CN112502634A - 一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及石油钻井施工技术领域，具体涉及一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备，基于在黄土层的钻井施工中采用的一种无需流体介质循环施工的钻井方法，现有的钻井方法无法满足黄土的层的钻井，即使钻井成功，但是在实际使用中通过现有钻井方法的井均出现了漏失的情况，钻井液泄漏直接流入河流、农田，造成了不同程度的环境污染，因此现有传统钻井工艺方法难以彻底解决黄土层漏失，本发明的干钻掘进方法，通过干钻掘进设备进行干钻掘进，形成所需深度的井孔，然后将导管下放置井孔内，然后采用环保固井，在钻进过程中无需泥浆循环，固井过程不需要水，从根本上解决了漏失问题，避免了环境污染事故。
Description
技术领域
本发明涉及石油钻井施工技术领域，具体涉及一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备。
背景技术
在黄土层钻井施工中，黄土表层结构疏松并存在天然裂缝，易发生井漏，堵漏影响钻井时效，井漏严重时造成井架基础下陷、钻井液通过表层裂缝通道泄漏出井场外，造成环境污染。
而现有的钻井施工分为充气钻、空气钻、胀眼器、导管底塞等进行钻井，其中
充气钻：需要空气压缩机和储气罐，充气管线通过自制的单流阀及转换接头连接气源，需在钻井液里配置微泡处理剂，钻井液容易倒流进入空压机，充气钻进可以降低约25％液柱压力，有利于黄土层防漏，设备多配套时间长，规模化应用难度大，对于黄土层裂缝型和溶洞型漏失无效，从而使用该方法存在设备多工序复杂的缺点不适用于黄土层钻井；
空气钻：工作原理为压缩空气经双通道水龙头直接进入钻具管体，高压空气驱动冲击器内的活塞作高频往复运动，并将该运动所产生的动能源源不断的传递到钻头上，使钻头获得一定的冲击力，将黄土冲碎后，高速气流将黄土气举吹出地面。使用该方法需要钻机和大排量空气压缩机、增压机、潜孔锤，钻遇胶泥或者湿土时容易出现卡钻事故，同时设备多配套时间长成本高，规模化应用难度大，该方法钻进如遇胶泥层时，岩屑难带出地面，容易出现井下事故；
胀眼器：工作原理为通过加强井壁黄土层致密程度来降低清水在黄土里的渗透速度，该方法经过三次迭代由中空直棱胀眼器，到花瓣式胀眼器，再到中空无棱式胀眼器，缺点是无法对付胶泥层，黄土层大型裂缝和溶洞无效；
导管底塞：工作原理为导管下入井底，释放悬重，铜销钉被剪断，导管短节与滑套之间相对滑动，胶筒轴向受压直径方向胀大，形成环形密封圈封隔上下环空，使用该方法导管底塞滑套即最大外径380mm与后续311井眼单边只有35mm距离，由于黄土层自身压实力差加之钻井液冲蚀，基本都会导致导管不同程度下陷，胶囊封隔井壁10-15厘米，封隔时间短，易被钻井液浸泡冲刷复发漏失，同时滑套的外径和形状也无法满足黄土层防泄漏实际需求。
基于上述存在的问题本发明提出一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种基于黄土层的干钻掘进方法及设备，尤其是具有施工过程紧凑，安全环保，可在钻前井场施工，节省井队单井钻井周期，钻进过程中无需钻井液循环施工的特点。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
一种基于黄土层的干钻掘进方法，包括以下步骤
步骤一：干钻掘进
通过干钻掘进设备进行干钻掘进，形成所需深度的井孔；
步骤二：下导管
将导管下放置井孔内；
步骤三：内外环空封隔
将导管外壁与井孔内壁之间的缝隙进行封固填充。
所述的步骤一中干钻掘进具体施工方法包括
先将干钻掘进设备中的掘取装置安装在待钻井的井孔正上方；
调整掘取装置的中心位置与待钻井的井孔中心位置相对应；
启动干钻掘进设备中的驱动装置，通过驱动装置驱动掘取装置进行干钻掘进。
所述的干钻掘进是掘取装置被驱动装置启动后靠自重向下做自由落体运动，通过向下做自由落体运动冲向地面扎进土层后抓取黄土。
所述的抓取黄土后通过驱动装置驱动掘取装置向上移动，移出井孔后，此时掘取装置位于井孔正上方的半空中，然后将黄土收集装置移动到抓取有黄土的掘取装置的正下方，再通过驱动装置驱动掘取装置进行在半空中上、下抖动使黄土自然脱落，脱落的黄土进入黄土收集装置，最后再通过黄土收集装置将抓取出来的黄土转移到指定的地点，重复该施工步骤直到形成所需深度的井孔后，结束干钻掘进施工。
所述的步骤二中导管下放置井孔内采用垂吊装置将导管垂吊入通过干钻掘进出的井孔内。
所述的采用垂吊装置将导管垂吊入通过干钻掘进出的井孔内之前在井孔口还设置有导管限位支架，导管限位支架内径孔大于井孔直径。
所述的步骤三是先将靠近井底的导管外壁与井孔内壁之间的缝隙进行封隔固井，然后再将靠近井孔口处的导管外壁与井孔内壁之间的缝隙采用黄土填充。
所述垂吊导管时导管底部与井底之间优选留有300mm～500mm空隙。
一种基于黄土层的干钻掘进设备，包括掘取装置、驱动装置和支撑机构，所述支撑机构位于待钻井位置的正上方，所述掘取装置与驱动装置之间通过钢丝绳连接，所述支撑机构的顶部设置有滑轮，钢丝绳一端穿过滑轮与掘取装置连接，钢丝绳另一端与驱动装置连接。
所述的驱动装置包括卷扬机组和驱动小车，卷扬机组安装在驱动小车上，所述支撑机构为用于支撑掘取装置的支撑架，所述的掘取装置为用于抓取黄土的掘取干钻钻头。
本发明的有益效果是：
与现有技术相比，本发明是基于在黄土层的钻井施工中采用的一种无需流体介质循环施工的钻井方法，因为黄土层为一种特殊的地层结构，其中地层结构为黄土表层结构疏松并存在天然裂缝，同时还会存在胶泥层，大型裂缝和溶洞等地层结构，所以现有的钻井方法无法满足黄土的层的钻井，即使钻井成功，但是在实际使用中通过现有钻井方法的井均出现了漏失的情况，钻井液泄漏直接流入河流、农田，造成了不同程度的环境污染，因此现有传统钻井工艺方法难以彻底解决黄土层漏失，本发明的干钻掘进方法，同时采用环保固井，在钻进过程中无需泥浆循环，固井过程不需要水，从根本上解决了漏失问题，避免了环境污染事故。
抓取黄土后通过驱动装置驱动掘取装置向上移动，移出井孔后，此时掘取装置位于井孔正上方的半空中，然后将黄土收集装置移动到抓取有黄土的掘取装置的正下方，再通过驱动装置驱动掘取装置进行在半空中上、下抖动使黄土自然脱落，脱落的黄土进入黄土收集装置，最后再通过黄土收集装置将抓取出来的黄土转移到指定的地点，重复该施工步骤直到形成所需深度的井孔后，结束干钻掘进施工。
通过本发明的方法进行井孔的掘进不会发生塌陷的情况，同时当井孔施工结束后开始下放导管，导管下放结束后，将导管的外径与井孔内径之间的环空分析进行封固填充，通过该方法施工的井在实际使用中无漏失现象，解决了漏失问题，避免环境污染事故。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的基于黄土层的干钻掘进方法步骤示意图。
图2为本发明的掘取装置整体结构示意图。
图3为本发明的掘取装置中加重组件结构示意图。
图4为本发明的掘取装置中扶正推靠机构结构示意图。
图5为本发明的掘取装置中连接第三连接件位置的内部结构示意图。
图6为本发明的实施例4中封固装置的结构示意图。
图7为本发明的实施例4中液体混合头结构示意图。
图中：1-第一连接件、2-第二连接件、3-第三连接件、4-加重组件、5-掘取刀头、6-挡板、7-限位连接板、8-第一连接圈、9-第二连接圈、10-弓形弹片、11-缓冲弹簧、12-连接座、13-连接块、14-限位弹簧、15-封固装置、21-液体混合头；22-活塞泵；23-空压气泵；24-液体管线；25-气体管线。
具体实施方式
首先需要说明的是，在本发明各个实施例中，所涉及的术语为：
干钻掘进，在整个黄土层的钻井施工中采用无流体介质循环施工。
干钻掘进设备用于在整个黄土层施工时掘取井孔时的施工设备。
掘取装置用于掘取井孔时抓取井孔内的黄土，使其形成井孔。
驱动装置用于驱动掘取装置进行掘取井孔。
黄土收集装置用于收集同时转移掘取井孔时抓取井孔内的黄土。
垂吊装置用于垂吊导管下放入井孔内。
导管限位支架用于在导管下放置井孔时位置的限定，保证导管外径与井孔内径之间的周向环空距离一致。
下面，将通过几个具体的实施例对本发明实施例提供的一种基于黄土层的干钻掘进施工方案进行详细介绍说明。
实施例1:
参照图1，是本发明基于黄土层的干钻掘进步骤示意图，一种基于黄土层的干钻掘进方法，包括以下步骤
步骤一：干钻掘进
通过干钻掘进设备进行干钻掘进，形成所需深度的井孔；
步骤二：下导管
将导管下放置井孔内；
步骤三：内外环空封隔
将导管外壁与井孔内壁之间的缝隙进行封固填充。
上述实施中是基于在黄土层的钻井施工中采用的一种无需流体介质循环施工的钻井方法，因为黄土层为一种特殊的地层结构，其中地层结构为黄土表层结构疏松并存在天然裂缝，同时还会存在胶泥层，大型裂缝和溶洞等地层结构，所以现有的钻井方法无法满足黄土的层的钻井，即使钻井成功，但是在实际使用中通过现有钻井方法的井均出现了漏失的情况，钻井液泄漏直接流入河流、农田，造成了不同程度的环境污染，因此现有传统钻井工艺方法难以彻底解决黄土层漏失，本发明的干钻掘进方法，同时采用环保固井，在钻进过程中无需泥浆循环，固井过程不需要水，从根本上解决了漏失问题，避免了环境污染事故。
进一步的在步骤一中当所需井孔达到设计标高时应立即进行终孔综合检查，检查内容包括孔深、孔径和倾斜率，然后开始进行清孔，把孔内带有大量泥渣的泥浆混合物清除出来，减少孔底沉淀层的厚度，消除井孔的倾斜，清孔至井孔复合所需要求的井孔。
实施例2:
进一步的所述的步骤一中干钻掘进具体施工方法包括
先将干钻掘进设备中的掘取装置安装在待钻井的井孔正上方；
调整掘取装置的中心位置与待钻井的井孔中心位置相对应；
启动干钻掘进设备中的驱动装置，通过驱动装置驱动掘取装置进行干钻掘进。
进一步的所述的干钻掘进是掘取装置被驱动装置启动后靠自重向下做自由落体运动，通过向下做自由落体运动冲向地面扎进土层后抓取黄土。
进一步的所述的抓取黄土后通过驱动装置驱动掘取装置向上移动，移出井孔后，此时掘取装置位于井孔正上方的半空中，然后将黄土收集装置移动到抓取有黄土的掘取装置的正下方，再通过驱动装置驱动掘取装置进行在半空中上、下抖动使黄土自然脱落，脱落的黄土进入黄土收集装置，最后再通过黄土收集装置将抓取出来的黄土转移到指定的地点，重复该施工步骤直到形成所需深度的井孔后，结束干钻掘进施工。
通过本实施例进行井孔的掘进不会发生塌陷的情况，同时当井孔施工结束后开始下放导管，导管下放结束后，将导管的外径与井孔内径之间的环空分析进行封固填充，通过该方法施工的井在实际使用中无漏失现象，解决了漏失问题，避免环境污染事故，清孔时通过掘取装置多次进行井孔内大量泥渣的泥浆混合物清除出来，使其井孔满足所需孔深、孔径和倾斜率，。
实施例3:
进一步的所述的步骤二中导管下放置井孔内采用垂吊装置将导管垂吊入通过干钻掘进出的井孔内。
进一步的所述的采用垂吊装置将导管垂吊入通过干钻掘进出的井孔内之前在井孔口还设置有导管限位支架，导管限位支架内径孔大于井孔直径。
所述垂吊导管时导管底部与井底之间优选留有300mm～500mm空隙。
所述导管采用PE400波纹排水管。
本实施例在进行下放到管时需要采用垂吊装置将导管垂吊入通过干钻掘进出的井孔内，同时在垂吊时还通过夹管夹和紧绳器进行固定导管，垂吊装置上设置有吊绳，垂吊装置上的吊绳上连接夹管夹和紧绳器，具体通过吊绳上连接的夹管夹夹紧导管，并再通过绳上连接的紧绳器将导管逐步垂直向井下垂吊。
本实施例中的垂吊装置可以采用钻机塔架、扒杆或起重机等，只要能实现本发明中的导管垂吊施工均属于本发明的保护范围。
本实施例中的井孔口设置的导管限位支架用于限制导管的下放位置，同时保证导管外径与井孔内径之间的周向环空距离一致，从而在进行封固时使其导管环空封固的效果更好，避免发生漏失，其中所述的导管限位支架可以为井字形支架，采用钢管焊接制作，井字形支架中心形成的矩形方孔尺寸大于井口直径，井字形支架水平设置于井口正上方，井字形支架中心形成的矩形方孔正对井口，保证导管可以下放置井孔的正中间位置，其中导管下放后，通过内外环空封隔使导管外侧与井壁之间形成一道环形的密针抗压层。在垂吊完成后，导管底部与井底之间优选留有300mm～500mm空隙，最优为400mm间隙，为后续内外环空封隔过程中，防止环空封隔介质倒灌于导管中，其中还在下导管前采用塑料薄膜封闭导管底部管口，进一步放置环空封隔介质倒灌于导管中。
本实施例中的导管为无缝隙钢管，导管可以采用短导管多次垂吊入井孔内，导管与导管之间采用法兰连接，然后在井口处焊接法兰与导管之间的分析避免漏失，国标的导管为12米导管，本实施例中将导管裁截成3米的导管进行多次垂吊入井孔内，采用短导管和法兰连接设计方案，降低了导管限位支架高度，有效解决普通导管安全快速连接问题，本实施中法兰盘可以卡在导管限位支架一侧上，等待两节短导管焊接结束就可以将焊接的两节或者多节吊入井孔内，法兰直径小于导管限位支架内径孔，同时法兰盘一侧可以放置在相邻的两个导管限位支架杆上。
实施例4:
进一步的所述的步骤三是先将靠近井底的导管外壁与井孔内壁之间的缝隙进行封隔固井，然后再将靠近井孔口处的导管外壁与井孔内壁之间的缝隙采用黄土填充。
进一步的所述封隔固井采用环保浇固材料固井、化学固井或其它方法。
本实施例中封隔固井采用环保浇固材料固井、化学固井或其它方法固井，只要现有技术中能实现本发明中的固井均属于本发明的保护范围。
本实施中优选环保浇固材料固井，采用环保浇固材料固井时还设置有封固装置15，通过封固装置15将环保浇固材料注入导管外径与井孔内径之间的环空缝隙中。
所述环保浇固材料采用“A剂+B剂”的模式，且A,B剂不含游离的TDI，TDI为甲苯二异氰酸酯，本发明选择发泡率在10倍左右来适配黄土层干钻外环空，每口井需A、B剂各一桶150L，一共300L即可封固井孔外环空10～15米深度的要求。可不间断连续施工，控制浇固排量，在30分钟内连续浇固完300L的A、B剂，再候凝30分钟即可回填上部剩余外环空结束固井施工。
参照图6和图7，所述的封固装置包括液体混合头21、两组活塞泵22和一组空压气泵23，两组活塞泵22的入口分别通过管线与两种发泡原料连接，空压气泵23的出口和两组活塞泵22的出口通过管线延伸至液体混合头21内。
本实施中两组活塞泵22的入口分别输入A,B剂的两种发泡原料，空压气泵23的出口和两组活塞泵22的出口并列通入液体混合头21内，液体混合头21在两组活塞泵22和一组空压气泵23按照预设流量比例输出过程中生成并输出发泡剂，液体混合头21吊设于导管与井壁之间的空隙间，并在输出发泡剂过程中由下向上按照预设速度吊起，两组发泡原料液体在调速活塞泵22的不同流量速度作用下，按照比例分别通过液体管线24流出，空压气泵23经气体管线25吹出气体将两种发泡原料吹开打散，使得两种发泡原料充分接触反应，加快发泡速度。由于发泡剂的特性，采用从井底向上逐步提升的方式进行施工，即将液体管线24和气体管线25通过液体混合头21下入井底，通过计算发泡时间，由底部向上逐步提升液体混合头21，直至达到井口，封固完成，其中实际使用时液体混合头21注入排量大于40L/min，液体经过混合头注入外环空时流动性好，能自由流动铺平外环空再进行膨胀固化，或只封固井孔外环空0.1米以上深度，然后剩余外环空采用黄土或其他材料回填压实，以此节省封固成本，同时达到了封固要求。
本发明中环保浇固材料为发泡剂，发泡剂采用聚氨酯发泡填充剂，聚氨酯发泡填充剂由A剂和B剂组成，聚氨酯发泡填充剂中的A剂,B剂的两种发泡原料均采用环保无毒的材料，所述的A剂为聚醚多元醇，B剂为异氰酸酯，聚醚多元醇和异氰酸酯的输送流量比例约为1:1，不限于1:1比例，1:1的比例为优选比例，所述的A剂,B剂形成的环保浇固材料，只需少量浇固材料就能封固导管内外环空，且原材料、反应过程和产物均无毒，运输和施工过程中有毒有害和安全风险降为零。
实施例5:
进一步的一种基于黄土层的干钻掘进设备，其特征是：包括掘取装置、驱动装置和支撑机构，所述支撑机构位于待钻井位置的正上方，所述掘取装置与驱动装置之间通过钢丝绳连接，所述支撑机构的顶部设置有滑轮，钢丝绳一端穿过滑轮与掘取装置连接，钢丝绳另一端与驱动装置连接。
进一步的所述的驱动装置包括卷扬机组和驱动小车，卷扬机组安装在驱动小车上，所述支撑机构为用于支撑掘取装置的支撑架，所述的掘取装置为用于抓取黄土的掘取干钻钻头。
本实施例中所述的干钻钻头包括连接机构、扶正推靠限位架、加重组件4、扶正推靠机构和掘取刀头5。
连接机构，分为上部用于连接驱动装置的第一连接件1，中部为连接扶正推靠限位架、扶正推靠机构和加重组件4的第二连接件2，底部为连接掘取刀头5的第三连接件3，即第一连接件1固定连接在第二连接件2的顶部，第三连接件3连接在第二连接件2的底部，从而组成了整个掘取装置的连接机构。
扶正推靠限位架，用于连接扶正推靠机构，同时扶正推靠限位架与加重组件4固定连接形成一个整体连接在第二连接件2上，扶正推靠限位架为一个框架结构，扶正推靠机构连接在框架结构内。
加重组件4，用于给整个掘取装置增加压力。
扶正推靠机构，用于在整个掘取装置进行干钻井孔时，在进入或者出井孔时扶正推靠井壁上的黄土，实现掘取装置对黄土层的取土，从而保证井孔不偏斜。
掘取刀头5，用于整个掘取装置进入黄土层后进行破开土层，同时出来时抓取泥土，实现在黄土高原进行干钻法掘进石油钻井的打孔。
实施例6:
参照图2，是本发明用于黄土层的干钻掘进的掘取装置的整体结构示意图，一种用于黄土层的干钻掘进的掘取装置，包括
连接机构；
扶正推靠限位架，扶正推靠限位架位于连接机构的上部；
加重组件4，加重组件4的顶部与扶正推靠限位架固定连接，加重组件4位于连接机构的中部；
扶正推靠机构，扶正推靠机构连接在扶正推靠限位架内；
掘取刀头5，掘取刀头5位于连接机构的下部，且与连接机构的底部连接。
上述实施中在进行黄土层钻井时，先通过钢丝绳一端连接连接机构的顶部，然后钢丝绳另一端连接驱动装置，所述的驱动装置包括卷扬机组和驱动小车，卷扬机组安装在驱动小车上，驱动小车便于调节驱动装置的位置，所述支撑机构为用于支撑掘取装置的支撑架，所述的掘取装置为用于抓取黄土的掘取干钻钻头。支撑架位于待钻井位置的正上方，支撑架的顶部设置有滑轮，钢丝绳一端穿过滑轮与掘取装置的连接机构顶部连接，钢丝绳另一端与驱动装置连接，驱动整个掘取装置做自由落体运动，在加重组件4的作用下整个掘取装置向下做自由落体运动冲向地面，此时掘取刀头5扎进土层后抓取黄土，抓取黄土后通过驱动装置驱动整个掘取装置向上移动，在整个掘取装置进入或者出井孔时扶正推靠机构将扶正推靠井壁上的黄土，实现掘取装置对黄土层的取土，从而保证井孔不偏斜，当掘取装置完全移出井孔后，此时掘取装置位于井孔正上方的半空中，然后将黄土收集装置移动到抓取有黄土的掘取装置的正下方，再通过驱动装置驱动掘取装置进行在半空中上、下抖动使黄土自然脱落，脱落的黄土进入黄土收集装置，最后再通过黄土收集装置将抓取出来的黄土转移到指定的地点，重复该施工步骤直到形成所需深度的井孔后，结束干钻掘进施工，所述的黄土收集装置可为手推收集车也可以是电驱动或油驱动的收集车，通过该结构的用于黄土层的干钻掘进的掘取装置防止在进行钻井施工中井眼偏斜，满足了在黄土层施工及胶泥层，大型裂缝和溶洞等地层结构中的钻井施工需求，为后期的下导管及导管的内外环空封隔打下了基础。
实施例7:
参照图2，进一步的所述的连接机构包括第一连接件1、第二连接件2和第三连接件3，第一连接件1为连接吊环用于与驱动装置连接，驱动掘取装置进行干钻掘进井孔，第二连接件2为一个连接中心杆，连接吊环固定连接在连接中心杆的顶部，所述吊环底部为挡板结构，挡板结构与连接中心杆的顶部固定连接，吊环上部为环状结构，所述第三连接件3固定连接在连接中心杆的底部，扶正推靠限位架和加重组件4均套接在连接中心杆上。
进一步的所述的连接中心杆的上部还套接有限位弹簧14，限位弹簧14的上端与挡板结构的底部固定连接，限位弹簧14的另一端在不产生形变的状态下延伸至扶正推靠限位架内，限位弹簧14的另一端还连接有限位阻挡环，限位阻挡环也套接在连接中心杆上。
上述实施例中吊环底部的挡板结构可以是圆形结构，也是可以矩形结构，吊环上部的环状结构可以是与挡板结构一体形成的钢板环，也可以是圆形的钢环与挡板结构固定连接形成吊环，在进行干钻掘进井孔施工时通过钢丝绳与吊环连接，然后钢丝绳另一端与驱动装置连接，进行驱动整个掘取装置进行干钻掘进井孔，限位弹簧14用于在进行整个掘取装置做自由落体运动至地面进行抓取黄土时，产生的反冲力对扶正推靠限位架、扶正推靠机构和加重组件4在连接中心杆上进行限位缓冲，避免脱离连接中心杆，其中吊环底部的挡板结构也是对扶正推靠限位架、扶正推靠机构和加重组件4受反冲力后的限位缓冲，限位弹簧14的另一端连接的限位阻挡环用于加重组件4受反冲力后的限位缓冲，从而通过该结构保证整个掘取装置做自由落体运动至地面受反冲力后不会偏斜，进一步的保证所通过干法掘进的的井孔不会偏斜。
实施例8:
参照图5，连接第三连接件位置的内部结构示意图。
进一步的所述的第三连接件3包括连接座12和连接块13，连接座12一侧壁与连接中心杆的底部固定连接，连接座12另一侧壁上开有凹槽，凹槽两端均连接有连接块13，连接座12的两端分别通过销钉与连接块13一端铰接，连接块13另一端与掘取刀头5固定连接。
进一步的所述的掘取刀头5为两个半圆瓦片状的刀片，两个半圆瓦片状刀片的厚度为80mm-150mm，两个半圆瓦片状刀片的上部内侧壁分别与第三连接件3的两端连接，两个半圆瓦片状刀片与第三连接件3的两端连接后形成圆柱状的外径为300mm-800mm，所述两个半圆瓦片状刀片的下部端面沿周向还设置有刀刃结构。
上述实施例中两个半圆瓦片状的刀片均焊接在连接座12的两端的连接块13另一端，整个第三连接件3沿垂直方向上下活动距离为0mm-100mm,左右连接块13活动距离0mm-50mm，当整个第三连接件3沿垂直方向上下活动距离为50mm,左右连接块13活动距离25mm，施工效果佳，进一步的连接块13与连接座12可固定连接，也可铰接，铰接时当两个半圆瓦片状的刀片向下运动时，两个半圆瓦片状的刀片会张开，当上提出井孔时有向内合的力包裹抓取黄土，当驱动装置抖动整个掘取装置时，两个半圆瓦片状的刀片随着抖动张开将抓取的黄土落入黄土收集装置内进行收集转移。
所述两个半圆瓦片状刀片的厚度为120mm，两个半圆瓦片状刀片与第三连接件3的两端连接后形成圆柱状的外径为600mm，该尺寸的掘取刀头5适用于常规的黄土层使用钻井井孔大小使用，也可以更具不同井孔大小的要求制作不同大小的掘取装置，满足实际黄土层钻井的施工需求，两个半圆瓦片状刀片的下部端面沿周向还设置有刀刃结构，便于在进行自由落体运动时刀片进入地面时方便进入切断土层，加快施工，所述两个半圆瓦片状刀片形成圆柱的两侧缝隙处的两个刀片的侧壁上均裁剪掉一个斜角，两个斜角形成“v”字型，两个半圆瓦片状刀片形成圆柱缝隙处的上端和下端均设置有“v”字型开口，保证抓取的土可以轻松的抖动掉落。
实施例9:
参照图3和图4，图3是加重组件结构示意图，图4是扶正推靠机构结构示意图。
进一步的所述的加重组件4为圆柱体结构，由刚体材料制成，加重组件4的外径与掘取刀头5的外径一致，加重组件4的中部开有第一通孔，加重组件4通过第一通孔套接在连接机构上可上下移动，所述扶正推靠限位架包括挡板6和限位连接板7，挡板6为圆盘结构，圆盘结构的外径与加重组件4的外径一致，圆盘结构的中部开有第二通孔，圆盘结构通过第二通孔套接在第二连接件2上，限位连接板7的一端与挡板6的底部固定连接，限位连接板7另一端与加重组件4的顶部固定连接，限位连接板7设置有多个，多个限位连接板7沿周向均匀连接在挡板6的底部面与加重组件4的顶部面之间，扶正推靠机构连接在限位连接板7上。
进一步的所述的扶正推靠机构包括第一连接圈8、第二连接圈9和弓形弹片10，弓形弹片10设置有多个，多个弓形弹片10沿周向均匀固定连接第一连接圈8和第二连接圈9之间，所述第一连接圈8和第二连接圈9沿周向的外沿上均上下对应的开有多个凹槽口，第一连接圈8和第二连接圈9均通过多个凹槽口与限位连接板7连接，且第二连接圈9还通过螺钉穿过多个凹槽口与加重组件4的顶部面固定连接。
进一步的所述的多个弓形弹片10形成的圆形最大的外径大于掘取刀头5的外径10mm～40mm，所述弓形弹片10设置有6～12片，所述第一连接圈8和第二连接圈9的距离小于限位连接板7的高度。
上述实施例中通过由刚体材料制成的加重组件4，进行给整个掘取装置增压，使其掘取刀头5可以有力的砸入土层进行抓取黄土，加重组件4的外径与掘取刀头5的外径一致，圆盘结构的外径与加重组件4的外径一致，保证整个装置打的井孔大小一致，多个限位连接板7保证整个扶正推靠限位架的坚固性，第一连接圈8、第二连接圈9用于与限位连接板7连接，多个弓形弹片10形成的圆形最大的外径大于掘取刀头5的外径25mm，弓形弹片10用于在进行干钻掘进井孔时扶正推靠井壁上的黄土，实现掘取装置对黄土层的取土，从而保证井孔不偏斜，第一连接圈8和第二连接圈9沿周向的外沿上均上下对应的开有多个凹槽口的宽度略大于限位连接板7的厚度，满足凹槽口与限位连接板7卡接，弓形弹片10设置有8片，即可满足常规干钻掘进井孔时的需求，第一连接圈8和第二连接圈9的距离小于限位连接板7的高度，留出的空间用于扶正推靠机构的缓冲。
实施例10:
进一步的所述的加重组件4与掘取刀头5之间还连接有缓冲弹簧11。
进一步的所述的加重组件4的重量为500kg-800kg。
上述实施例中加重组件4的重量为650kg，即可满足常规干钻掘进井孔时的需求，加重组件4与掘取刀头5之间的缓冲弹簧11用于缓冲掘取刀头5进入土层时的反向缓冲力，同时也是限制加重组件4、扶正推靠限位架和扶正推靠机构的上下活动位置，进而保证整个装置的实用性。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细的说明，但本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，其都在该技术的保护范围内。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：包括以下步骤
步骤一：干钻掘进
通过干钻掘进设备进行干钻掘进，形成所需深度的井孔；
步骤二：下导管
将导管下放置井孔内；
步骤三：内外环空封隔
将导管外壁与井孔内壁之间的缝隙进行封固填充。
2.根据权利要求1所述的一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：所述的步骤一中干钻掘进具体施工方法包括
先将干钻掘进设备中的掘取装置安装在待钻井的井孔正上方；
调整掘取装置的中心位置与待钻井的井孔中心位置相对应；
启动干钻掘进设备中的驱动装置，通过驱动装置驱动掘取装置进行干钻掘进。
3.根据权利要求2所述的一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：所述的干钻掘进是掘取装置被驱动装置启动后靠自重向下做自由落体运动，通过向下做自由落体运动冲向地面扎进土层后抓取黄土。
4.根据权利要求3所述的一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：所述的抓取黄土后通过驱动装置驱动掘取装置向上移动，移出井孔后，此时掘取装置位于井孔正上方的半空中，然后将黄土收集装置移动到抓取有黄土的掘取装置的正下方，再通过驱动装置驱动掘取装置进行在半空中上、下抖动使黄土自然脱落，脱落的黄土进入黄土收集装置，最后再通过黄土收集装置将抓取出来的黄土转移到指定的地点，重复该施工步骤直到形成所需深度的井孔后，结束干钻掘进施工。
5.根据权利要求1所述的一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：所述的步骤二中导管下放置井孔内采用垂吊装置将导管垂吊入通过干钻掘进出的井孔内。
6.根据权利要求5所述的一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：所述的采用垂吊装置将导管垂吊入通过干钻掘进出的井孔内之前在井孔口还设置有导管限位支架，导管限位支架内径孔大于井孔直径。
7.根据权利要求1所述的一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：所述的步骤三是先将靠近井底的导管外壁与井孔内壁之间的缝隙进行封隔固井，然后再将靠近井孔口处的导管外壁与井孔内壁之间的缝隙采用黄土填充。
8.根据权利要求5所述的一种基于黄土层的干钻掘进方法，其特征是：所述垂吊导管时导管底部与井底之间留有300mm～500mm空隙。
9.一种基于黄土层的干钻掘进设备，其特征是：包括掘取装置、驱动装置和支撑机构，所述支撑机构位于待钻井位置的正上方，所述掘取装置与驱动装置之间通过钢丝绳连接，所述支撑机构的顶部设置有滑轮，钢丝绳一端穿过滑轮与掘取装置连接，钢丝绳另一端与驱动装置连接。
10.根据权利要求9所述的一种基于黄土层的干钻掘进设备，其特征是：所述的驱动装置包括卷扬机组和驱动小车，卷扬机组安装在驱动小车上，所述支撑机构为用于支撑掘取装置的支撑架，所述的掘取装置为用于抓取黄土的掘取干钻钻头。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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