CN104481395A - 一种绳索取心气动潜孔锤钻探工艺 - Google Patents
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Abstract
一种绳索取心气动潜孔锤钻探工艺，属于地质岩心钻探技术，采用该工艺可获取与岩石完整程度相一致的圆柱状岩心，在有较大裂隙存在的岩层中钻孔时不会产生岩粉在孔内的积聚。其技术方案的要点包括：使用常规气动冲击器(非中空式)与常规绳索取心钻具结合而构成的取心钻具，取心钻具由外管总成、内管总成和打捞器组成；外管总成上接常规绳索取心钻杆；打捞器具有干孔放送功能；采用以空气为主、乳状液为辅的气液混合冲洗介质冲孔，钻头以冲击和磨削方式破碎岩石。在干旱缺水或远离水源地矿区的地质勘查中应用该项工艺，可减少等水停机时间而加快钻探施工进度。
Description
技术领域
本发明涉及一种地质岩心钻探工艺，尤其涉及一种绳索取心气动潜孔锤钻探工艺。
背景技术
绳索取心气动潜孔锤钻探工艺是一种以压缩空气为冲洗介质和碎岩动力的岩心钻探工艺。以往采用此工艺时使用由贯通式(或称中空式)气动冲击器、球齿合金钻头(与贯通式气动冲击器直连后和称为贯通式潜孔锤)、双壁钻杆等同常规绳索取心钻具的内管总成结合而成的钻具进行钻进，在完整岩石和较完整岩石中只能采取上碎块状岩心，而不能取上完整柱状岩心；在钻遇地层中较大裂隙后岩粉悬浮于钻杆与孔壁之间，易造成埋钻而后钻进过程中断。
发明内容
本发明提供一种绳索取心气动潜孔锤钻探工艺，以解决上述背景技术中的问题。
解决上述技术问题采用如下技术方案。
工艺过程：在岩石中钻孔取心时，由钻机驱动绳索取心钻杆(为常规单壁型)回转并对其施加一定的压力，而绳索取心钻杆带动取心钻具的外管总成回转，于此同时由空气压缩机产生的压缩空气经高压胶管流动到三通接头，在此处压缩空气与由液体注入泵注入的水基乳状液混合，形成以空气为主、乳状液为辅的气液混合冲洗介质，混合冲洗介质再经另外一段高压胶管流入到气水接头，其后沿钻杆内下行，遇内管总成后被密封装置导入冲击器，驱使冲击器产生冲击作用，通过传功装置和外岩心管等冲击作用被传递到钻头上，冲击作用与钻头回转产生的磨削同时作用在岩石表面上，岩石呈粉沫状而脱离岩体，形成钻孔并逐渐加深，从冲击器排出的混合冲洗介质经内外管之间的环状间隙流动到钻头底部，冷却钻头、排除岩粉，岩粉被携带到地表或岩石裂隙之中。在钻头底唇面不断破碎岩石的同时岩心进入内管里面，当岩心装满内管后停止钻进，并停止供入混合冲洗介质，卸开钻杆，用绞车钢丝绳下入打捞器，提上内管总成，在地面上将岩心取出装箱，随后再开动绞车，用打捞器将内管总成送入外管总成内，到达设定位置后，打捞器与内管总成脱开，打捞器被提到地面后对接上钻杆，进行下一个回次的钻进取心工作。钻具在岩石中钻进时，钻压为10-18kN，转速为150-320r/min，供气量为6-9m3/min，供液量为5-10L/min。
取心钻具：由常规气动冲击器(非中空式)与常规绳索取心钻具结合而成的取心钻具，取心钻具由外管总成、内管总成和打捞器组成；外管总成自上而下由弹卡压头(上接常规单壁绳索取心钻杆)、弹卡室、上扩孔器、密封室、上外管、上接头、花键套、花键轴、下接头、下外管、下扩孔器和金刚石钻头构成；内管总成自上而下由打捞定位装置、压紧缓冲装置、密封装置(包括上进气接头、弹性圆柱销、压涨密封圈和下进气接头)、冲击器、传功装置(包括承击头和承击环)、摘挂接头、单动装置、内管保护装置、调长装置、内管和卡簧座(内置卡簧及卡簧挡圈)构成；取心钻具规格分别为φ122mm、φ96mm和φ76mm；打捞器具有干孔放送功能。
本发明的有益效果是：可以获取与岩石完整程度相一致的圆柱状岩心，平均岩心采取率满足大于70％的要求，在有较大裂隙存在的岩层中钻孔时不会产生岩粉在孔内的积聚。钻孔时用少量水，消除了粉尘对现场施工人员的危害。钻探设备配套成本较低，操作工艺简单。
附图说明
附图为本发明中的取心钻具双管总成结构示意图。
附图中：1-弹卡压头；2-捞矛头；3-回收管；4-弹性圆柱销；5-矛头座；6-弹性圆柱销；7-弹簧座；8-卡圈；9-弹簧；10-弹卡架；11-锥杆；12-弹卡；13-弹卡室；14-弹性圆柱销；15-拉杆；16-上扩孔器；17-倒挂接头；18-弹簧；19-密封室；20-上进气接头；21-弹性圆柱销；22-压涨密封圈；23-下进气接头；24-冲击器；25-上外管；26-上接头；27-承击头；28-承击环；29-花键轴；30-过度接头；31-花键套；32-下接头；33-下外管；34-摘挂接头上节；35护环；36-摘挂接头下节；37-轴承座；38-轴承；39-滑套；40-轴承套；41-轴承；42-弹簧；43-垫片；44-螺母；45-轴；46-弹簧套；47-螺母；48-内管接头；49-钢球；50-扶正环；51-内管；52-下扩孔器；53-卡簧挡圈；54-卡簧；55-卡簧座；56-金刚石钻头
具体实施方式
实施例1
地质勘探钻孔设计深度为500m，设计倾角为60°。钻孔须先穿过50-80m厚的覆盖层，然后进入基岩。地表为黄土，覆盖层由黄土和砂砾石层组成，基岩主要为裂隙发育的白云岩。
在覆盖层内钻进时使用φ89mm直连型绳索取心钻杆，钻具的回转速度80-110r/min。钻进时用压缩空气与水的混合物冲孔，供气量为7-8m3/min，供液量为5-10L/min。
开孔使用φ113mm大八角合金三翼刮刀钻头，进尺4.45m，下入长4.50m的φ108mm孔口管一根。
从4.45m深处开始使用φ96复合片三翼刮刀钻头，钻进至砂砾石层后提钻，换用同规格的单管金刚石取心钻头，下钻继续钻进，在其后的钻进过程中若供气压力高于3MPa时，需提钻将岩心管中的砂砾石取出，再下入同类型钻具，钻进至基岩顶面的完整岩石处，而后将φ89mm套管下入孔内。
在基岩内钻进时使用φ71mm两端镦粗型绳索取心钻杆，钻具的回转速度为150-320r/min，钻压为10-12kN。钻进时用压缩空气与水基乳状液的混合物冲孔，供气量为6-7m3/min，供液量为5-10L/min。
从下完套管后的孔深处开始，使用φ76mm口径绳索取心气动潜孔锤钻具进行取心钻进至终孔。
实施例2
地质勘探钻孔设计深度为500m，设计倾角为80°。钻孔须先穿过50-60m厚的覆盖层，然后进入基岩。地表为粉砂，覆盖层由粉砂和砂砾石层组成，基岩主要为裂隙发育的二长岩，钻孔设计深度内有一层断层破碎带。
在覆盖层内钻进时使用φ89mm直连型绳索取心钻杆，钻具的回转速度为80-110r/min。钻进时泥浆冲孔，泵量为30L/min。
开孔使用φ130mm大八角合金三翼刮刀钻头，进尺3.55m，下入长3.60m的φ127mm孔口管一根。
从3.55m深处开始使用φ116mm大八角合金三翼刮刀钻头，钻进至砂砾石层后提钻，换用同规格的单管金刚石取心钻头，下钻继续钻进至基岩顶面的完整岩石处，而后将φ108mm套管下入孔内。
在基岩内钻进时使用φ89mm直连型绳索取心钻杆或φ71mm两端镦粗型绳索取心钻杆，相应的钻压分别为12-15kN、10-12kN，钻具的回转速度为150-320r/min。钻进时用压缩空气与水基乳状液的混合物冲孔，供气量为6-8m3/min，供液量为5-10L/min。
从下完套管后的孔深处开始，使用φ96mm口径绳索取心气动潜孔锤钻具进行取心钻进，穿过上部断层破碎带后，将φ89mm直连型绳索取心钻杆作为套管下入孔内，换用φ76mm口径绳索取心气动潜孔锤钻具继续进行取心钻进至终孔。
Claims (3)
1.一种绳索取心气动潜孔锤钻探工艺，其特征是：在岩石中钻孔取心时，由钻机驱动绳索取心钻杆(为常规单壁型)回转并对其施加一定的压力，而绳索取心钻杆带动取心钻具的外管总成回转，于此同时由空气压缩机产生的压缩空气经高压胶管流动到三通接头，在此处压缩空气与由液体注入泵注入的水基乳状液混合，形成以空气为主、乳状液为辅的气液混合冲洗介质，混合冲洗介质再经另外一段高压胶管流入到气水接头，其后沿钻杆内下行，遇内管总成后被密封装置导入冲击器，驱使冲击器产生冲击作用，通过传功装置和外岩心管等冲击作用被传递到钻头上，冲击作用与钻头回转产生的磨削同时作用在岩石表面上，岩石呈粉沫状而脱离岩体，形成钻孔并逐渐加深，从冲击器排出的混合冲洗介质经内外管之间的环状间隙流动到钻头底部，冷却钻头、排除岩粉，岩粉被携带到地表或岩石裂隙之中。
2.根据权利要求1所述的一种绳索取心气动潜孔锤钻探工艺，其特征是：钻具在岩石中钻进时，钻压为10-18kN，转速为150-320r/min，供气量为6-9m3/min，供液量为5-10L/min。
3.根据权利要求1所述的一种绳索取心气动潜孔锤钻探工艺，其特征是：使用由常规气动冲击器(非中空式)与常规绳索取心钻具结合而成的取心钻具，取心钻具由外管总成、内管总成和打捞器组成；外管总成自上而下由弹卡压头(上接常规单壁绳索取心钻杆)、弹卡室、上扩孔器、密封室、上外管、上接头、花键套、花键轴、下接头、下外管、下扩孔器和金刚石钻头构成；内管总成自上而下由打捞定位装置、压紧缓冲装置、密封装置(包括上进气接头、弹性圆柱销、压涨密封圈和下进气接头)、冲击器、传功装置(包括承击头和承击环)、摘挂接头、单动装置、内管保护装置、调长装置、内管和卡簧座(内置卡簧及卡簧挡圈)构成；取心钻具规格分别为φ122mm、φ96mm和φ76mm；打捞器具有干孔放送功能。
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