钻具连接套与三重旋喷钻具的制作方法

1.本实用新型涉及钻机的钻具技术领域，尤其是一种钻具连接套与三重旋喷钻具。


背景技术：

2.旋喷施工法是利用钻机钻孔，通过高压发生装置将浆液从高压喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体。现有技术中常用的高压旋喷钻具具有单重钻具、双重钻具、三重钻具。单重钻具为单重通道，一次施工只能传输一种介质（如泥浆）。双重钻具具有双重通道，可以同时传输两种介质（如水、泥浆）。对成桩直径大、成桩质量要求高的旋喷施工，通常采用三重钻具，三重钻具具有三重通道，可以同时传输三种介质（如泥浆、水、气），通过水和气汇合提供超高压力进行预切割、达到设计孔径，然后注入泥浆进行填充。
3.三重钻具通过三个通道分别传输泥浆、水、气，由于高压水用于切割土层，因此三个传输介质中，水的压力最高，泥浆的压力次之，而气是用于与水汇合、保护水的，故而气的压力最小。现有的三重钻具通常同轴布置内通道、中间通道、外通道，内通道为泥浆通道，中间通道为水通道，外通道为气通道。这样的布置方式具有如下缺点：由于钻具各芯管的壁厚t=（压力p*外径r*系数s）/（2*钢管材质抗拉强度σ
b
）,即芯管受到的压力越大、外径越大，其壁厚就越大；这种布置方式将压力最大的水设在中间通道传输，则最内侧的内芯管与中间的中间芯管均会承受来自水的压力，内芯管与中间芯管的壁厚对应需要设置得较厚，即内芯管与中间芯管的管径较大，且中间芯管的外径较大，其壁厚与管径需要更进一步地增加，则外芯管的管径相应地也会增加，这就意味着，钻具的各芯管均需要采用管径较大、壁厚较厚的钢管才能满足各介质的高压要求，钻具整体体积较大，重量较重，增加了拆装难度，拆装成本高，而且芯管的成本与其管径、壁厚是成正比的，钻具成本高。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述现有三重旋喷钻具存在的缺点，提供一种结构合理的钻具连接套与三重旋喷钻具，将最内层的内通道设为水通道，中间通道设为泥浆通道，通过连接套实现内通道与外通道的汇合，钻具内各通道的压力从内至外依次减小，降低了对各芯管的壁厚与管径的要求，实现小管径达到超高压的目的，减小钻具的整体体积，降低重量，便于拆装，降低拆装成本，降低钻具成本。
5.本实用新型所采用的技术方案如下：
6.一种钻具连接套，连接套的圆周壁面上沿径向开设有安装孔，连接套上沿轴向开设有气通道、浆通道与水通道，气通道与水通道为顶面开放、底面封闭的盲孔，浆通道为通孔；水通道位于连接套中央，与安装孔连通；气通道、浆通道位于水通道外侧；气通道与安装孔同侧布置、连通安装孔。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.气通道与浆通道正交布置在水通道外侧。
9.连接套相对的两侧对称设置安装孔、气通道，连接套上、与气通道正交方向的相对两侧对称设置浆通道。
10.气通道、浆通道为弧形长条孔。
11.安装孔为阶梯孔，各阶梯孔的孔径从外至内依次减小；气通道与安装孔的第二级阶梯孔连通，水通道与安装孔的第三级阶梯孔连通。
12.一种三重旋喷钻具，采用上述钻具连接套，上钻杆组件、上喷嘴组件、下钻杆组件、下喷嘴组件依次连接；上钻杆组件为三层管结构，从外至内依次上外管、上中管、上内管，上外管与上中管之间具有外通道，上中管与上内管之间具有中间通道，上内管的中央为内通道；上喷嘴组件包括连接套、水喷嘴、气喷嘴；水喷嘴、气喷嘴插装在连接套的安装孔内，气喷嘴套装在水喷嘴外周，安装孔分别导通水通道与水喷嘴及气通道与气喷嘴；连接套的气通道连通上钻杆组件的外通道，浆通道连通中间通道，水通道连通内通道；下钻杆组件中央具有贯通的中央通道，中央通道连通连接套的浆通道；下喷嘴组件包括喷嘴座与浆喷嘴，浆喷嘴连通下钻杆组件的中央通道。
13.作为上述技术方案的进一步改进：
14.下钻杆组件为内外管双层结构，下内管插装在下外管的中央通孔内，下内管的中央为贯通的中央通道。
15.上钻杆组件的上端部连接有上接头组件，上接头组件包括上外接头、第一上内接头及第二上内接头；上外接头的上部为连接部；上外接头与第一上内接头、第二上内接头之间具有第一通道，第一通道连通上钻杆组件的外通道；第二上内接头上具有第二通道及第三通道，第二通道连通上钻杆组件的中间通道，第三通道连通上钻杆组件的内通道。
16.上钻杆组件下端部通过下接头组件与上喷嘴组件连接；下接头组件包括下外接头、第一下内接头及第二下内接头，第一下内接头与下外接头之间具有第四通道，第二下内接头与第一下内接头之间具有第五通道，第二下内接头的中央为贯通的第六通道；第四通道导通上钻杆组件的外通道与连接套的气通道，第五通道导通上钻杆组件的中间通道与连接套的浆通道，第六通道导通上钻杆组件的内通道与连接套的水通道。
17.水喷嘴的内端部插入连接套的安装孔的第三级阶梯孔内，气喷嘴位于安装孔的第二级阶梯孔内。
18.本实用新型的有益效果如下：
19.本实用新型将最内层的内通道设为压力最高的水传输通道，将中间通道设为压力次之泥浆传输通道，将最外层的外通道设为压力最小的气传输通道，各通道的压力从内至外依次减小，管径最小的上内管承受的压力最大，根据芯管壁厚与压力、外径的关系式，在相同压力的情况下，由于承受最高压介质的上内管管径更小，则在满足承压条件的情况下上内管壁厚相应可以设置得更小；而且由于各通道的压力从内至外依次减小，各芯管从内至外承受的压力也是依次减小的，则上内管、上中管、上外管在满足承压条件的情况下壁厚相应也可以相应减小，即上内管、上中管、上外管在采用管径更小、壁厚相抵较薄的情况下就可以满足各介质的高压要求，即降低了对各芯管的壁厚与管径的要求，实现了小管径达到超高压的目的，钻具的整体体积更小，重量更轻，降低了拆装难度，降低了拆装成本；而且各芯管的管径、壁厚更小则成本更低，进而降低了钻具的成本。
附图说明
20.图1为本实用新型的前视图。
21.图2为图1的a
‑
a截面剖视图。
22.图3为本实用新型的俯视图。
23.图4为图3的b
‑
b截面剖视图。
24.图5为图4中c部的放大图。
25.图6为图4中d部的放大图。
26.图7为连接套的立体图。
27.图8为图7的左右向纵截面剖视图。
28.图9为图7的前后向纵截面剖视图。
29.图10为图7的横截面剖视图。
30.图中：100、上接头组件；1、上外接头；2、第一上内接头；3、第二上内接头；15、第一通道；16、第二通道；17、第三通道；30、连接部；
31.200、上钻杆组件；4、上外管；5、上中管；6、上内管；18、外通道；19、中间通道；20、内通道；
32.300、下接头组件；7、下外接头；8、第一下内接头；9、第二下内接头；21、第四通道；22、第五通道；23、第六通道；
33.400、上喷嘴组件；10、连接套；11、水喷嘴；12、气喷嘴；24、气通道；25、浆通道；26、水通道；31、安装孔；
34.500、下钻杆组件；13、下外管；14、下内管；27、中央通道；
35.600、下喷嘴组件；28、喷嘴座；29、浆喷嘴。
具体实施方式
36.下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。
37.如图1至图3所示，本实用新型从上至下依次为上接头组件100、上钻杆组件200、下接头组件300、上喷嘴组件400、下钻杆组件500、下喷嘴组件600；上接头组件100、下接头组件300分别连接在上钻杆组件200的上下端部，下接头组件300连接在上喷嘴组件400上端部，上喷嘴组件400、下喷嘴组件600分别连接在下钻杆组件500的上下端部。
38.如图2至图4所示，上接头组件100包括上外接头1、第一上内接头2及第二上内接头3。上外接头1的上部为连接部30，用于与回转装置连接；第一上内接头2插装在上外接头1内，第一上内接头2的外圆柱面沿周向设置有若干凸起的键齿，相邻两键齿之间与上外接头1的内周面之间形成分流孔；第二上内接头3上部插装在第一上内接头2内，第二上内接头3下部与上外接头1的内周面之间具有间隙，该间隙与上外接头1和第一上内接头2之间的分流孔导通构成贯通的第一通道15；第二上内接头3上沿轴向开设贯通的第二通道16及第三通道17，第三通道17位于中央，若干第二通道16沿周向分布在第三通道17外侧。
39.如图2至图4所示，上钻杆组件200为同轴的三层管结构，从外至内依次为上外管4、上中管5、上内管6；上外管4内圆周面与上中管5外圆周面之间的环形间隙构成外通道18，上中管5内圆周面与上内管6外圆周面之间的环形间隙构成中间通道19，上内管6中央为贯通的内通道20。如图4、图5所示，上外管4通过螺纹连接固定到上外接头1上，上中管5、上内管6
插装到第二上内接头3内，第一通道15连通外通道18，第二通道16连通中间通道19，第三通道17连通内通道20。
40.如图2至图4所示，下接头组件300包括下外接头7、第一下内接头8及第二下内接头9。第一下内接头8穿插在下外接头7内，第一下内接头8与下外接头7之间具有贯通的第四通道21；第二下内接头9穿插在第一下内接头8内，第二下内接头9与第一下内接头8之间具有贯通的第五通道22；第二下内接头9的中央为贯通的第六通道23。如图4、图6所示，下外接头7通过螺纹固定连接到上外管4的下端部，第一下内接头8套装到上中管5的下端部，第二下内接头9套装到上内管6的下端部，第四通道21连通外通道18，第五通道22连通中间通道19，第六通道23连通内通道20。
41.如图2至图4所示，上喷嘴组件400包括连接套10、水喷嘴11、气喷嘴12；如图7至图10所示，连接套10相对的左右两侧圆周壁面上沿径向对称开设有安装孔31，安装孔31为具有三级阶梯的阶梯孔，从外至内依次为第一级阶梯孔、第二级阶梯孔、第三级阶梯孔，各阶梯孔的孔径从外至内依次减小；如图2、图4所示，水喷嘴11插装在安装孔31内，水喷嘴11的内端部插入安装孔31的第三级阶梯孔内；气喷嘴12套装在水喷嘴11外周，气喷嘴12位于安装孔31的第二级阶梯孔内、与第二级阶梯孔连通。如图8所示，连接套10上部、相对的左右两侧沿轴向对称开设有气通道24，气通道24为顶面开放、底面封闭的盲孔，其与安装孔31的第二级阶梯孔导通，如图2、图4所示，安装孔31的第二级阶梯孔导通气通道24与气喷嘴12。连接套10上部中央沿轴向开设水通道26，水通道26为顶面开放、底面封闭的盲孔，其与安装孔31的第三级阶梯孔连通，如图2、图4所示，安装孔31的第三级阶梯孔导通水通道26与水喷嘴11。如图9所示，连接套10相对的前后两侧沿轴向对称开设浆通道25，浆通道25为贯通轴向的通孔。如图10所示，气通道24、浆通道25为弧形长条孔，在有限的面积内获得尽可能大的通流面积，保证足够的气体流量与泥浆流量，保证成桩质量。如图4、图6所示，连接套10通过螺纹固定连接到下外接头7上，第一下内接头8、第二下内接头9的下端部插装到连接套10的上部，第四通道21导通外通道18与气通道24，第五通道22导通中间通道19与浆通道25，第六通道23导通内通道20与水通道26。如图2所示，连接套10的水通道26开设在中央，非完整环形截面的气通道24与浆通道25正交分布在水通道26的外侧，在实现与相应通道连通、进行介质传输的同时，布置在相对两侧的浆通道25之间还具有足够的空间用于开设安装孔31，实现水通道26与气通道24（即内通道20与外通道18）的汇合，从而实现最内层的介质沿径向穿越、与最外层的介质汇合的目的，使得将压力最高的水放在最中央的内通道20传输成为可行的方案。
42.如图4所示，下钻杆组件500为内外管双层结构，包括同轴的下外管13与下内管14，下内管14插装在下外管13的中央通孔内，下内管14的中央为贯通的中央通道27。如图4、图6所示，下外管13通过螺纹连接固定到连接套10上，下内管14插装到连接套10的下部，中央通道27连通连接套10的浆通道25。
43.如图4所示，下喷嘴组件600包括喷嘴座28与浆喷嘴29，喷嘴座28相对的左右两侧沿径向对称布置浆喷嘴29。喷嘴座28通过螺纹连接固定在下外管13的下端部，下内管14的下端部插装到喷嘴座28内，中央通道27连通浆喷嘴29。
44.实际使用时，上接头组件100通过连接部30连接到回转装置上，高压水从第三通道17输入，经内通道20、水通道26传输至水喷嘴11，从水喷嘴11喷出；高压气从第一通道15输
入，经外通道18、气通道24传输至气喷嘴12，从气喷嘴12喷出；从水喷嘴11喷出的高压水与从气喷嘴12喷出的高压气汇合提供超高压力切割土层，旋喷成孔至设计孔径；高压浆从第二通道16输入，经中间通道19、浆通道25、中央通道27传输至浆喷嘴29，从浆喷嘴29喷出，对成孔进行填充。
45.以上描述是对本实用新型的解释，不是对本实用新型的限定，在不违背本实用新型精神的情况下，本实用新型可以作任何形式的修改。