【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及淺孔無泵巖心鉆探。更具體地說，本專利技術涉及一種開口式無泵鉆具及鉆進施工方法。
技術介紹
1、無泵鉆探是地質鉆探中的一種常用技術手段，特別是在復雜地層的施工中存在廣泛的應用，如孔底撈砂和松散地層取心等。無泵鉆探通俗的講就是干鉆取心的鉆探，一方面可以獲得不受外來物質干擾的巖心，用于科研分析和工程設計等目的，另一方面能夠很好的適用于缺水地區/環境，不需要向孔內持續輸送鉆井液構成循環，只要保持孔內有水即可進行鉆進施工。
2、然而，常規的無泵鉆具對孔徑的應用范圍有限，且在面對穩定性較差的破碎地層時，在取心過程中容易出現堵心和空心等情況，存在鉆進施工困難、巖心采取率低下的問題，同時嚴重影響施工效率。
3、為解決上述問題，需要設計一種開口式無泵鉆具及鉆進施工方法，使無泵鉆具能夠更好的適用于不同的施工條件，并提高巖心采取率。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種開口式無泵鉆具及鉆進施工方法，通過上下提動鉆具，使井內的循環液在靜水柱壓力下實現局部反循環流動，達到清除巖粉、冷卻鉆頭和提高巖心采取率的目的。
2、為了實現根據本專利技術的這些目的和其它優點，提供了一種開口式無泵鉆具，包括：
3、鉆桿；
4、第一內循環裝置，其包括外殼，其為安裝在所述鉆桿底部的中空結構，其內腔的底面和側面分別設有與外部連通的通孔；第一活動球，其設置在所述外殼的內腔中，所述第一活動球的直徑大于所述內腔的底面通孔直徑；
5、循環管，其
6、連接頭，其為安裝在所述循環管底部的套筒結構，所述連接頭的內環面上部與所述循環管配合套接；
7、取粉管，其套設在所述循環管外側并與所述連接頭的外環面頂部配合套接；
8、巖心管，其安裝在所述連接頭下方并與其外環面底部配合套接，所述巖心管的底部裝配有鉆頭。
9、優選的是，所述開口式無泵鉆具，所述外殼包括頂蓋、側板和底座，其共同拼裝形成中空結構，所述頂蓋與所述鉆桿固定連接并與所述側板可拆卸連接，所述頂蓋上設有投放孔，其連通所述鉆桿與所述密閉腔體，所述投放孔的直徑大于所述第一活動球的直徑，所述頂蓋底部還設有第一擋板，其設置為用于封閉所述投放孔并與所述頂蓋可拆卸連接，所述側板上沿周向間隔設有多個側面通孔，所述底座上設有底面通孔并與所述循環管固定連接。
10、優選的是，所述開口式無泵鉆具，所述內腔的底面通孔處設有流量傳感器，其與外部顯示設備電連接。
11、優選的是，所述開口式無泵鉆具，所述連接頭與所述循環管、所述巖心管、所述取粉管均通過螺紋配合同軸套接，所述鉆桿與所述內腔的底面通孔、所述循環管同軸設置。
12、優選的是，所述開口式無泵鉆具，所述連接頭的內環面下部為上窄下寬的錐面，所述連接頭的內、外環面間還設有多個輔助循環裝置，其沿所述連接頭的周向間隔設置，任一輔助循環裝置包括輔助孔，其沿軸向連通所述連接頭的上、下端面；活塞，其設置在所述輔助孔內并與其密封滑動連接；兩個限位機構，其分別設置在所述輔助孔的兩端，任一限位機構設置為用于阻止所述活塞向所述輔助孔外移動且不限制液體流通。
13、優選的是，所述開口式無泵鉆具，所述連接頭的內、外環面間還設有多個第二內循環裝置，其沿所述連接頭的周向間隔設置，任一第二內循環裝置包括活動槽，其開設在所述連接頭的上端面處；第二循環孔，其開設在所述連接頭的下端面處并與所述活動槽的底部連通，所述第二循環孔的直徑小于所述內腔的底面通孔直徑；第二活動球，其設置在所述活動槽內，所述第二活動球的直徑大于所述第二循環孔的直徑；第二擋板，其固定在所述活動槽的頂部開口處并設置為用于限制所述第二活動球的位移。
14、優選的是，所述開口式無泵鉆具，所述巖心管包括多個弧形管片，所述多個弧形管片沿周向連續拼裝形成管狀結構，任意兩個相鄰的弧形管片可拆卸連接，任一弧形管片的內側壁粗糙度ra大于20μm。
15、本專利技術還提供了一種使用開口式無泵鉆具的鉆進施工方法，包括：
16、s1、組裝所述開口式無泵鉆具并進行按設計要求進行鉆進施工；
17、s2、在鉆進的同時，依次提動和下落所述開口式無泵鉆具，制造井底循環，其中，向上提動鉆具時，井內混有巖粉和巖心的循環液被吸入所述巖心管內，下落鉆具時，所述巖心管內混有巖粉的循環液經所述循環管沖開所述第一活動球進入所述外殼的內腔中，再經所述內腔的側面通孔流入取粉管內，巖粉在所述取粉管內沉淀，剩余的循環液從所述取粉管的上部反向流回井內參與下次循環；
18、s3、按照設定的頻率反復進行s2的步驟，通過井底循環實現排粉鉆進。
19、優選的是，所述鉆進施工方法，s3中，正常進尺時，按照常規頻率反復提動、下落所述開口式無泵鉆具，制造井底循環；回次進尺終了時，減少提動鉆具的頻率，使循環作用逐漸失效，進而使巖粉糊鉆、巖心堵塞，直至完成巖心采取工作。
20、本專利技術至少包括以下有益效果：
21、1、本專利技術在鉆進中不用泵進行沖洗鉆孔，而是通過上下提動鉆具，利用井內的靜水柱壓力使循環液在井底形成局部反循環，達到清除巖粉、冷卻鉆頭和提高巖心采取率的目的；
22、2、本專利技術的開口式無泵鉆具通過在不同位置分層設置內循環裝置，配合巖心管、連接頭內部結構有效提高了鉆具上拉時對巖心的真空吸力，同時，在鉆具下落階段能夠分散巖粉單孔循環的壓力，避免大量巖粉堵住鉆具內循環孔導致排粉無法正常進行，影響鉆進施工效率；
23、3、本專利技術的開口式無泵鉆具能夠裝配150mm以上口徑規格的鉆頭，并適用于包括軟弱、破碎地層在內的多種地層環境，大大提高了無泵鉆具的應用范圍，具有廣闊的應用前景。
24、本專利技術的其它優點、目標和特征將部分通過下面的說明體現，部分還將通過對本專利技術的研究和實踐而為本領域的技術人員所理解。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種開口式無泵鉆具，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的開口式無泵鉆具，其特征在于，所述外殼包括頂蓋、側板和底座，其共同拼裝形成中空結構，所述頂蓋與所述鉆桿固定連接并與所述側板可拆卸連接，所述頂蓋上設有投放孔，其連通所述鉆桿與所述密閉腔體，所述投放孔的直徑大于所述第一活動球的直徑，所述頂蓋底部還設有第一擋板，其設置為用于封閉所述投放孔并與所述頂蓋可拆卸連接，所述側板上沿周向間隔設有多個側面通孔，所述底座上設有底面通孔并與所述循環管固定連接。
3.如權利要求1所述的開口式無泵鉆具，其特征在于，所述內腔的底面通孔處設有流量傳感器，其與外部顯示設備電連接。
4.如權利要求1所述的開口式無泵鉆具，其特征在于，所述連接頭與所述循環管、所述巖心管、所述取粉管均通過螺紋配合同軸套接，所述鉆桿與所述內腔的底面通孔、所述循環管同軸設置。
5.如權利要求1所述的開口式無泵鉆具，其特征在于，所述連接頭的內環面下部為上窄下寬的錐面，所述連接頭的內、外環面間還設有多個輔助循環裝置，其沿所述連接頭的周向間隔設置，任一輔助循環裝置包括輔助孔，其沿軸向連
6.如權利要求1所述的開口式無泵鉆具，其特征在于，所述連接頭的內、外環面間還設有多個第二內循環裝置，其沿所述連接頭的周向間隔設置，任一第二內循環裝置包括活動槽，其開設在所述連接頭的上端面處；第二循環孔，其開設在所述連接頭的下端面處并與所述活動槽的底部連通，所述第二循環孔的直徑小于所述內腔的底面通孔直徑；第二活動球，其設置在所述活動槽內，所述第二活動球的直徑大于所述第二循環孔的直徑；第二擋板，其固定在所述活動槽的頂部開口處并設置為用于限制所述第二活動球的位移。
7.如權利要求1所述的開口式無泵鉆具，其特征在于，所述巖心管包括多個弧形管片，所述多個弧形管片沿周向連續拼裝形成管狀結構，任意兩個相鄰的弧形管片可拆卸連接，任一弧形管片的內側壁粗糙度Ra大于20μm。
8.一種鉆進施工方法，其特征在于，使用如權利要求1-7所述的開口式無泵鉆具進行施工，包括：
9.如權利要求8所述的鉆進施工方法，其特征在于，S3中，正常進尺時，按照常規頻率反復提動、下落所述開口式無泵鉆具，制造井底循環；回次進尺終了時，減少提動鉆具的頻率，使循環作用逐漸失效，進而使巖粉糊鉆、巖心堵塞，直至完成巖心采取工作。
...【技術特征摘要】
1.一種開口式無泵鉆具，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的開口式無泵鉆具，其特征在于，所述外殼包括頂蓋、側板和底座，其共同拼裝形成中空結構，所述頂蓋與所述鉆桿固定連接并與所述側板可拆卸連接，所述頂蓋上設有投放孔，其連通所述鉆桿與所述密閉腔體，所述投放孔的直徑大于所述第一活動球的直徑，所述頂蓋底部還設有第一擋板，其設置為用于封閉所述投放孔并與所述頂蓋可拆卸連接，所述側板上沿周向間隔設有多個側面通孔，所述底座上設有底面通孔并與所述循環管固定連接。
3.如權利要求1所述的開口式無泵鉆具，其特征在于，所述內腔的底面通孔處設有流量傳感器，其與外部顯示設備電連接。
4.如權利要求1所述的開口式無泵鉆具，其特征在于，所述連接頭與所述循環管、所述巖心管、所述取粉管均通過螺紋配合同軸套接，所述鉆桿與所述內腔的底面通孔、所述循環管同軸設置。
5.如權利要求1所述的開口式無泵鉆具，其特征在于，所述連接頭的內環面下部為上窄下寬的錐面，所述連接頭的內、外環面間還設有多個輔助循環裝置，其沿所述連接頭的周向間隔設置，任一輔助循環裝置包括輔助孔，其沿軸向連通所述連接頭的上、下端面；活塞，其設置在所述輔助孔內并與其密封滑動連接；兩個限位機構，其分別設置在所述輔助孔的兩端，...
【專利技術屬性】
技術研發人員：盧金梁，方邵平，胡成濤，黃衛華，
申請(專利權)人：中化地質礦山總局湖北地質勘查院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。