CN114086902A - 一种跟管取芯钻具及钻探施工工艺 - Google Patents

一种跟管取芯钻具及钻探施工工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种工程设备,具体公开了一种跟管取芯钻具及钻探施工工艺。其中的跟管取芯钻具至少包括取芯跟管、钻孔组件、随动组件和取芯内管,所述的取芯跟管包括取芯钻头和套管;所述的取芯跟管内沿轴向设有取芯通道;所述的钻孔组件包括钻杆和深孔钻头,所述深孔钻头的刃径可调;所述的随动组件包括设置在取芯通道内的内随动件、及设置在钻孔组件上的外随动件;钻孔工作状态下,内随动件和外随动件配合,推动取芯跟管伴随钻孔组件轴向前进;所述取芯内管的外径小于套管内径。以上所述的跟管取芯钻具可以降低取芯跟管的拆装频率,进而提高施工效率。

Description

一种跟管取芯钻具及钻探施工工艺
技术领域
本发明涉及一种工程设备,具体涉及一种跟管取芯钻具及钻探施工工艺。
背景技术
在隧道掘进、地下矿开采、地质勘探等工程施工过程中,都要通过钻探方式了解地下地层结构、岩石特性等信息,为后续施工提供保障。为了更好的获知地质信息,通常采用钻孔取芯方式获取特定深度的地质样本。
常用岩芯钻取技术包括全程取芯和分段取芯,但由于全程取芯的效率较低,在钻探深度较大时,通常会采用分段取芯方式。分段取芯方式通常为钻进和取芯交替进行模式,也即先采用钻头钻取预定深度的勘探孔,然后取出钻头,更换取芯钻头从勘探孔伸入取芯,之后继续重复钻进和取芯操作。
众所周知,在进行较大深度的钻探过程中,采用的是分段钻杆逐节增加的方式,其中钻杆的连接和拆卸会耗费较多的时间。因此在分段取芯过程中,钻杆及取芯套管的频繁连接与拆卸在很大程度上影响了施工效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种跟管取芯钻具及钻探施工工艺,降低取芯跟管的拆装频率,进而提高施工效率。
为了解决上述技术问题,本发明提供的技术方案如下:一种跟管取芯钻具,至少包括:
取芯跟管,包括取芯钻头和套管;所述的取芯跟管内沿轴向设有取芯通道;
钻孔组件,包括钻杆和深孔钻头,所述深孔钻头的刃径可调;最大刃径状态下,所述深孔钻头的刃径大于取芯跟管的外径;最小刃径状态下,所述深孔钻头的刃径小于取芯通道直径;
随动组件,包括设置在取芯通道内的内随动件、及设置在钻孔组件上的外随动件;钻孔工作状态下,内随动件和外随动件配合,推动取芯跟管伴随钻孔组件轴向前进;
取芯内管,所述取芯内管的外径小于套管内径。
在钻孔过程中,深孔钻头的刃径大于取芯跟管的外径,因此深孔钻头钻取的孔径大于取芯跟管的外径,在内随动件和外随动件的配合下,取芯跟管伴随钻孔组件轴向前进。在钻进至预定深度后,深孔钻头的刃径缩小,并可从取芯跟管内退出,此时取芯跟管留置在孔内,只需插入取芯内管即可进行取芯操作。
与现有分段取芯方式相比,取芯跟管采用伴随渗透钻头钻进方式,并在深孔钻头退出时留置在孔内,可以节省取芯跟管的频繁拆装步骤,大大提高加工效率。另外取芯跟管的留置也可以对孔起到维持作用,防止深孔钻头取出后孔部分或全部塌陷,为取芯和再次钻进提供保障。
作为优选,所述的深孔钻头为甩块式、滑块式或卡环式。
作为优选,所述的深孔钻头为水锤式。
作为优选,所述的深孔钻头与钻杆分体设置并可拆连接。
作为优选,所述的取芯钻头与套管分体设置并可拆连接。
作为优选,钻孔工作状态下,所述的钻孔组件与取芯通道之间设有排渣空间。
作为优选,所述的取芯内管内设有储存腔,所述储存腔的一端开口;所述的储存腔内设有岩芯卡簧,所述的岩芯卡簧靠近储存腔的开口端设置。
作为优选,所述的内随动件为设置在取芯管道内壁的承接部,所述的外随动件为设置在钻孔组件外侧的抵接部,钻孔工作状态下,所述的抵接部与承接部接触。
作为优选,所述的取芯钻头包括连接段、刃口段和承接段,所述承接段的内径大于刃口段内径;所述刃口段内部与承接段内壁之间设有过渡台阶,所述的过渡台阶作为承接部。
一种钻探施工工艺,采用如上所述的跟管取芯钻具,
至少包括以下步骤:
步骤一 选取取芯跟管和钻孔组件,调整深孔钻头的刃径至小于取芯通道直径;钻孔组件插入取芯跟管内,至深孔钻头从取芯跟管的取芯钻头端伸出;
步骤二 调整深孔钻头的刃径,使深孔钻头刃径大于取芯跟管外径,开始钻孔;此时,在内随动件和外随动件配合,推动取芯跟管伴随钻孔组件轴向前进;
步骤三 钻孔至预定深度后,停止钻孔;调整深孔钻头刃径,使深孔钻头刃径小于取芯通道直径;将钻孔组件从取芯通道内退出,此时,取芯跟管留置在孔内;
步骤四 选取取芯内管,插入取芯通道内,并相对于取芯跟管轴向移动至距取芯钻头刃口预定距离;
步骤五 取芯跟管钻取预定长度的岩芯;取芯内管接取岩芯并从取芯通道内退出,完成单次取芯操作。
与现有分段取芯方式相比,钻孔至预定深度后,取芯跟管留置在孔内,省去了取芯跟管的插入及拆卸步骤,大大提高加工效率。
附图说明
图1为本实施例跟管取芯钻具中取芯跟管的结构示意图;
图2为本实施例跟管取芯钻具中取芯钻头的结构示意图;
图3为本实施例跟管取芯钻具中钻孔组件的结构示意图;
图4为本实施例跟管取芯钻具中取芯内管的结构示意图;
图5为本实施例跟管取芯钻具钻孔状态的结构示意图;
图6为本实施例跟管取芯钻具钻孔组件从取芯跟管退出的示意图;
图7为本实施例跟管取芯钻具中深孔钻头刃径变化的示意图;
图8为本实施例跟管取芯钻具取芯状态的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例
如图1-图8所示,一种跟管取芯钻具,至少包括取芯跟管1、钻孔组件2、随动组件4和取芯内管3,如图1和图2所示,其中的取芯跟管1内沿轴向设有取芯通道13。如图1和图2所示,所述的取芯跟管1包括取芯钻头11和套管12,所述的取芯钻头11与套管12分体设置并可拆连接。
如图1、图4和图8所示,所述取芯内管3的外径小于套管12内径,所述的取芯内管3内设有储存腔32,所述储存腔32的一端开口。所述的储存腔32内设有岩芯卡簧31,所述的岩芯卡簧31靠近储存腔32的开口端设置。取芯钻头11钻取的柱状样本存放在储存腔32内,并随取芯内管3取出。当施工场合为硬质岩层时,柱状岩芯进入储存腔32后,岩芯卡簧31卡紧岩芯。当取芯内管3退出取芯通道13时,岩芯卡簧31拉断岩芯,并将储存腔32内的岩芯带出。
如图3、图5和图6所示,所述的钻孔组件2包括钻杆和深孔钻头21,所述深孔钻头21的刃径可调。最大刃径状态下,所述深孔钻头21的刃径大于取芯跟管1的外径;最小刃径状态下,所述深孔钻头21的刃径小于取芯通道13直径。
钻进过程中,深孔钻头21的刃径调整至大于取芯跟管1的外径,以保证钻取的孔大于取芯跟管1外径,取芯跟管1可以伴随深孔钻头21顺利的在孔内轴向运动。钻取至预定的取芯深度后,调整刃径至小于取芯通道13直径,钻孔组件2可以沿取芯通道13退出。
所述的深孔钻头21与钻杆分体设置并可拆连接。所述的深孔钻头21可以为甩块式、滑块式或卡环式,如图7即为甩开是深孔钻头刃径变化示意图。所述的深孔钻头21可以为水锤式。需要说明的是,深孔钻头21自身的刃径调整形式为现有成熟的结构,并非本申请的特有设计。本申请的核心在于深孔钻头21刃径调整特性与取芯套管12的结构。故对于深孔钻头21的详细结构在此不做赘述。
如图5所示,钻孔工作状态下,所述的钻孔组件2与取芯通道13之间设有排渣空间,用于排出钻孔过程中产生的部分浆液。
如图2、图3和图5所示,所述的随动组件4包括设置在取芯通道13内的内随动件41、及设置在钻孔组件2上的外随动件42。钻孔工作状态下,内随动件41和外随动件42配合,推动取芯跟管1伴随钻孔组件2轴向前进。在内随动件41和外随动件42的配合下,取芯跟管1伴随钻孔组件2轴向前进。
如图2、图3和图5所示,进一步的,所述的内随动件41为设置在取芯管道内壁的承接部,所述的外随动件42为设置在钻孔组件2外侧的抵接部,钻孔工作状态下,所述的抵接部与承接部接触。
如图2、图3和图5所示,更进一步的,所述的取芯钻头11包括连接段113、刃口段111和承接段112,所述承接段112的内径大于刃口段111内径;所述刃口段111内部与承接段112内壁之间设有过渡台阶,所述的过渡台阶作为承接部。
与现有分段取芯方式相比,取芯跟管1采用伴随渗透钻头钻进方式,并在深孔钻头21退出时留置在孔内,可以节省取芯跟管1的频繁拆装步骤,大大提高加工效率。另外取芯跟管1的留置也可以对孔起到维持作用,防止深孔钻头21取出后孔部分或全部塌陷,为取芯和再次钻进提供保障。
一种钻探施工工艺,采用如上所述的跟管取芯钻具,
至少包括以下步骤:
步骤一 选取取芯跟管1和钻孔组件2,调整深孔钻头21的刃径至小于取芯通道13直径;钻孔组件2插入取芯跟管1内,至深孔钻头21从取芯跟管1的取芯钻头11端伸出;
步骤二 调整深孔钻头21的刃径,使深孔钻头21刃径大于取芯跟管1外径,开始钻孔;此时,在内随动件41和外随动件42配合,推动取芯跟管1伴随钻孔组件2轴向前进;
步骤三 钻孔至预定深度后,停止钻孔;调整深孔钻头21刃径,使深孔钻头21刃径小于取芯通道13直径;将钻孔组件2从取芯通道13内退出,此时,取芯跟管1留置在孔内;
步骤四 选取取芯内管3,插入取芯通道13内,并相对于取芯跟管1轴向移动至距取芯钻头11刃口预定距离;
步骤五 取芯跟管1钻取预定长度的岩芯;取芯内管3接取岩芯并从取芯通道13内退出,完成单次取芯操作。
与现有分段取芯方式相比,钻孔至预定深度后,取芯跟管留置在孔内,省去了取芯跟管的插入及拆卸步骤,大大提高加工效率。
总之,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种跟管取芯钻具,其特征在于,至少包括:
取芯跟管,包括取芯钻头和套管;所述的取芯跟管内沿轴向设有取芯通道;
钻孔组件,包括钻杆和深孔钻头,所述深孔钻头的刃径可调;最大刃径状态下,所述深孔钻头的刃径大于取芯跟管的外径;最小刃径状态下,所述深孔钻头的刃径小于取芯通道直径;
随动组件,包括设置在取芯通道内的内随动件、及设置在钻孔组件上的外随动件;钻孔工作状态下,内随动件和外随动件配合,推动取芯跟管伴随钻孔组件轴向前进;
取芯内管,所述取芯内管的外径小于套管内径。
2.根据权利要求1所述的跟管取芯钻具,其特征在于:所述的深孔钻头为甩块式、滑块式或卡环式。
3.根据权利要求1所述的跟管取芯钻具,其特征在于:所述的深孔钻头为水锤式。
4.根据权利要求1所述的跟管取芯钻具,其特征在于:所述的深孔钻头与钻杆分体设置并可拆连接。
5.根据权利要求1所述的跟管取芯钻具,其特征在于:所述的取芯钻头与套管分体设置并可拆连接。
6.根据权利要求1所述的跟管取芯钻具,其特征在于:钻孔工作状态下,所述的钻孔组件与取芯通道之间设有排渣空间。
7.根据权利要求1所述的跟管取芯钻具,其特征在于:所述的取芯内管内设有储存腔,所述储存腔的一端开口;所述的储存腔内设有岩芯卡簧,所述的岩芯卡簧靠近储存腔的开口端设置。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的跟管取芯钻具,其特征在于:所述的内随动件为设置在取芯管道内壁的承接部,所述的外随动件为设置在钻孔组件外侧的抵接部,钻孔工作状态下,所述的抵接部与承接部接触。
9.根据权利要求8所述的跟管取芯钻具,其特征在于:所述的取芯钻头包括连接段、刃口段和承接段,所述承接段的内径大于刃口段内径;所述刃口段内部与承接段内壁之间设有过渡台阶,所述的过渡台阶作为承接部。
10.一种钻探施工工艺,其特征在于,采用如权利要求1-9中任一项所述的跟管取芯钻具,
至少包括以下步骤:
步骤一 选取取芯跟管和钻孔组件,调整深孔钻头的刃径至小于取芯通道直径;钻孔组件插入取芯跟管内,至深孔钻头从取芯跟管的取芯钻头端伸出;
步骤二 调整深孔钻头的刃径,使深孔钻头刃径大于取芯跟管外径,开始钻孔;此时,在内随动件和外随动件配合,推动取芯跟管伴随钻孔组件轴向前进;
步骤三 钻孔至预定深度后,停止钻孔;调整深孔钻头刃径,使深孔钻头刃径小于取芯通道直径;将钻孔组件从取芯通道内退出,此时,取芯跟管留置在孔内;
步骤四 选取取芯内管,插入取芯通道内,并相对于取芯跟管轴向移动至距取芯钻头刃口预定距离;
步骤五 取芯跟管钻取预定长度的岩芯;取芯内管接取岩芯并从取芯通道内退出,完成单次取芯操作。
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