钻井装置及钻井方法制造方法及图纸

一种钻井装置及钻井方法，属于沙钻探领域。钻井方法被实施以在沙漠地区钻孔，且钻孔被作为沙漠地区地下水观测井。钻井方法包括：获得样地。使钻杆的钻头与样地表面垂直的角度进行钻孔操作，当钻头没入样地第一预设距离时，向钻设的孔内供水以使钻头掘进时孔内的沙土形成砂浆而沿钻杆外壁溢出至孔外。当钻头没入样地第二预设距离时，停止供水并取出钻杆，向孔内插入保护管后将钻杆插入保护管内并供水，以使钻头掘进时孔内的沙土形成砂浆而沿钻杆外壁与保护管的内壁溢出至孔外。本发明专利技术提出的钻井方法可以实现沙漠地区快速钻孔的目的。

【技术实现步骤摘要】
钻井装置及钻井方法
本专利技术涉及钻探领域，具体而言，涉及一种钻井装置及钻井方法。
技术介绍
在沙漠地区，水资源对于维系植物生长和保护生态可持续发展具有重大意义，但沙层具有良好的透水性，同时沙漠地区干旱蒸发量大，植物生长的主要水分来源于地下水。由于人类活动的加剧，对地下水无节制开采利用，使得地下水位波动幅度较大。为了在沙漠地区进一步观测地下水位的变动，研究地下水位与沙漠植物生长状况的关系，更好地恢复和保护沙漠地区的植被，阻止沙漠的蔓延和推进，地下水观测井的钻取和挖掘就显得十分必要。然而，现有技术中，在沙漠地区钻孔的难度大，常常会出现钻杆被坍塌的沙土掩埋的问题，进而影响钻杆的继续掘进。
技术实现思路
基于现有技术中的不足，本专利技术提出了一种新的钻井装置及钻井方法，以实现在沙漠地区快速地钻孔。本专利技术是这样来实现的：钻井方法被实施以在沙漠地区钻孔，且钻孔被作为沙漠地区地下水观测井。钻井方法包括：步骤一、选择表层无流沙或存在浅表流沙的区域为钻孔区，以获得样地；步骤二、使钻杆的钻头与样地表面垂直的角度进行钻孔操作，当钻头没入样地第一预设距离时，向钻设的孔内供水以使钻头掘进时孔内的沙土形成砂浆而沿钻杆外壁溢出至孔外，其中，钻杆的直径小于钻头的直径；步骤三、当钻头没入样地第二预设距离时，停止供水并取出钻杆，向孔内插入保护管后将钻杆插入保护管内并供水，以使钻头掘进时孔内的沙土形成砂浆而沿钻杆外壁与保护管的内壁溢出至孔外，其中，第二预设距离大于第一预设距离，保护管的直径大于钻头直径。在其他的一个或多个示例中，在进行步骤二中的对样地进行钻孔之前，步骤一中还包括根据预设观测井直径去除钻孔区表面沙土形成工作平台。在其他的一个或多个示例中，预设观测井直径大于钻头的直径。在其他的一个或多个示例中，形成工作平台的过程中，去除钻孔区表面沙土的深度为10cm，工作平台的面积为1m×1m；优选地，工作平台铺设有防渗布，且预留钻头的钻孔位置。在其他的一个或多个示例中，在步骤二中，当钻头没入样地第一预设距离时，向钻设的孔内供水以使钻头掘进时孔内的沙土形成砂浆而沿钻杆外壁溢出至孔外的步骤中，供水方式如下：初始供水量小，并且随着钻头的持续钻进，逐渐加大供水量。在其他的一个或多个示例中，第一预设距离为15cm，第二预设距离为1m。在其他的一个或多个示例中，钻井方法还包括：在步骤三后执行的步骤四，步骤四、在供水条件下，于保护管内的钻头继续掘进第二预设距离后，持续掘进第二预设距离时停止供水并依次拔出钻杆和保护管插入长度与观测井深度相同的保护管，并继续掘进。在其他的一个或多个示例中，钻井方法包括在步骤四后执行的重做步骤，通过重做步骤使观测井达到期望深度；重做步骤包括交替并依次地执行步骤三和步骤四。在其他的一个或多个示例中，在执行重做步骤中，当钻头掘进至地下水位深度时，插入观测井内的保护管的长度大于观测井的深度，且保护管的一端伸出至观测井外1m高度，且被构筑在混凝土保护台。钻井装置被用于执行前述的钻井方法。钻井装置包括：供水设备，供水设备被提供以储存水，并且被控制进行供水或停止供水；设置有钻头的钻杆，钻头的直径大于钻杆的直径，钻杆具有相对的掘进端和自由端，钻头与掘进端连接，自由端与供水设备匹配连接，掘进端设置有排水孔，钻杆设置有与排水孔连通的送水通道，送水通道被构造成输送由供水设备提供的水并通过排水孔排出至钻杆外；与钻杆匹配连接的动力设备，动力设备被构造成提供钻头掘进的动力；被独立地提供的保护管，保护管是两端具有开口的中空直管，保护管的管腔大于钻头的直径。上述方案的有益效果：本专利技术提供的钻井方法简单、操作易行，节约时间和成本。在地下水观测井挖掘完以后，可长时间保护沙层移动对井口的填埋和地下水中的观测装置，便于在沙漠地区进行识别和管理，降低了水体被污染的机率。监测了解地下水位的动态变化，为沙漠地区的生态可持续发展提供保障。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的钻井装置的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的钻井装置与观测井俯视尺寸对比示意图。图标：100-钻井装置；101-供水设备；102-管道；140-动力设备；105-样地；106-钻杆；107-钻头；108-观测井；130-保护管；601-自由端；602-掘进端。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该专利技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，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专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。在本专利技术中，在不矛盾或冲突的情况下，本专利技术的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。在本专利技术中，常规的设备、装置、部件等，既可以商购，也可以根据本专利技术公开的内容自制。在本专利技术中，为了突出本专利技术的重点，对一些常规的操作和设备、装置、部件进行的省略，或仅作简单描述。沙漠地区缺水是一个普遍的现象。在沙漠地区打井过程中，缺水也是不得不面临的主要问题。水的使用在打井本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钻井方法，所述钻井方法被实施以在沙漠地区钻孔，且所述钻孔被作为沙漠地区地下水观测井，其特征在于，所述钻井方法包括：步骤一、选择表层无流沙或存在浅表流沙的区域为钻孔区，以获得样地；步骤二、使钻杆的钻头与所述样地表面垂直的角度进行钻孔操作，当所述钻头没入所述样地第一预设距离时，向钻设的孔内供水以使所述钻头掘进时孔内的沙土形成砂浆而沿钻杆外壁溢出至孔外，其中，所述钻杆的直径小于所述钻头的直径；步骤三、当所述钻头没入所述样地第二预设距离时，停止供水并取出所述钻杆，向孔内插入保护管后将所述钻杆插入所述保护管内并供水，以使所述钻头掘进时孔内的沙土形成砂浆而沿钻杆外壁与所述保护管的内壁溢出至孔外，其中，所述第二预设距离大于所述第一预设距离，所述保护管的直径大于所述钻头的直径。

【技术特征摘要】
1.一种钻井方法，所述钻井方法被实施以在沙漠地区钻孔，且所述钻孔被作为沙漠地区地下水观测井，其特征在于，所述钻井方法包括：步骤一、选择表层无流沙或存在浅表流沙的区域为钻孔区，以获得样地；步骤二、使钻杆的钻头与所述样地表面垂直的角度进行钻孔操作，当所述钻头没入所述样地第一预设距离时，向钻设的孔内供水以使所述钻头掘进时孔内的沙土形成砂浆而沿钻杆外壁溢出至孔外，其中，所述钻杆的直径小于所述钻头的直径；步骤三、当所述钻头没入所述样地第二预设距离时，停止供水并取出所述钻杆，向孔内插入保护管后将所述钻杆插入所述保护管内并供水，以使所述钻头掘进时孔内的沙土形成砂浆而沿钻杆外壁与所述保护管的内壁溢出至孔外，其中，所述第二预设距离大于所述第一预设距离，所述保护管的直径大于所述钻头的直径。2.根据权利要求1所述的钻井方法，其特征在于，在进行步骤二中的对所述样地进行钻孔之前，步骤一中还包括根据预设观测井直径去除所述钻孔区表面沙土形成工作平台。3.根据权利要求1所述的钻井方法，其特征在于，所述预设观测井直径大于所述钻头的直径。4.根据权利要求2或3所述的钻井方法，其特征在于，形成所述工作平台的过程中，去除所述钻孔区表面沙土的深度为10cm，所述工作平台的面积为1m×1m；优选地，所述工作平台铺设有防渗布，且预留所述钻头的钻孔位置。5.根据权利要求1所述的钻井方法，其特征在于，在步骤二中，当所述钻头没入所述样地第一预设距离时，向钻设的孔内供水以使所述钻头掘进时孔内的沙土形成砂浆而沿钻杆外壁溢出至孔外的步骤中，供水方式如下：初始供水量小，并且随着所述钻头的持续钻进，逐渐加大供水量。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李培都，冯起，司建华，席海洋，尹振良，何延忠，
申请(专利权)人：中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62