CN114086949A - 一种利用液压引导的地质勘探取样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用液压引导的地质勘探取样方法，当取样钻井设备的钻管突然卡住无法进一步钻进时，将钻管从钻井中退出，与注浆管连接后重新插入钻井中，启动注浆模块，对钻井进行静压注浆，钻管与受阻地层的挤压接触会影响浆液流动性，从而产生界面压力，依据压力变化情况，在原井点继续取样或换位置取样。该方法可以有效避免盲目增加钻进力度从而导致钻头偏心、损坏，甚至造成钻管倾斜卡住，保障地质勘察效率。
Description
技术领域
本发明属于地质勘探技术领域，尤其涉及一种利用液压引导的地质勘探取样方法。
背景技术
地质勘察在矿产资源普查、地质结构分析、污染场地调研方面起着重要的作用。其中，取样钻井设备是地质勘察中最重要的工具，其使用效果好坏直接影响着地质勘察的效率。
在长期的地质勘察取样钻井中，经常遇到钻头突然卡住无法深入取样/钻进的问题，这种情况主要有两种可能：一是钻进深度太深引起的阻力(摩擦力)增加，二是遇到岩石等坚硬物体阻拦钻进道路。对于第一种情况，可通过旋转钻管的方式减轻钻管/钻头与土层的接触面积从而减小阻力(摩擦力)。对于第二种情况，工程上常见操作为增大钻进力度、破坏阻拦物。但增加钻进力度容易导致钻头偏心、损坏，甚至造成钻管倾斜卡住从而无法正常取样。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种利用液压引导的地质勘探取样方法，该方法可以有效避免盲目增加钻进力度从而导致钻头偏心、损坏，甚至造成钻管倾斜卡住，保障地质勘察效率。
为此，本发明实施例提供的利用液压引导的地质勘探取样方法，包括：
利用取样钻井设备进行钻探取样，当取样钻井设备的钻管突然卡住无法进一步钻进时，将钻管从钻井中退出，并拆下；
将钻管的尾端与取样钻井设备上的注浆管连接，重新将钻管插入钻井中，直至与钻井底部的受阻地层抵接，在钻管的管壁中设有轴向延伸的注浆通道，钻管前端的钻进头上设有与所述注浆通道连通的的注浆微孔；
启动注浆模块，对钻井进行静压注浆，浆液依次流经注浆管、注浆通道、注浆微孔抵达受阻地层，因钻管前端与受阻地层上障碍物挤压接触会影响浆液流动性，从而产生界面压力；
随着注浆的不断进行，界面压力会出现以下3种情况：
情况一、压力持续上升不下降
当遇情况一时，则可以判断障碍物为坚硬块状岩石，此时应停止注浆，选择其他位置重新钻进，以免损坏钻管的钻头，直至实现取样；
情况二、压力上升一段时间后又下降
当遇情况二时，则可以判断障碍物为石土混合物，当压力下降并趋于稳定后，停止注浆并退出钻管，将钻管重新与取样钻井设备上的钻管接头连接后，在相同位置继续进行钻进作业实现取样；
情况三、压力不上升
当遇情况三时，则可以判断障碍物为回填物，此时应退出钻管，选择其他位置重新钻进，直至实现取样。
具体的，注浆采用的浆液为清水。
具体的，所述清水中还混入有土壤修复药剂。
具体的，针对情况一，以该钻探井点为中心，在该钻探井点外围环状布设若干个井点另行勘探，若另行勘探后，所有井点均能正常钻取，则可以基本判定出岩石的大小，若有井点中也遇到有压力持续上升不下降的情况，则说明该地区地层中存在大面积岩石，在此条件下，建议采用声波测量排查回填位置后，再进行地质勘探。
具体的，针对情况三，以该钻探井点为中心，在该钻探井点外围环状布设若干个井点另行勘探，若另行勘探后，所有井点均能正常钻取，则可以基本判定出回填物的大小，若有井点中也遇到有压力持续上升不下降的情况，则说明该地区地层中存在大面积回填物，在此条件下，建议采用声波测量排查回填位置后，再进行地质勘探。
具体的，所述取样钻井设备还包括行走模块、注浆模块、动力模块、液压模块和钻取模块；
所述钻取模块包括升降台以及设置于所述升降台上的注浆接头和钻管接头；
所述注浆模块为所述钻管提供浆液压力；
所述液压模块为所述钻管钻进提供压力；
所述动力模块为所述行走模块行走提供动力。
具体的，所述行走模块包括支撑平台以及设置于支撑平台底部的行走履带和液压支撑脚。
与现有技术相比，本发明至少一个实施例具有如下有益效果：该取样方法可以有效避免盲目增加钻进力度从而导致钻头偏心、损坏，甚至造成钻管倾斜卡住，保障地质勘察效率，同时通过注浆改善地层的钻进条件，提高钻进效率。此外，通过在浆液中添加土壤修复药剂，还能够改变/改善/调节地层的物理/化学/生物等性质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的取样钻井设备结构示意图；
图2是本发明实施例涉及的钻管结构示意图；
其中：1、行走模块；2、注浆模块；3、动力模块；4、液压模块；5、钻取模块；11、支撑平台；12、支撑脚；13、行走履带；51、升降台；52、注浆接头；53、钻管接头；541、钻进头；542、钻管；551、注浆通道。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
一种利用液压引导的地质勘探取样方法，包括：
利用取样钻井设备进行钻探取样，当取样钻井设备的钻管突然卡住无法进一步钻进时，将钻管从钻井中退出，并拆下；
将钻管的尾端与取样钻井设备上的注浆管连接，重新将钻管插入钻井中，直至与钻井底部的受阻地层抵接，在钻管的管壁中设有轴向延伸的注浆通道，钻管前端的钻进头上设有与注浆通道连通的的注浆微孔；
启动注浆模块，对钻井进行静压注浆，浆液依次流经注浆管、注浆通道、注浆微孔抵达受阻地层，因钻管前端与受阻地层上障碍物挤压接触会影响浆液流动性，从而产生界面压力；
随着注浆的不断进行，界面压力会出现以下3种情况：
情况一、压力持续上升不下降
当遇情况一时，则可以判断障碍物为坚硬块状岩石，此时应停止注浆，选择其他位置重新钻进，以免损坏钻管的钻头，直至实现取样；
情况二、压力上升一段时间后又下降
当遇情况二时，则可以判断障碍物为石土混合物，当压力下降并趋于稳定后，停止注浆并退出钻管，将钻管重新与取样钻井设备上的钻管接头连接后，在相同位置继续进行钻进作业实现取样；
情况三、压力不上升
当遇情况三时，则可以判断障碍物为回填物，此时应退出钻管，选择其他位置重新钻进，直至实现取样；。
上述判断的依据在于：坚硬块状岩石强度高，浆液无法渗透，因此随着注浆的进行，压力会持续上升不下降，而石土混合物是在长期地质压力作用下具有一定的强度的物质，引起前期压力上升，随着压力的上升，浆液缓慢浸入土中，逐步破坏土壤的黏性结构，从而引起石土混合物强度下降，并进一步形成空隙结构，浆液持续扩张，浆液的压力转而下降。建筑垃圾、生活垃圾、工业垃圾等回填物具有一定的强度，但是垃圾之间的空隙较大，虽然钻进有难度，但浆液却能容易流动，因此静压注浆时看不到压力上升。
本实施例可以有效避免盲目增加钻进力度从而导致钻头偏心、损坏，甚至造成钻管倾斜卡住，保障地质勘察效率，同时通过注浆改善地层的钻进条件，提高钻进效率。
在实际应用中，针对情况一，以该钻探井点为中心，在该井点周边以1m为半径(根据实际勘察面积以及勘察密度确定)的圆周上等距取3个井点另行勘探，若此3个井点能正常钻取，则基本能判定该岩石大小。若3个井点中也遇到压力持续上升不下降的情况，则说明该地区地层中可能存在大面积岩石。在此条件下，建议采用其他方式(例如声波测量)排查岩石位置，而后再进行地质勘探。
针对情况三，以该钻探井点为中心，在该井点周边以1m为半径(根据实际勘察面积以及勘察密度确定)的圆周上等距取3个井点另行勘探，若此3个井点能正常钻取，则基本能判定该回填区域大小。若3个井点中也遇到不上升的情况，则说明该地区地层中可能存在大面积回填。在此条件下，建议采用其他方式(例如声波测量)排查回填位置，而后再进行地质勘探。
参见图1和图2，在一些实施例中，取样钻井设备还包括行走模块1、注浆模块2、动力模块3、液压模块4和钻取模块5，钻取模块5包括升降台51以及设置于升降台51上的注浆接头52和钻管接头53，在钻管542的管壁中设有轴向延伸的注浆通道543，注浆通道543的一端与注浆接头52对接，另一端与钻管前端钻进头541上钻进锥面上的注浆微孔连通，通过将钻管542择一与注浆接头52和钻管接头53对接，即可实现钻进取样和注浆功能，注浆模块2为钻管542提供浆液压力，液压模块4为钻管542钻进提供压力，动力模块3为行走模块1行走提供动力，行走模块1包括支撑平台11以及设置于支撑平台11底部的行走履带13和液压支撑脚12。在液压引起的冲击作用下可将前后对接的钻管542(沿钻进方向链接刚性钻头)打入需要勘察的地层中并获得地质样品，注浆模块2可以将浆液打入地层中并测量压力变化情况。
在一些实施例中，通过在浆液中添加土壤修复药剂，还能够改变/改善/调节地层的物理/化学/生物等性质，其中土壤修复药剂可以采用生物质、粘土、零价铁、过硫酸盐或微生物。其中，注浆浆液可以采用成本较低的清水。
上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。
同时，上述本发明如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。
另外，上述本发明公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本发明提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种利用液压引导的地质勘探取样方法，其特征在于，包括：
利用取样钻井设备进行钻探取样，当取样钻井设备的钻管突然卡住无法进一步钻进时，将钻管从钻井中退出，并拆下；
将钻管的尾端与取样钻井设备上的注浆管连接，重新将钻管插入钻井中，直至与钻井底部的受阻地层抵接，在钻管的管壁中设有轴向延伸的注浆通道，钻管前端的钻进头上设有与所述注浆通道连通的的注浆微孔；
启动注浆模块，对钻井进行静压注浆，浆液依次流经注浆管、注浆通道、注浆微孔抵达受阻地层，因钻管前端与受阻地层上障碍物挤压接触会影响浆液流动性，从而产生界面压力；
随着注浆的不断进行，界面压力会出现以下3种情况：
情况一、压力持续上升不下降
当遇情况一时，则可以判断障碍物为坚硬块状岩石，此时应停止注浆，选择其他位置重新钻进，以免损坏钻管的钻头，直至实现取样；
情况二、压力上升一段时间后又下降
当遇情况二时，则可以判断障碍物为石土混合物，当压力下降并趋于稳定后，停止注浆并退出钻管，将钻管重新与取样钻井设备上的钻管接头连接后，继续进行钻进作业实现取样；
情况三、压力不上升
当遇情况三时，则可以判断障碍物为回填物，此时应退出钻管，选择其他位置重新钻进，直至实现取样。
2.根据权利要求1所述的地质勘探取样方法，其特征在于：注浆采用的浆液为清水。
3.根据权利要求2所述的地质勘探取样方法，其特征在于：所述清水中还混入有土壤修复药剂。
4.根据权利要求1-3任一项所述的地质勘探取样方法，其特征在于：针对情况一，以该钻探井点为中心，在该钻探井点外围环状布设若干个井点另行勘探，若另行勘探后，所有井点均能正常钻取，则可以基本判定出岩石的大小，若有井点中也遇到有压力持续上升不下降的情况，则说明该地区地层中存在大面积岩石，在此条件下，建议采用声波测量排查回填位置后，再进行地质勘探。
5.根据权利要求1-3任一项所述的地质勘探取样方法，其特征在于：针对情况三，以该钻探井点为中心，在该钻探井点外围环状布设若干个井点另行勘探，若另行勘探后，所有井点均能正常钻取，则可以基本判定出回填物的大小，若有井点中也遇到有压力持续上升不下降的情况，则说明该地区地层中存在大面积回填物，在此条件下，建议采用声波测量排查回填位置后，再进行地质勘探。
6.根据权利要求1-3任一项所述的地质勘探取样方法，其特征在于：所述取样钻井设备还包括行走模块、注浆模块、动力模块、液压模块和钻取模块；
所述钻取模块包括升降台以及设置于所述升降台上的注浆接头和钻管接头；
所述注浆模块为所述钻管提供浆液压力；
所述液压模块为所述钻管钻进提供压力；
所述动力模块为所述行走模块行走提供动力。
7.根据权利要求6所述的地质勘探取样方法，其特征在于：所述行走模块包括支撑平台以及设置于支撑平台底部的行走履带和液压支撑脚。
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