成取芯作业。
本发明采用上述方法，利用钻杆和钻具上面的螺旋片减阻、排屑，实现无冲洗液方式干钻，高效的绳索取芯方便快捷，无需提钻取芯，劳动强度小，大大提高施工效率。
本发明取得的有益效果是：1、本发明在钻进过程中不需要冲洗液，不污染环境，不影响土壤样品真实性；2、取出的土壤样本，土壤的结构清晰，无扰动；3、松散地层和易垮塌地层干钻，孔壁稳定，不用套管；4、施工效率高，无需冲洗液投入小，节省施工成本；5、适用范围广，适合各种沙土、软塑性土、淤泥、冲积土、残积土、水敏性和遇水容易液化的地层。本发明有利于绳索取心钻进工艺在工程勘察钻探中的推广应用，可提升工程勘察钻进工艺技术。
附图说明
图1是本发明的外观结构示意图；
图2是本发明在具体实施时的内部结构示意图；
图3是本发明的钻头的具体结构示意图。
附图标记说明：1钻杆，2外管总成，3内管总成，4钻头，5螺旋片，21弹卡室，22座环，23外管，31钻具头总成，32卡簧座，33卡簧，311悬挂环，41钻片，411延伸端，412外螺纹，42复合片，43内管扶正环。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
参照图1和图2所示，本发明公开一种螺旋绳索取芯钻具，包括钻杆1、外管总成2，钻杆1连接在外管总成2的一端，外管总成2的另一端连接有结构中空的钻头4，钻头4与外管总成2的表面上设有螺旋片5。
本实施方式中，螺旋片5呈多线并行螺旋分布在钻头4和外管总成2的外表面。多线并行为多个螺旋片5平行层叠设置，每个螺旋片5间具有间隔。其中多个的数量可以为2个及以上，根据实际应用时确定。钻头4外部及外管总成2表面的螺旋片5，螺距采用100mm～120mm，在外管总成2带动钻头4钻进时，螺旋片5可作为切削刃对土层进行切削，岩屑和土屑随螺旋片上升排出孔口。
钻头4的钻探端环设有若干钻片41，钻片41向轴心延伸形成延伸端411。若干钻片41的延伸端411形成锥形结构。钻片41的外壁呈弧形延伸、环向形成外螺纹412。钻片41侧边镶嵌有复合片42。复合片42以钻头4的旋转方向构成钻片41刃部。钻片41与螺旋片5衔接。
外管总成2内腔设有内管总成3。内管总成3靠近钻头4的端部连接有卡簧座32，卡簧座32内壁设有卡簧33。钻头4内壁设有用于扶正内管总成3的内管扶正环43。
外管总成2的部件外管23连接弹卡室21的一端内壁设有座环22，内管总成3的部件钻具头总成31上设有悬挂环311，钻具头总成31通过悬挂环311固定位置在座环22上。
本发明公开一种取岩芯施工方法，将内管总成3设于外管总成2内，钻进时利用钻头4干钻同时外管总成2和钻杆1上的螺旋片5减阻和排屑，钻至预定深度后，通过钻机上的绳索打捞机构将钻满岩芯的内管总成3从外管总成2和钻杆1中取出，完成取芯作业。
本发明在具体实施过程中，内管总成3可拆装设于外管总成2的内腔，外管总成2的一端连接钻头4、另一端连接弹卡室21。内管总成3内部设置钻具头总成31，钻具头总成31连接绳索，在绳索施加拉力时将内管总成3从外管总成2内部吊出，连同进入内管总成3的岩芯吊出取样，在实际操作中不用整体拆卸外管总成2和内管总成3，内管总成3及钻具头总成31继续组装进外管总成2内，可继续进一步钻探。
本发明在钻探过程中，可在无水、无泥浆润滑的情况下干烧钻进，采用硬质合金和pdc复合片镶嵌于钻片上，提高耐磨性能。岩屑和土屑随螺旋片5上升排出孔口，完成一个回次的钻进后，用绳索将装满岩芯的内管总成3吊取出，实现无水和无泥浆绳索取芯钻进。
综上所述，本发明已如说明书及图示内容，制成实际样品且经多次使用测试，从使用测试的效果看，可证明本发明能达到其所预期之目的，实用性价值乃无庸置疑。以上所举实施例仅用来方便举例说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。
技术特征：
1.一种螺旋绳索取芯钻具，包括钻杆(1)、外管总成(2)，钻杆(1)连接在外管总成(2)的一端，其特征在于：所述外管总成(2)的另一端连接有结构中空的钻头(4)，所述钻头(4)与外管总成(2)的表面上设有螺旋片(5)。
2.根据权利要求1所述的螺旋绳索取芯钻具，其特征在于：所述螺旋片(5)呈多线并行螺旋分布在钻头(4)和外管总成(2)的外表面。
3.根据权利要求1所述的螺旋绳索取芯钻具，其特征在于：所述钻头(4)的钻探端环设有若干钻片(41)，钻片(41)向轴心延伸形成延伸端(411)。
4.根据权利要求3所述的螺旋绳索取芯钻具，其特征在于：钻片(41)的外壁呈弧形延伸、环向形成外螺纹(412)。
5.根据权利要求3或4所述的螺旋绳索取芯钻具，其特征在于：所述钻片(41)侧边镶嵌有复合片(42)。
6.根据权利要求3所述的螺旋绳索取芯钻具，其特征在于：所述钻片(41)与螺旋片(5)衔接。
7.根据权利要求1所述的螺旋绳索取芯钻具，其特征在于：所述外管总成(2)内腔设有内管总成(3)。
8.根据权利要求7所述的螺旋绳索取芯钻具，其特征在于：所述内管总成(3)靠近钻头(4)的端部连接有卡簧座(32)，卡簧座(32)内壁设有卡簧(33)。
9.根据权利要求7所述的螺旋绳索取芯钻具，其特征在于：所述钻头(4)内壁设有用于扶正内管总成(3)的内管扶正环(43)。
10.根据权利要求7或8或9所述的螺旋绳索取芯钻具，其特征在于：所述外管总成(2)的部件外管(23)连接弹卡室(21)的一端内壁设有座环(22)，所述内管总成(3)的部件钻具头总成(31)上设有悬挂环(311)，所述钻具头总成(31)通过悬挂环(311)固定位置在所述座环(22)上。
11.一种使用上述权利要求7至10任一项所述的取芯钻具的取岩芯施工方法，其特征在于：将内管总成(3)设于外管总成(2)内，钻进时利用钻头(4)干钻同时外管总成(2)和钻杆(1)上的螺旋片(5)减阻和排屑，钻至预定深度后，通过钻机上的绳索打捞机构将钻满岩芯的内管总成(3)从外管总成(2)和钻杆(1)中取出，完成取芯作业。
技术总结
本发明公开一种螺旋绳索取芯钻具，包括钻杆、外管总成和内管总成，内管总成设于外管总成内腔；外管总成的一端部连接有钻杆，另一端连接有结构中空的钻头，钻杆、钻头与外管总成的外表面设有螺旋片。一种使用上述的绳索取芯钻具的取岩芯施工方法，采用无冲洗液干钻方式钻进，当钻进一定深度后(内管长度)，通过钻机上的打捞装置，下放至钻杆内，连接设于内管总成上的捞矛头，带动弹卡钳脱离弹卡挡头将内管总成连同采集的岩芯一并从外管总成内腔取出，完成取芯作业。本发明提供一种螺旋绳索取芯钻具及其施工方法，螺旋片结构用于排屑和减阻，钻头不断向地层钻进时岩屑和土屑随螺旋片上升排出孔口，装满岩芯的内管总成通过绳索取芯的打捞器取出。
技术研发人员：邓赫宏;刘绪勇;邓光宏
受保护的技术使用者：珠海市英格尔特种钻探设备有限公司
技术研发日：2021.07.14
技术公布日：2021.08.24
声明：
“螺旋绳索取芯钻具及其施工方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：珠海市英格尔特种钻探设备有限公司
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2024年06月28日 ~ 30日 
