CN112943134A - 一种适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺，其包括以下步骤：1）连接主动钻杆和钻杆，连接钻杆与绳索取心外管钻具；2）将钢管串穿与打捞器连接，打捞器与岩心管上的捞矛头连接，并通过送管机构实现岩心管下放到位；3）开启冲洗水泵，4）取心钻进；5）拔心；6）实现钢管串与打捞器的再次连接；7）打捞岩心内管；8）换新的岩心管和钻杆；9）扫孔；10）重复步骤1）‑9），直至钻进取心指定孔深；11）回收钻杆及绳索取心外管钻具。本发明适用于长距离坑道或隧道内的钻进取心工况；而且具有结构简单紧凑、操控方便的优点，能够更好地适用于长距离取心作业。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺。
背景技术
水平地质取心钻机作为一种常用的工程地质勘探设备，用途十分广泛。利用水平地质取心钻机对地下资源以及地下工程进行取心钻探是获取地下资源分布情况以及地下工程地质情况所必不可少的一个技术步骤和手段。目前，钢绞线取心钻机采用的取心工艺在短距离取心应用上十分广泛，而在长距离取心钻进过程中，现有钢绞线水平绳索取心钻机的绳索取心工艺存在以下问题：1．长距离取心过程中需要长度足够的钢绞线，会导致存储钢绞线的存储架体积过于庞大，使得占据较大的坑道（隧道）面积，不利于坑道（隧道）内开展取心作业。2．现有钢绞线水平绳索取心工艺一回次岩心管作业过程中至少需要操纵钢绞线输出2次和回收2次，并且打捞器需要与捞矛头对接2次和脱开2次，辅助作业时间较长。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种操作简单,钻进效率高、取心率高,而且可大幅缩短作业时间的等优点的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺。
本发明采用的技术方案是：一种适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺，其采用的取心装置包括水平绳索取心钻机、钢管存储架、多根钢管、钻杆、岩心管及打捞器；所述水平绳索取心钻机上装有直管机构、送管机构、冲洗水泵、动力头、推进油缸、主动钻杆、旋转卡盘、夹持器，直管机构和送管机构固定在支撑架上，推进油缸一端与支撑架铰接，另一端通过连接块与动力头连接，动力头置于支撑架上的滑轨上，推进油缸的活塞杆伸缩能带动动力头在滑轨上移动，动力头通过主动钻杆连接钻杆后端并驱动钻杆转动；钢管两端均设有外螺纹，多根钢管通过双头螺柱依次连接形成一条钢管串，钢管串绕在钢管存储架上，钢管串一端穿过直管机构、送管机构、密封接头与钻杆内的打捞器连接；密封接头安装在动力头上，密封接头连通主动钻杆的内腔；打捞器的打捞头与岩心管的捞矛头连接；冲洗水泵的出水口通过旋转给水装置与主动钻杆内腔连通，旋转给水装置设置在动力头上;旋转卡盘、夹持器靠近支撑架前端设置，旋转卡盘用于钻杆与绳索取心外管钻具之间的连接；夹持器用于对钻杆夹持固定；
包括以下步骤：
步骤1：将主动钻杆与钻杆后端通过螺纹连接，将钻杆的前端螺纹置于旋转卡盘内，通过旋转卡盘实现钻杆与绳索取心外管钻具的外管总成相连接，利用夹持器将钻杆夹持固定；
步骤2：将钢管串穿过密封接头与打捞器连接，打捞器与绳索取心外管钻具中的岩心管上的捞矛头连接，并通过送管机构实现岩心管下放到位；
步骤3：开启冲洗水泵，将冲洗水通过旋转给水装置送入主动钻杆内腔；
步骤4：将钢管串从密封接头处卸开，分成两部分：主动钻杆内部分和主动钻杆外部分，动力头通过马达驱动旋转钻进，同时通过驱动推进油缸的活塞杆伸出进而带动动力头在支撑架滑轨上向前移动；
步骤5：钻进回次结束后，推进油缸活塞杆停止向前伸出，动力头停止旋转，冲洗水泵停止泵水，操作动力头后移，带动钻杆、绳索取心外管钻具，拔断岩心；
步骤6：利用旋转卡盘拧开主动钻杆与钻杆处的连接螺纹，再将钢管串的主动钻杆外部分通过送管机构驱动至密封接头处连接主动钻杆内部分，实现钢管串与打捞器连接；
步骤7：推进油缸活塞杆回缩，带动动力头向后移动至钻进前的位置，将被打捞器抓住的岩心管上提至孔口，完成一次打捞作业；
步骤8：再换上一根新的岩心管并将新的钻杆通过旋转卡盘的旋转将其与主动钻杆连接；
步骤9：换接新钻杆后扫孔；
步骤10：重复步骤1-9的操作，直至钻进取心指定孔深；
步骤11：回收岩心管与绳索取心外管钻具。
上述的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺中，步骤2中，送管机构下放打捞器时，下放速度为0.9m/s；步骤7中，将绳索取心内管提至孔口时，上提速度为1.1m/s。
上述的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺中，步骤4中，动力头的转速为300-1020r/min，钻进速度为4.5±2mm/s。
上述的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺中，步骤3中，冲洗水泵的泵量为44~160L/min。
上述的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺中，步骤6中，所取岩心样品直径不小于49mm。
上述的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺中，步骤9中，扫孔速度为2.5mm/s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明在长距离取心过程中，能有效的适应坑道（隧道）等狭小空间同时可实现一回次岩心管作业只需打捞机构往返一次的取心工艺；
（2）本发明具有辅助作业时间少、高取心率的优点，能够更好地适用于长距离取心作业方式。
附图说明
图1是本发明采用的取芯装置的结构示意图。
图2是本发明采用的取芯装置的钻进示意图。
图3是本发明采用的取芯装置的钢管的连接示意图。
图中：1-钢管存储架，2-钢管，3-双头螺柱，4-直管机构，5-送管机构，6-冲洗水泵，7-水管，8-马达，9-动力头，10-密封接头，11-旋转给水装置，12-主动钻杆，13-打捞器，14-岩心管，15-旋转卡盘，16-夹持器，17-钻杆，18-绳索取心外管钻具，19-支撑架，20-推进油缸，21-连接块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1-3所示,本发明采用的取芯装置包括钢管存储架1、钢管2、双头螺柱3、直管机构4、送管机构5、冲洗水泵6、水管7、马达8、动力头9、密封接头10、主动钻杆12、打捞器13、岩心管14、旋转卡盘15、夹持器16、钻杆17、绳索取心外管钻具18、支撑架19、推进油缸20。所述直管机构4、送管机构5、旋转卡盘15、夹持器16从左至右依次固定在支撑架19上，支撑架19的右端靠近钻孔设置。推进油缸20一端与支撑架19铰接，另一端与动力头9连接。动力头9置于支撑架19上的滑轨上，推进油缸20的活塞杆伸缩能带动动力头9在滑轨上前后移动。
所述直管机构4包括多组滚动轮，多组滚动轮固定安装在支撑架上，每组滚动轮包括两个滚动轮，两个滚动轮的轴线位于一竖直平面内，多组滚动轮轴线所在的平面平行。所述送管机构5包括箱体、上摩擦轮和下摩擦轮，上摩擦轮和下摩擦轮固定安装在箱体内，上摩擦轮和下摩擦轮轴线平行，且上摩擦轮和下摩擦轮轴线位于一竖直平面内，该竖直平面与每组滚动轮的轴线所在的竖直平面平行。箱体上设有供钢管串通过的通孔，下摩擦轮的轮轴通过减速器与马达连接，马达带动下摩擦轮转动，进而实现钢管串的送管过程。
动力头9通过主动钻杆12连接钻杆17后端并驱动钻杆转动；钢管2两端均设有外螺纹，多根钢管2通过双头螺柱依次连接形成一条钢管串，钢管串绕在钢管存储架1上，钢管串一端穿过直管机构4、送管机构5、密封接头10与钻杆内的打捞器13连接。密封接头10安装在动力头9上，密封接头10连通主动钻杆12的内腔。打捞器13的打捞头与岩心管14的捞矛头连接；冲洗水泵6的出水口通过旋转给水装置与主动钻杆12内腔连通，旋转给水装置11设置在动力头上;旋转卡盘15、夹持器16靠近支撑架19前端设置，旋转卡盘15用于实现钻杆与绳索取心外管钻具18之间的连接；夹持器16用于对钻杆夹持固定。
本发明包括以下步骤：
步骤1：在钻进开始前，将主动钻杆12与钻杆17的后端通过螺纹连接，将钻杆17的前端螺纹部分置于旋转卡盘15内，通过旋转卡盘15实现钻杆17与绳索取心外管钻具18相连接，利用夹持器16将钻杆17夹持固定；
步骤2：将钢管串穿过密封接头10与打捞器13连接，打捞器13与绳索取心外管钻具18中的岩心管14上的捞矛头连接，并通过送管机构5的马达驱动实现岩心管下放到位，下放速度为0.9m/s；
步骤3：开启冲洗水泵6，冲洗水泵6的泵量为44~160L/min，将冲洗水通过旋转给水装置送入主动钻杆12内腔；
步骤4：将钢管串从密封接头处卸开分成两部分：主动钻杆内部分和主动钻杆外部分，动力头通过马达驱动旋转钻进，转速300-1020r/min，同时通过驱动推进油缸的活塞杆伸出，进而带动动力头在支撑架滑轨上向前移动，推进油缸的推力38KN；
步骤5：钻进回次结束后，推进油缸的活塞杆停止向前移动，动力头9停止旋转，冲洗水泵6停止泵水，操作动力头9后移一小段距离，带动钻杆17、绳索取心外管钻具，拔断岩心，最大拔断力为80.3KN；
步骤6：岩心管内充满岩心样品，此时利用旋转卡盘15拧开主动钻杆12与钻杆17处的螺纹，再将支撑架19上的钢管串的主动钻杆外部分通过送管机构5驱动至至密封接头10处连接主动钻杆内部分，将钢管串与打捞器连接；
步骤7：推进油缸活塞杆回缩，带动动力头9向后移动至钻进前的位置，与此同时将被打捞器抓住的岩心管提至孔口，完成一次打捞作业；
步骤8：再换上一根新的岩心管，并将新的钻杆通过旋转卡盘的旋转将其与主动钻杆连接；
步骤9：换接新钻杆后扫孔，扫孔速度为2.5mm/s；
步骤10：重复步骤1-9的操作，直至钻进取心指定孔深；同时实现一次往返即可实现“投送岩心管”与“打捞岩心管”的作业效果；
步骤11：回收岩心管与绳索取心外管钻具18。
Claims (6)
1.一种适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺，其采用的取心装置包括水平绳索取心钻机、钢管存储架、多根钢管、钻杆、岩心管及打捞器；所述水平绳索取心钻机上装有直管机构、送管机构、冲洗水泵、动力头、推进油缸、主动钻杆、旋转卡盘、夹持器，直管机构和送管机构固定在支撑架上，推进油缸一端与支撑架铰接，另一端通过连接块与动力头连接，动力头置于支撑架上的滑轨上，推进油缸的活塞杆伸缩能带动动力头在滑轨上移动，动力头通过主动钻杆连接钻杆后端并驱动钻杆转动；钢管两端均设有外螺纹，多根钢管通过双头螺柱依次连接形成一条钢管串，钢管串绕在钢管存储架上，钢管串一端穿过直管机构、送管机构、密封接头与钻杆内的打捞器连接；密封接头安装在动力头上，密封接头连通主动钻杆的内腔；打捞器的打捞头与岩心管的捞矛头连接；冲洗水泵的出水口通过旋转给水装置与主动钻杆内腔连通，旋转给水装置设置在动力头上;旋转卡盘、夹持器靠近支撑架前端设置，旋转卡盘用于实现钻杆与绳索取心外管钻具之间的连接；夹持器用于对钻杆夹持固定；
包括以下步骤：
步骤1：将主动钻杆与钻杆后端通过螺纹连接，将钻杆的前端螺纹置于旋转卡盘内，通过旋转卡盘实现钻杆与绳索取心外管钻具相连接，利用夹持器将钻杆夹持固定；
步骤2：将钢管串穿过密封接头与打捞器连接，打捞器与绳索取心外管钻具中的岩心管上的捞矛头连接，并通过送管机构实现岩心管下放到位；
步骤3：开启冲洗水泵，将冲洗水通过旋转给水装置送入主动钻杆内腔；
步骤4：将钢管串从密封接头处卸开，分成两部分：主动钻杆内部分和主动钻杆外部分，动力头通过马达驱动旋转钻进，同时通过驱动推进油缸的活塞杆伸出进而带动动力头在支撑架滑轨上向前移动；
步骤5：钻进回次结束后，推进油缸活塞杆停止向前伸出，动力头停止旋转，冲洗水泵停止泵水，操作动力头后移，带动钻杆、绳索取心外管钻具，拔断岩心；
步骤6：利用旋转卡盘拧开主动钻杆与钻杆处的连接螺纹，再将钢管串的主动钻杆外部分通过送管机构驱动密封接头处连接主动钻杆内部分，实现钢管串与打捞器连接；
步骤7：推进油缸活塞杆回缩，带动动力头向后移动至钻进前的位置，将被打捞器抓住的岩心管提至孔口，完成一次打捞作业；
步骤8：再换上一根新的岩心管，并将新的钻杆通过旋转卡盘的旋转将其与主动钻杆连接；
步骤9：换接新钻杆后扫孔；
步骤10：重复步骤1-9的操作，直至钻进取心指定孔深；
步骤11：回收岩心管与绳索取心外管钻具。
2.根据权利要求1所述的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺，步骤2中，送管机构下放打捞器时，下放速度为0.9m/s；步骤7中，将绳索取心内管提至孔口时，上提速度为1.1m/s。
3.根据权利要求1所述的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺，步骤4中，动力头的转速为300-1020r/min，钻进速度为4.5 ±2mm/s。
4.根据权利要求1所述的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺，步骤3中，冲洗水泵的泵量为44~160L/min。
5.根据权利要求1所述的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺，步骤6中，所取岩心样品直径不小于49mm。
6.根据权利要求1所述的适用于水平地质取心钻机的长距离取心钻进工艺，步骤9中，扫孔速度为2.5mm/s。
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