CN1258633C - 逆循环钻探方法及其钻探设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用一钻探设备进行的钻探方法，该设备有一钻探装置(1)，该装置包括一外壳部件(2)和一钻探组件(3)，在其钻探头(I)中有钻中心孔用的第一钻探工具(4)和对外壳部件(2)中心孔扩孔的第二钻探工具(5)以及用于冲洗所产生的废屑的冲洗流构造(6)。至少在钻探情况下该第一钻探工具(4)联接到动力传输上，而为了使该工具从钻孔移出，一个可移出的构造如卡口联轴器之类与第二钻探工具(5)联接。在中心完成的冲洗介质的进给流(6a)通过属于第一钻探工具(4)的第一框架部件(4a)内部的内钻孔(X1)输送到其外周缘，而为了完成所谓冲洗介质的逆循环，冲洗介质的返回流(6b)从第一框架部件(4a)的钻探面(pp2)通过其中的内钻孔(X2)输送到第一框架部件(4a)和外壳部件(2)之间的空间(Z)中。本发明也涉及一种上述方法使用的钻探设备。

Description

逆循环钻探方法及其钻探设备
发明领域
本发明涉及利用钻探设备完成钻探的方法及其钻探设备，该方法特别用于提高地面钻探的效率。
背景技术
一种以比先有技术更先进的方式进行地面钻探的方法，早先例如见于芬兰专利No.95618。在这方面使用的钻探设备的钻探组件的钻探头如图1中所示由第一框架部件和第二框架部件形成，其钻探面中已设置钻探机构，如第一和第二钻探工具或换句话说导向器和扩孔器的钻头等。在上述解决方案中，用于除去所产生的钻屑废物的冲洗装置的第二机构被配置成利用一个属于对置表面构造的组合件来引导钻屑废物，该构造对于互相不转动的钻探情况和沿纵向的两个方向将所述钻探工具连接在一起，换句话说，这是通过属于一个沿纵向安置在第一框架部件外周缘中的卡口联轴器的宽松沟槽而作为有利的实施例而实施的。
上述的解决方案已从该技术的专业人员获得极好的反馈和国内外的极大市场份额。上述解决方案的巨大成功基础在于当时的全新的结构，后者允许将冲洗介质传输到钻探面并从其有利地除去该冲洗介质而不会以任何方式减弱钻探设备的其它结构。
另一方面特别在采样钻探中，钻探废屑或待收集的采样物质的未扰动的和均匀的返回流的意义被认为是非常重要的。在这方面，在以前通常使用的采样钻探中，已使用一种所谓返回流或逆循环(RC原理)，在例如图2中所示的原理方面，冲洗介质的送入及其返回流两者是在一个安置在钻探装置中心处的介质流组合件中受到引导的，从该装置冲洗介质进一步沿径向被引到钻探表面并最终利用沿径向安置在钻探装置的钻探端部处的返回流组合件而返回该装置中的。通过以这种方式将返回流从钻头外周缘引导到安置在其中心的返回流通道，可以决定性地改善采样的质量，特别是在上述目的中。
按照芬兰专利No.95618所述的解决方案在实施中效果非常好，虽然特别是在与传统采样钻探有关的那些结构中，那时按照传统的做法钻探废屑的排出流通道在钻探中心部分和外壳部件之间的空间中形成，讨论中的解决办法在某些情况下已导至钻机部件的不成比例的大尺寸，以便返回流有足够高的流动速度而冲洗介质有尽可能低的体积。在其它情况下也可能面对相应的问题，此时钻探设备中使用的部件的尺寸例如在一定程度上偏离标准尺寸。
发明概述
按照本发明的方法的目的是在上述问题中获得决定性的改进，从而大大提高先有技术的水平。为了达到该目的，本发明提供了一种利用一种钻探设备完成钻探的方法，该钻探设备有一钻探装置，该钻探装置包括一个外壳部件，在外壳部件的内部至少在钻探情况下有一个钻探组件，在其钻探头中至少有钻中心孔用的第一钻探工具和对外壳部件中心孔扩孔的第二钻探工具以及用于供给钻探用的冲洗介质和用于清除外壳部件内部的钻探废屑的冲洗流装置，至少在钻探情况下该第一钻探工具经一动力传输装置装置和一可移出装置跟第二钻探工具联接，以便能使该钻探工具从该钻孔移出，从而将该外壳部件牵引入要由第一和/或第二钻探工具钻探的钻孔中，其中包括如下步骤：沿中心输送的冲洗介质进给流通过属于第一钻探工具的第一框架部件内部的内钻孔被输送到其外周缘；冲洗介质的返回流从第一框架部件的钻探面通过其中的内钻孔被输送到第一框架部件和外壳部件之间的空间中，以完成所称的冲洗介质的逆循环。
作为本发明方法的最重要优点，可以提到该方法的使用和装置结构的简单性和操作可靠性，首先可以最优地制作钻探设备的尺寸。由于这一点，例如可以避免不适当的庞大结构，这进一步使操作钻探设备的驱动装置的尺寸最优化。因此本发明的方法具有直接和间接的效果来提高工作效率和额外地降低钻探设备部件的制造和操作费用。
本发明也涉及一种按照上述方法操作的钻探设备。该钻探设备具有钻探装置，该钻探装置包括一个外壳部件，在其内部至少在钻探情况下有一个钻探组件，在其钻探头中至少有钻中心孔用的第一钻探工具和对外壳部件中心孔扩孔的第二钻探工具以及用于供给钻探用的冲洗介质和用于清除外壳部件内部的钻探废屑的冲洗流装置，至少在钻探情况下该第一钻探工具经一动力传输装置装置和一可移出装置跟第二钻探工具联接，以便能使该工具从该钻孔移出，从而该外壳部件具有能将其牵引入要由第一和第二钻探工具钻探的钻孔中的设施，其特征在于，在属于第一钻探工具的第一框架部件内部设有一个用于将沿中心输送的冲洗介质进给流经内钻孔输送到第一框架部件外周缘的第一输送装置；还设有一个用于经内钻孔将返回流从第一框架部件的钻探面牵引入第一框架部件和外壳部件之间的空间以完成一个所称的冲洗介质的逆循环的第二输送装置。
作为本发明钻探设备的最重要优点是该设备及其使用的简单性和结构的操作可靠性，由此本发明的操作设备完全可以在最适合每个实施例的方式下在所有情况下都最优化。采用本发明的钻探设备，传统钻探和以返回流为基础的钻探两者只要用一个本发明的第一框架部件来代替钻探设备的普通的第一框架部件和有一个冲洗介质流用的内引导组合件就可以进行了。
本发明的钻探设备在这些方面也是有利的，就是该设备可以使用已有的有利的钻探设备结构，因为本发明所需的改造主要涉及钻探组件的钻探头。由于本发明，可以用一个冲洗介质流来足够地进行通常的钻探和所谓采样钻探。在本发明的钻探设备方面，也可以使用已有的其它有利的结构如用于将外壳部件引入钻孔中的法兰装置或在钻探工具之间的非常简单和可靠的锁定装置如卡口联轴器之类。
附图简述
下面参照附图详细地描述了本发明，附图中：
图1示出一台先有技术的钻探设备的纵向截面图；
图2示出一台已按逆循环原理进行的先有技术的钻探设备的纵向截面图；
图3示出一台利用本发明方法的有利的钻探设备的纵向截面图。
优选实施例说明
本发明涉及一种用钻探设备进行钻探的方法，参考图3中特别示出的有利的实施例，该钻探设备有一钻探装置1，该钻探装置1包括一个外壳部件2，基本上在外壳部件2的内部至少在钻探情况下有一个钻探组件3，在组件3的钻探头I中至少有钻中心孔用的第一钻探工具4和为外壳部件2而对中心孔扩孔的第二钻探工具5以及用于冲洗产生的废屑的冲洗流装置6，如用于供给钻探用的冲洗介质和用于清除基本上在外壳部件2内部产生的钻探废屑。至少在钻探情况下，第一钻探工具4联接到动力传输装置上，而为了使该工具从钻孔移出，一个可移出的构造如卡口联轴器之类与第二钻探工具5联接。其次，外壳部件2被配置成被引入通过第一和/或第二钻探工具钻探的钻孔中。在中心完成的冲洗介质的进给流6a通过属于第一钻探工具4的第一框架部件4a内部的内钻孔X1输送到其外周缘，而为了完成所谓冲洗介质的逆循环，冲洗介质的返回流6b从第一框架部件4a的钻探面pp2通过其中的内钻孔X2输送到第一框架部件4a和外壳部件2之间的空间Z中。
作为有利的实施例，本方法应用于例如与属于如图1中所示的先有技术的钻探设备相连接，该设备中钻探装置1的钻探组件3的钻探头I由至少一个第一框架部件4a′和一个第二框架部件5a形成，其钻探面已经配置钻探机构10a、10b，如第一和第二钻探工具4、5的均匀切削部件、独立的钻头或部件之类。冲洗介质与钻探装置1相连通地至少通过由至少第一和/或第二钻探工具形成的钻探面(如所述框架部件4a′、5a之间的)而被引导，以便将冲洗介质和钻探废屑从框架部件4a′和外壳部件2之间的空间一直移回驱动端。相反，在图2中所示的RC-钻探中，特别从空间利用观点看，通过安置在框架部件4a″中心的返回管的返回流6b是不利地产生的，在这种情况下，本发明中被利用的中部空间设有被利用。从实施观点看，上述“双管结构”在其它方面，例如从锤击装置与钻探管之间的联接配置和结构的观点看，具有不相称的困难。
其次，作为一个有利的实施例，被沿中心送入的冲洗介质的进给流6a在图3中所示原理上由通过介质流的导管6b′引导到第一框架部件4a和外壳部件2之间的空间Z，特别是为了调节返回流6b如从钻探面pp2产生的采样流。作为另一个有利的实施例，在通过介质流的导管6b′中产生的介质流利用节流控制器或以相应方式调节。
上述方法能够以传统钻探和例如以图2所示的RC-原理进行的钻探两者来利用如在图1中所示的同一钻探设备，只要用本发明使用的第一框架部件4a来代替钻探装置的普通的第一框架部件4a′，部件4a有一个按照本发明完成的用于冲洗介质流的内引导组合件。
本发明也涉及一种具有钻探装置1的钻探设备，如图3中所示，钻探装置1包括一个外壳部件2，基本上在外壳部件2的内部至少在钻探情况下有一个钻探组件3，在组件3的钻探头I中至少有钻中心孔用的第一钻探工具4和为外壳部件2而对中心孔扩孔的第二钻探工具5以及用于冲洗产生的废屑的冲洗流装置6，如用于供给钻探用的冲洗介质和用于清除基本上在外壳部件2内部产生的钻探废屑。至少在钻探情况下，第一钻探工具4联接到动力传输装置上，而为了使该工具从钻孔移出，一个可移出的构造如卡口联轴器之类与第二钻探工具5联接。其次，外壳部件2被配置成被引入通过第一和/或第二钻探工具钻探的钻孔中。在属于第一钻探工具4的第一框架部件4a内部配置一个第一输送装置X1和一个第二输送装置X2，该第一输送装置X1用于将沿中心完成的冲洗介质的进给流6a通过内钻孔输送到第一框架部件4a的外周缘，而第二输送装置X2用于通过内钻孔将返回流6b从第一框架部件4a的钻探面pp2引入第一框架部件4a和外壳部件2之间的空间Z而完成一个所谓冲洗介质的逆循环。
作为一个有利的实施例，被沿中心送入的冲洗介质的进给流6a由通过介质流的导管6b′引导到第一框架部件4a和外壳部件2之间的空间Z，特别是为了调节返回流6b如从钻探面pp2产生的采样流。在通过介质流的导管6b′中产生的介质流利用节流控制器或以相应方式调节(这一点在所讨论的附图中没有更详细地表示)。
上述钻探设备因此可以以普通方式使用和在基于逆循环原理的钻探中使用，只要用按照本发明完成的框架部件4a来代替钻探设备的传统的第一框架部件4a′，部件4a有一个用于冲洗介质流的内引导组合件。
显然本发明不限于上述实施例，它能在基本思想内每次按照需要进行修改。因此可以例如在钻探组件的钻探头中应用比上述更多数目的框架部件，由此例如钻头可以用一个一体化的切削部件连接在第一框架部件的头部上。当然不需要使用一个特别在附图中示出的实施例中存在的外壳瓦，但可以用安置在外壳部件头部的内表面和/或外表面中的整体组合件构造的同一类型的组合件。相应地上述外壳瓦可以做成允许它相对于第二框架部件成扭转运动并至少部分限制同样物件的相互纵向运动，使得外壳瓦安置在到达外壳部件内部的第二框架部件的引导表面上，其中第二框架部件还间接安置在第一框架部件的导向突出部上。当然钻探工具之间的相互对应的组合件可以以极不相同的方式构造。这样，第一框架部件和第二框架部件可以通过例如一个螺旋结合部互相连接，其中同样物件之间的锁定是通过机械的增压流体和/或电装置来达到的。当然这些部件可以只通过一个螺旋结合部而彼此连接，但是这种解决办法可能造成部件彼此分离的问题，因为这些部件在钻探期间可能太紧地互相阻塞。这些框架部件也可以通过快速联接原理而连接，以一种两个部件都有沿纵向彼此配合的齿的方式。但是在这种情况下不可能用简单的配置来获得框架部件之间的实际的纵向锁定。那时例如存在风险，使得在某些操作情况下，框架部件无意地分开，由此需要额外的安装阶段来将它们重新联接。采用讨论中的解决办法，在每一种操作情况下关于被足够长地互相上紧的框架部件没有完全的不确定性，在这种情况下另一方面钻探结果受到损失，因为中心钻不能达到足够远的钻探，而另一方面框架部件之间的咬合可能由于破裂而出故障。
当然第二钻探工具可以只连接在第一钻探工具上，在这种情况下，存在一种风险，就是当第一钻探工具从钻孔移出时第二钻探工具旋转到钻孔底部的一个不适当位置，因此甚至可能妨碍被钻探的孔的利用。在按照本发明所述的钻探设备中，可以使用利用极不相同的制造方法生产的通常材料制成的部件。此外，例如可以利用一种振荡运动来作为钻探设备的钻孔运动。

Claims (6)

1.用一种钻探设备完成钻探的方法，该钻探设备有一钻探装置(1)，该钻探装置包括一个外壳部件(2)，在外壳部件(2)的内部至少在钻探情况下有一个钻探组件(3)，在其钻探头(I)中至少有钻中心孔用的第一钻探工具(4)和对外壳部件(2)中心孔扩孔的第二钻探工具(5)以及用于供给钻探用的冲洗介质和用于清除外壳部件(2)内部的钻探废屑的冲洗流装置(6)，至少在钻探情况下该第一钻探工具(4)经一动力传输装置和一可移出装置跟第二钻探工具(5)联接，以便能使该钻探工具从该钻孔移出，从而将该外壳部件(2)牵引入要由第一和/或第二钻探工具钻探的钻孔中，其特征在于包括如下步骤：
沿中心输送的冲洗介质进给流(6a)通过属于第一钻探工具(4)的第一框架部件(4a)内部的内钻孔(X1)被输送到其外周缘；
冲洗介质的返回流(6b)从第一框架部件(4a)的钻探面(pp2)通过其中的内钻孔(X2)被输送到第一框架部件(4a)和外壳部件(2)之间的空间(Z)中，以完成所称的冲洗介质的逆循环。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，为了调节从钻探面(pp2)产生的返回流(6b)，沿中心被送入的冲洗介质输送流(6a)由一流过介质流的导管(6b′)引导到第一框架部件(4a)和外壳部件(2)之间的空间(Z)。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，在通过介质流的导管(6b′)中产生的介质流利用节流控制器调节。
4.一种具有钻探装置(1)的钻探设备，该钻探装置(1)包括一个外壳部件(2)，在其内部至少在钻探情况下有一个钻探组件(3)，在其钻探头(I)中至少有钻中心孔用的第一钻探工具(4)和对外壳部件(2)中心孔扩孔的第二钻探工具(5)以及用于供给钻探用的冲洗介质和用于清除外壳部件(2)内部的钻探废屑的冲洗流装置(6)，至少在钻探情况下该第一钻探工具(4)经一动力传输装置和一可移出装置跟第二钻探工具(5)联接，以便能使该工具从该钻孔移出，从而该外壳部件(2)具有能将其牵引入要由第一和第二钻探工具钻探的钻孔中的设施，其特征在于，在属于第一钻探工具(4)的第一框架部件(4a)内部设有一个用于将沿中心输送的冲洗介质进给流(6a)经内钻孔输送到第一框架部件(4a)外周缘的第一输送装置(X1)；还设有一个用于经内钻孔将返回流(6b)从第一框架部件(4a)的钻探面(pp2)牵引入第一框架部件(4a)和外壳部件(2)之间的空间(Z)以完成一个所称的冲洗介质的逆循环的第二输送装置(X2)。
5.按照权利要求4所述的钻探设备，其特征在于，包括一流过介质流的导管(6b′)，该导管(6b′)将沿中心被送入的冲洗介质进给流(6a)引导到第一框架部件(4a)和外壳部件(2)之间的空间(Z)，以调节从钻探面(PP2)产生的返回流(6b)。
6.按照权利要求5所述的钻探设备，其特征在于具有利用节流控制器调节在该流过介质流的导管(6b′)中产生的介质流的设施。
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