一种连续取样钻进系统的正反循环远程控制切换接头技术方案

本发明专利技术公开了一种连续取样钻进系统的正反循环远程控制切换接头，本发明专利技术系统包括反循环钻机、钻具、空压机、正反循环远程切换接头、开启正反循环远程切换接头，实现空气正反循环切换，在含水地层钻探采样过程中，利用正循环实现含水地层排水，并利用反循环实现干燥岩样采集，本发明专利技术工艺方法在含水地层钻探采样过程中，利用正循环实现含水地层排水，利用反循环实现干燥岩样采集，在保证返出岩矿样干燥的前提下提高岩样采取率。提下提高岩样采取率。提下提高岩样采取率。

【技术实现步骤摘要】
一种连续取样钻进系统的正反循环远程控制切换接头


[0001]本专利技术申请为申请日2020年4月10日，申请号为：202010276877.9，名称为“一种用于含水地层的空气反循环连续取样钻进系统及工艺方法”的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]本专利技术涉及钻探
，特别是一种用于含水地层的空气反循环连续取样钻进系统及工艺方法。

技术介绍

[0003]空气反循环连续取样钻进技术是以连续高效地获取高品质岩屑样为目的的一种钻探技术，其原理是将压缩空气作为冲洗介质从双壁钻杆环状间隙送至孔底，携带岩样从中心通道高速返回地表的钻进工艺方法。因孔底钻具形态结构的特殊设计，压缩空气到达孔底后开始分流，其中绝大部分空气携带孔底钻头即时破碎的岩屑经钻头面通孔进入上部钻具中心通道；一小部分空气由钻杆及孔壁间隙上返，可平衡孔底水压，维持孔底碎岩的干燥作业环境，故理论上空气反循环连续取样钻进工艺碎岩钻进产生干燥且即时上返的岩屑样，空气反循环连续取样钻进样品采取率可达100％，可实时反映孔底岩层状态，经压缩空气强制破碎的全部岩柱(岩屑)经由中心通道上返至地表，避免了围岩的干扰。
[0004]但在实际应用中，实钻地层中的地下水情况对空气反循环连续取样钻进样品采取率影响很大，在地下水位以上钻进时：上返岩矿样为干燥样，其采取率可以达90％以上。在地下水位以下钻进时：当实钻地层含少量水时，此时气体压力可与外环水压力达到平衡，在钻进过程钻具上方将形成一圈泥环，这种泥环在一定程度上起到外环间隙密封的作用，进而保持孔底的干燥作业环境，提高了岩样采取率。但当实钻地层地下水位较高时，井底处地层孔隙水压力超过井壁与钻杆间的外环空气压力，在钻进过程中，地下水将涌入孔底，随岩样从钻杆中空通道上返，岩样呈淤泥状，给岩样收集带来极大的困难，且会造成样品污染，部分样品将随地下水流失，其岩样采取率往往较干样钻进时低得多，通常仅为40％－70％，无法满足地质勘查规范对矿样采取率的要求。
[0005]目前针对这一现状没有解决方法，通常采用可滤水的布袋作为取样袋接在旋流分离取样器下出口处，返上的淤泥岩矿样在布袋中滤水晒干成为干燥样品后再进行后期处理。这样处理会造成岩矿样随地下水大量流失，采取率过低，且湿岩样处理起来耗时较长，地质人员对于这样的岩矿样很难接受。因此空气反循环连续取样钻进工艺方法在含地下水的地层使用时受到极大的限制。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术目的是为了解决在含水地层利用空气反循环连续取样钻进采样，采取率过低、样品处理困难的问题而提供的一种用于含水地层的空气反循环连续取样钻进系统及工艺方法。
[0007]本专利技术提供的一种用于含水地层的空气反循环连续取样钻进系统，其特征在于：包括反循环钻机、钻具、空压机、正反循环远程切换接头、正循环排渣引流装置、正循环排出
岩屑样的分离收集装置、反循环排出岩屑样的分离收集装置；
[0008]所述钻具包括从上到下依次设置的钻机动力头、双壁钻杆、贯通式潜孔锤，所述钻机动力头包括进气端、出气端、岩屑样出口端；
[0009]所述正反循环远程控制切换接头包括接头外管、接头内管和远程控制阀体，所述接头内管置于所述接头外管内，所述接头内管和所述接头外管的中心线位于同一直线上，所述远程控制阀体用于远程控制接头内管通道的开合；
[0010]所述正循环排渣引流装置包括孔口套管、孔口环空密封排渣引流装置，所述孔口套管为带有环形凸沿的圆柱形中空管体，所述孔口环空密封排渣引流装置包括上部结构和下部结构，所述上部结构包括锥形胶芯、上部管件，所述锥形胶芯置于所述上部管件内，并通过螺栓安装于法兰，所述法兰与所述上部管件连接，所述下部结构为三通管体，所述三通管体的上部管体与所述上部结构相连，所述三通管体的下部管体与所述孔口套管的环形凸沿通过法兰连接；
[0011]所述正循环排出岩屑样的分离收集装置包括正循环排渣管、旋流分离器；
[0012]所述反循环排出岩屑样的分离收集装置包括反循环排渣管、旋流分离器；
[0013]所述反循环钻机连接所述钻具，所述钻机动力头的进气端通过高压胶管与所述空压机相连，所述钻机动力头的岩屑样出口端与所述反循环排渣管相连，所述反循环排渣管与所述旋流分离器相连，所述钻机动力头的出气端与所述接头外管螺纹连接，所述接头外管另一端与所述双壁钻杆的外杆螺纹连接，在所述接头外管与所述双壁钻杆连接的同一端，所述接头内管与所述双壁钻杆的内杆插入式连接；所述双壁钻杆的内杆、正反循环远程切换接头的接头内管、钻机动力头的岩屑样出口端、反循环排渣管、旋流分离器依次连通组成岩屑样上返收集通道；
[0014]所述正循环排渣引流装置套设于所述双壁钻杆外壁的钻孔孔口处，所述孔口套管插入钻孔孔口，所述三通管体的侧向导流管体与所述正循环排渣管相连，所述正循环排渣管与所述旋流分离器相连，钻孔孔壁与所述双壁钻杆外壁间隙组成的通道、所述正循环排渣引流装置与所述双壁钻杆外壁间隙组成的通道、正循环排渣管、旋流分离器依次连通组成地层水排出收集通道。
[0015]作为本技术方案的进一步改进，所述远程控制阀体包括球形阀、阀体、阀杆、压盖螺母、执行器，所述球形阀和所述阀体在所述接头内管中，所述球形阀上连接所述阀杆，所述阀杆与所述执行器连接，所述螺母压盖与所述接头外管螺纹连接。
[0016]作为本技术方案的进一步改进，所述执行器为电动执行器。
[0017]作为本技术方案的进一步改进，在所述钻机动力头的出气端与所述接头外管连接的连接端，所述接头外管为内螺纹，沿所述接头外管的内螺纹末端所在位置设置环状平台，在内螺纹末端对应位置，在所述接头内管外壁同一圆周上均匀分布若干凸起，所述凸起卡接在所述平台表面。
[0018]作为本技术方案的进一步改进，所述凸起为长方形，数量为三个，均匀分布在所述接头内管外壁同一圆周上。
[0019]作为本技术方案的进一步改进，所述孔口套管内径不小于钻孔孔口直径。
[0020]作为本技术方案的进一步改进，所述上部结构与所述下部结构通过快接夹连接。
[0021]作为本技术方案的进一步改进，所述法兰与所述上部管件、所述上部结构与所述
三通管体的上部管体相连面、所述三通管体下部管件与所述孔口套管的环状凸沿连接面，分别用石棉垫起密封作用。
[0022]本专利技术另外提供了一种用于含水地层的空气反循环连续取样钻进工艺方法，其特征在于：所述工艺方法是将反循环钻机、钻具、空压机、正反循环远程切换接头、正循环排渣引流装置、正循环排出岩屑样的分离收集装置、反循环排出岩屑样的分离收集装置装配连接。
[0023]空气反循环连续取样钻进时，开启所述正反循环远程切换接头，所述正反循环远程控制切换接头中的球形阀处于常开状态，开始所述空压机产生压缩空气，压缩空气输出，经由所述钻机动力头、所述正反循环远程控制切换接头进入所述双壁钻杆的环状通道，压缩空气驱动所述贯通式潜孔锤动作，在钻孔底部形成均匀的负压区，通过卷吸作用携带岩屑样向上返本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续取样钻进系统的正反循环远程控制切换接头，其特征在于：包括反循环钻机、钻具、空压机、正反循环远程切换接头；所述钻具包括从上到下依次设置的钻机动力头、双壁钻杆、贯通式潜孔锤，所述钻机动力头包括进气端、出气端、岩屑样出口端；所述正反循环远程控制切换接头包括接头外管、接头内管和远程控制阀体，所述接头内管置于所述接头外管内，所述接头内管和所述接头外管的中心线位于同一直线上，所述远程控制阀体用于远程控制接头内管通道的开合；所述远程控制阀体包括球形阀、阀体、阀杆、压盖螺母、执行器，所述球形阀和所述阀体在所述接头内管中，所述球形阀上连接所述阀杆，所述阀杆与所述执行器连接，所述压盖螺母与所述接头外管螺纹连接；所述执行器为电动执行器、还可以是气动或液动执行器；所述正反循环远程控制切换接头实现空气正反循环切换，在含水地层钻探采样过程中，利用正循环实现含水地层排水，并利用反循环实现干燥岩样采集。2.根据权利要求1所述的一种连续取样钻进系统的正反循环远程控制切换接头，其特征在于：所述正反循环远程控制切换接头和正循环排渣引流装置、正循环排出岩屑样的分离收集装置、反循环排出岩屑样的分离收集装置组成空气反循环连续取样钻进系统；保证返出岩矿样干燥的前提下大大提高空气反循环连续取样钻进工艺方法钻取岩矿样的采取率，扩大了空气反循环连续取样钻进工艺方法的使用范围；所述正循环排渣引流装置包括孔口套管、孔口环空密封排渣引流装置，所述孔口套管为带有环形凸沿的圆柱形中空管体，所述孔口环空密封排渣引流装置包括上部结构和下部结构，所述上部结构包括锥形胶芯、上部管件，所述锥形胶芯置于所述上部管件内，并通过螺栓安装于法兰，所述法兰与所述上部管件连接，所述下部结构为三通管体，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晟辉，孟祥瑞，吴金生，赵远刚，
申请(专利权)人：中国地质科学院探矿工艺研究所，
类型：发明
国别省市：