專利名稱:泵舉反循環(huán)鉆進法及其裝置的制作方法
本發(fā)明涉及一種反循環(huán)鉆進的方法及設備，用于水文、水井鉆探及工程樁基孔的施工。
現(xiàn)有技術的反循環(huán)鉆進技術，其砂石泵都放置在地面上或平臺上工作。鉆頭切削下巖屑后，通過泵的吸水管從空心鉆桿內將含巖屑的循環(huán)液吸出排到地面。這種所謂的泵吸反循環(huán)法只利用了泵的吸程，而完全沒有利用泵的揚程作用，即泵舉的作用。該種鉆機的全部鉆具，包括鉆桿、主鉆桿(方鉆桿)、水龍頭以及吸入膠管，排氣注水的設備等都安裝在砂石泵的吸入管道上，管路長，接頭彎管多，因而流動阻力大，水頭損失嚴重。加之鉆桿內循環(huán)液濃度高，比重大，因而管內水位比管外水位有一定的液位差。尤其是當鉆桿長，流速高時，更增加了這種液位差。從而對吸漿造成不利影響，使泵的作用不能得到充分發(fā)揮。這個缺點使鉆進速度和鉆孔濃度受到很大限制。有效鉆孔深度僅僅為百米左右。另外，為實現(xiàn)泵吸反循環(huán)，須配有真空泵或注水泵以及相應的輔設管路。稍有進氣，泵的真空度破壞，即無法鉆進。而且，每次接換鉆桿時，都必須向泵內注水排氣。加之鉆桿采用法蘭聯(lián)接，工序繁鎖，增加了大量輔助工時。
本發(fā)明的任務在于避免現(xiàn)有技術中的上述不足之處，而提出一種改泵吸為泵舉，主要利用泵的揚程，同時也利用吸程的所謂泵舉反循環(huán)鉆進方法及其相應的專用設備。該法能改善泵的工作條件，充分發(fā)揮泵的潛力，大大增加鉆井深度和鉆進速度。并使操作簡便，減少輔助工時。
本發(fā)明的任務是通過以下途徑來完成的將砂石泵和電機組合為一個整體成為潛入式砂石泵機組，安裝在方鉆桿(主動鉆桿)的下端，鉆桿的上端，潛入井內水中工作。
這種工藝，主要是利用泵的揚程將循環(huán)液及巖屑推舉出地面，同時也利用吸程。泵一進入水中就可以抽水鉆進。隨著砂石泵潛入深度的不同，泵的工作狀態(tài)就發(fā)生變化。泵潛入越深，工作效能越佳，鉆井的深度及速度都有顯著增加，所以希望盡可能增加潛入深度。
為實施上述泵舉反循環(huán)鉆進法而專門設計的設備主要包括潛入式砂石泵機組和供電裝置。
本發(fā)明的泵舉反循環(huán)鉆進裝置，包括公知的方鉆桿、鉆桿、電機、砂石泵和水龍頭，其特征在于將砂石泵和電機組成一個整體成為潛入式砂石泵機組，安裝在方鉆桿和鉆桿之間。
以下結合附圖描述泵舉反循環(huán)鉆進裝置的一個實施例。
圖1是泵舉反循環(huán)鉆進裝置圖。
圖2是水龍頭的供電裝置圖。
圖3是砂石泵機組結構圖。
圖4是方鉆桿電纜布置的橫向剖視圖。
圖1描述了泵舉反循環(huán)鉆進裝置，它有公知的方鉆桿(2)、鉆桿(5)、轉盤(3)、水龍頭(1)和鉆頭(19)。
圖中，由砂石泵和電機合為一體的潛入式砂石泵機組(4)同軸接入方鉆桿(2)與孔內鉆桿(5)之間，砂石泵的排出管與方鉆桿(2)的下端以法蘭相聯(lián)，砂石泵的吸入管與鉆桿(5)相聯(lián)。鉆進時，轉盤(3)撥動主動方鉆桿(2)、砂石泵機組(4)、鉆桿(5)，帶動鉆頭(19)回轉。含巖屑的循環(huán)液因砂石泵的抽吸、舉送沿鉆桿向上，經(jīng)水龍頭(1)排出地表。經(jīng)沉淀后，水重新流回井內，形成一個循環(huán)系統(tǒng)。
在鉆進過程中，砂石泵機組(4)隨同鉆桿一起下降，下降的幅度為方鉆桿的長度。接換鉆桿時，先將整個鉆桿提起，用轉盤(3)夾住，在砂石泵機組(4)與原來的鉆桿之間增加新鉆桿。采用本發(fā)明的潛入式砂石泵機組后，因不再需要抽真空和嚴格的密封，在砂石泵機組(4)的下端和鉆桿5之間可以采用錐螺紋鎖接頭(16)，見圖3，大大方便了裝卸并且比法蘭聯(lián)接同柱度高。
在鉆進過程中，砂石泵機組(4)隨鉆桿一同轉動，為了給旋轉的電機供電，可以在水龍頭(1)上設置一種專用的供電裝置。參見圖2，嵌在絕緣物(20)內的三個滑環(huán)導電器(7)通過固定蕊管(21)外的端盤(22)和龍頭體(23)與方鉆桿聯(lián)為一體，隨方鉆桿一起轉動。三個固定的電刷送電器(6)貼緊在三個滑環(huán)導電器(7)上，三個滑環(huán)導電器分別與砂石泵機組(4)上的密封接線盒(8)相連，從而完成了對旋轉的電機供電。
參見圖4，滑環(huán)導電器(7)與密封接線盒(8)之間的電纜線為敷設方便起見，可使電纜線(24)從方鉆桿的角鋼(25)與鋼管(26)之間隙通過。
砂石泵機組類似于潛水泵，但在結構形式上有所不同。潛水泵要求放在動水位以下一米左右的深度工作，所以潛水泵的組合形式是將泵裝在電機的上面。在實用中只利用泵的揚程工作，不用吸程。而砂石泵機組因使用上的特殊要求，既要利用揚程，又要利用吸程，并且希望盡可能潛入得深一些，所以砂石泵機組在安裝形式上是立式安裝，將泵(15)裝在電機(10)的下面，電機裝在上部，以盡可能增加潛入深度。
見圖3，本離心式砂石泵的兩個排液管口(29)設于泵體端面靠近周邊處，螺旋引出，兩個相對的排液流道(17)位于電機兩側與排水帽(9)相通，經(jīng)排水帽(9)合流后，與上部的方鉆桿相聯(lián)。這樣便于平衡，結構也比較緊湊。
圖3中潛入式電機(10)采用濕式結構，下端設有機械密封裝置(14)以防含有雜質的循環(huán)液進入機體，破壞電機定子(12)的絕緣。為減小鉆進過程中的震動沖擊和軸向力對電機軸承壽命的影響，電機轉子(11)的軸承均采用滾珠或滾柱軸承(13)，潤滑形式采用防水潤滑脂潤滑。而一般潛水電機都是采用滑動軸承，在有沖擊震動和軸向力的情況下，容易損壞，壽命短。
圖3中，水泵軸(28)的軸襯套采用橡膠軸襯套(31)。
采取泵舉反循環(huán)鉆進法，水泵可發(fā)揮其最大功能。使經(jīng)濟有效鉆孔深度可達250米左右，平均鉆進速度高達7～14米/時，鉆孔深度是泵吸反循環(huán)鉆孔深度的兩倍，鉆進速度是泵吸反循環(huán)鉆進速度的3～4倍，是正循環(huán)鉆進速度的4～10倍。隨著砂石泵潛入深度的不同，鉆進效果也有所不同。在砂石泵揚程許可的情況下，泵潛入越深，鉆進速度越高，鉆孔深度也越深，較之泵吸反循環(huán)，性能優(yōu)越得多。鉆進速度快，鉆桿采用鎖接頭聯(lián)接，保證了同柱度，井孔打得比較圓直。成井質量好，不但井的出水量大，比正循環(huán)大50%左右，比泵吸反循環(huán)大20～30%，而且含砂量低，只有五萬分之一到十萬分之一，有利于延長機井和水泵的壽命。減少了原材料消耗，鉆井費用僅是其它類型鉆機成本費的 1/2 ～ 2/3 之間。單就鉆頭一項，若采用本發(fā)明，全國每年可節(jié)約人民幣近億元，節(jié)約原材料一萬五千噸。潛入式砂石泵機組一進入水中就可以開機工作，徹底取消了以往向泵內注水排氣的設備及工序。另外，鉆桿采用鎖接頭聯(lián)接，大大方便了操作，減少了輔助工時。泵舉反循環(huán)鉆機工作時，噪音低。一般低于80分貝。
權利要求
1.一種反循環(huán)鉆進的方法，利用砂石泵驅動循環(huán)液系統(tǒng)進行工作，其特征在于將砂石泵和電機組成一個整體成為潛入式砂石泵機組，安裝在方鉆桿和鉆桿之間，潛入井內水中工作。
2.一種反循環(huán)鉆進的裝置，包括方鉆桿(2)、鉆桿(5)、水龍頭(1)、電機(10)和砂石泵(15)，其特征在于將砂石泵(15)和電機(10)組成一個整體成為潛入式砂石泵機組(4)，安裝在方鉆桿(2)和鉆桿(5)之間。
3.如權利要求
2所述的反循環(huán)鉆進裝置，其特征在于在所說的水龍頭(1)上裝有固定的電刷送電器(6)和滑環(huán)導電器(7)，為旋轉的砂石泵機組輸電。
4.如權利要求
3所述的反循環(huán)鉆進裝置，其特征在于所說的砂石泵機組(4)的密封接線盒(8)與滑環(huán)導電器(7)連接的電纜線(24)從方鉆桿的角鋼(25)與鋼管(26)之間隙通過。
5.如權利要求
2所述的反循環(huán)鉆進裝置，其特征在于所說的砂石泵機組(4)是立式安裝，泵(15)裝在電機(10)的下面，電機(10)裝在上部。
6.如權利要求
2或5所述的反循環(huán)鉆進裝置，其特征在于所說砂石泵(15)的兩個排液管口(29)設于泵體端面周邊處，兩個相對的排液流道(17)位于電機(10)兩側與排水帽(9)相通。
7.如權利要求
2或5所述的反循環(huán)鉆進裝置，其特征在于所說的砂石泵機組(4)的下端和鉆桿(5)之間采用錐螺紋鎖接頭(16)聯(lián)接。
8.如權利要求
2或5所述的反循環(huán)鉆進裝置，其特征在于所說的砂石泵機組(4)的電機(10)采用滾珠或滾柱軸承(13)，防水潤滑脂潤滑。
專利摘要
泵舉反循環(huán)鉆進法的主要特點是將砂石泵和電機組成一個整體成為潛入式砂石泵機組(4)，安裝在方鉆桿(2)和鉆桿(5)之間，潛入井內水中工作。水龍頭(10)上裝有固定的電刷送電器(6)和滑環(huán)導電器(7)，為旋轉的砂石泵機組(40)輸電。砂石泵機組立式安裝，泵裝在電機的下面，電機裝在上部。泵的下端和鉆桿(5)之間采用鎖接頭(16)聯(lián)接。電機采用滾珠軸承及防水潤滑脂潤滑。該法大大增加了鉆井的深度和速度，并使操作簡便。
文檔編號F04D13/10GK87103112SQ87103112
公開日1987年10月28日 申請日期1987年4月25日
發(fā)明者劉世武, 林傳鎰, 揚重喜, 張自清 申請人:陜西省地下水工作隊導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan