本发明专利技术提供了一种用于破碎灰岩地层的钻进取样装置及方法。所述取样装置包括钻杆接头、封堵球、岩芯管和钻头，所述钻杆接头包括上方的钻杆连接部和下方的岩芯管连接部，在岩芯管连接部内设有钻井液转换腔，岩芯管顶盖开设有钻井液循环口；在岩芯管与钻头的侧壁分别开设有轴向贯通的第一、第二钻井液循环通道，每条钻井液循环通道与钻井液转换腔连通；所述封堵球位于钻井液循环口时，钻井液通过第一、第二钻井液循环通道循环，取下封堵球，钻井液通过岩芯管正常循环。本发明专利技术可实现钻井液孔底局部发挥作用，保证岩屑不在孔底堆积，以此提高破碎灰岩地层钻进效率；同时该装置可实现两种钻井液循环路径，避免了勘察钻机携带多种钻具的繁琐。的繁琐。的繁琐。
【技术实现步骤摘要】
一种用于破碎灰岩地层的钻进取样装置及方法
[0001]本专利技术涉及岩土工程勘察
，尤其涉及一种用于破碎灰岩地层的钻进取样装置及方法。
技术介绍
[0002]灰岩地区溶洞及裂隙发育，尤其是在破碎灰岩层，裂隙的规模及宽度更大，在此区域进行勘察钻探，当钻至灰岩破碎地层，钻井液从泥浆池泵入钻具内流到孔底后，由于裂隙的存在，钻井液无法从孔底沿着孔壁返回孔口，而是会通过裂隙流向灰岩破碎地层内，此时钻井液难以产生循环，无法有效地携带钻头切削产生的岩屑，岩屑易堆积在孔底，进而阻隔钻头进一步切削岩石，在此情况下，钻机在灰岩破碎地层的钻进效率会变低，钻孔达到设计孔深的时间延长，同时若长期在破碎灰岩层钻进，无法尽快穿透破碎灰岩层，对该处地层的扰动更大，钻孔发生垮孔甚至埋钻的几率越高，严重影响灰岩地区勘察工程的顺利开展。
技术实现思路
[0003]为解决灰岩地区勘察钻探效率低的问题，本专利技术提出一种用于破碎灰岩地层的钻进取样装置及方法，该取样装置可实现钻井液孔底局部发挥作用，保证岩屑不在孔底堆积，以此提高破碎灰岩地层钻进效率。
[0004]为了达到上述技术目的，本专利技术提供了一种用于破碎灰岩地层的钻进取样装置，所述取样装置包括钻杆接头、封堵球、岩芯管和钻头，所述钻杆接头包括上方的钻杆连接部和下方的岩芯管连接部，在钻杆连接部内设有与钻杆相匹配的钻井液进口，在岩芯管连接部内设有钻井液转换腔；
[0005]所述岩芯管的上连接口与钻杆接头的岩芯管连接部密封连接，连接后岩芯管的顶盖置于钻井液转换腔内，并在岩芯管的顶盖开设有与钻井液转换腔连通的钻井液循环口，所述钻井液循环口的大小与封堵球相匹配，在岩芯管的管壁开设有多条沿着岩芯管轴向贯通的第一钻井液循环通道，每条钻井液循环通道上端与钻井液转换腔连通；
[0006]所述钻头密封连接在岩芯管的下连接口，在钻头的侧壁设有多条沿着钻头轴向贯通的第二钻井液循环通道，且第二钻井液循环通道的数量和位置均与岩芯管侧壁上的第一钻井液循环通道的数量和位置相匹配，每条第二钻井液循环通道与对应的第一钻井液循环通道相互连通；所述钻头的钻进面设有一圈钻齿，并在钻齿的斜面开设有与第二钻井液循环通道连通的出水口；
[0007]当钻进取样装置在灰岩上覆土层钻进过程中，封堵球取出，此时钻井液通过钻井液转换腔和钻井液循环口进入岩芯管内进行正常循环；当钻进取样装置钻进至灰岩破碎层时，所述封堵球置于钻井液循环口处，此时钻井液通过钻井液转换腔进入第一钻井液循环通道和第二钻井液循环通道流向钻头底端的出水口。
[0008]本专利技术较优的技术方案：所述钻头的钻齿上嵌有聚晶金刚石复合片，设置在钻齿上的出水口正对钻齿上的聚晶金刚石复合片。
[0009]本专利技术较优的技术方案：所述钻杆接头的岩芯管连接部与岩芯管的上连接口与螺纹套接，且岩芯管连接部套在岩芯管上连接口的外部，所述钻井液转换腔和岩芯管的顶盖均为向上凸起的弧形，岩芯管的顶盖与钻井液转换腔的弧形腔比之间形成弧形通道，所述钻井液循环口位于岩芯管顶盖的中心部位，且钻井液循环口上大下小，其大口直径大于封堵球的直径，小口直径小于封堵球的直径。
[0010]本专利技术较优的技术方案：所述钻头与岩芯管的下连接口螺纹套接，且钻头套接在岩芯管下连接口外，在钻头连接部位设有与第一钻井液循环通道连通的弧形凹槽，所述第二钻井液循环通道的上端口开设在弧形凹槽的底面。
[0011]本专利技术较优的技术方案：所述岩芯管和钻头的管壁厚度相匹配，均为1～2cm，所述第一钻井液循环通道和第二钻井液循环通道分别沿着岩芯管和钻头的侧壁呈环形等距分布；所述第一钻井液循环通道和第二钻井液循环通道的直径为0.5～1cm，且不大于岩芯管和钻头管壁厚的一半。
[0012]为了达到上述技术目的，本专利技术还提供了一种用于破碎灰岩地层的钻进取样方法，所述钻进取样方法使用上述用于破碎灰岩地层的钻进取样装置进行钻进取样，其具体步骤如下：
[0013](1)钻机就位，并将钻进取样装置的封堵球取出，然后将其与钻杆连接，从灰岩上覆土层开始钻进，此时钻井液通过泥浆泵进入钻杆中，并通过钻杆输送到钻杆接头内，然后通过钻井液转换腔和钻井液循环口进入岩芯管内，并通过岩芯管底部流出，并沿着岩芯管与孔壁之间的间隙向上回流至孔口，再回到泥浆池，完成钻井液的正常循环；
[0014](2)在钻进过程中，观察钻井液的循环情况，当钻进速度下降、且钻井液返液量变小或者停止返液，此时判断钻进取样装置钻至灰岩破碎层，便停止钻进，拔出钻进取样装置；
[0015](3)拔出钻进取样装置后，将钻杆接头与岩芯管拆开，并将封堵球放置在岩芯管顶盖的中心部位的钻井液循环口处，由于钻井液循环上大下小，且大口直径大于封堵球的直径，小口直径小于封堵球的直径，封堵球刚好卡在钻井液循环口处，将钻井液循环口封堵住，并将钻杆接头与岩芯管安装好；
[0016](4)然后将装好的钻井取样装置再次放入钻孔内继续钻进，在钻进过程中，通过泥浆泵将钻井液泵入钻杆和钻杆接头内，进入钻杆接头的钻井液给与封堵球向下的压力，可以使封堵球的封堵效果更好，此时钻井液沿取芯管侧壁的第一钻井液循环通道和钻头侧壁的第二钻井液循环通道流向钻头底端的出水口，并通过出水口流出，流出的钻井液将聚晶金刚石复合片回转切削的岩屑携带一起流向灰岩破碎层的裂隙中。
[0017]本专利技术较优的技术方案：当灰岩破碎层钻进取样完成后，钻进至灰岩完整层后，拔出钻进取样装置后，将钻杆接头与岩芯管拆开将封堵球取出，将钻杆接头与岩芯管安装好放入钻孔内继续钻进，此时钻井液在取样装置内恢复正常循环，钻井液通过泥浆泵进入钻杆中，从取芯管底部流出，携带岩屑向上回流至灰岩破碎层时，再流入裂隙中。
[0018]本专利技术较优的技术方案：当钻进取样装置钻进的过程中出现抖动情况时，所述钻进取样装置位于灰岩破碎层；当钻进取样装置从抖动状态变得平稳时，判断钻进取样装置钻进至灰岩完整层。
[0019]本专利技术中的取样装置在破碎灰岩地层钻进时，所述钻井液的流通路径，从钻杆内
流到钻杆接口处，进入钻井液转换腔，由于封堵球阻隔，钻井液沿着岩芯管侧壁内的多条钻井液循环通道向下流，流经凹槽处，再从钻头侧壁的钻井液循环通道流向钻齿上的出水口，通过正对钻头底端PDC的出水口流出，再流向灰岩破碎地层的裂隙内；所述钻头切削岩石产生岩屑，通过所设水口内钻井液的冲刷，将岩屑清理到钻头与灰岩地层的切削接触面以外，保证钻头底端PDC持续切削灰岩，提高钻进效率。本专利技术中的所述钻杆接头与岩芯管之间可拆卸，内部的封堵球可取出，钻井液在钻井液转换腔内可直接向下流入岩芯管内，即可改变钻井液的流通路径为常规的从取芯管内侧流到孔底。
[0020]本专利技术结构简单、使用方便，可以根据钻进地层不同选取不同的钻井液循环路劲，可实现钻井液孔底局部发挥作用，保证岩屑不在孔底堆积，以此提高破碎灰岩地层钻进效率；同时本专利技术中的装置可实现两种钻井液循环路径，一物两用，避免了勘察钻机携带多种钻具的繁琐。
附图说明
[0021]图1为本专利技术勘察本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于破碎灰岩地层的钻进取样装置，其特征在于：所述取样装置包括钻杆接头(1)、封堵球(2)、岩芯管(3)和钻头(4)，所述钻杆接头(1)包括上方的钻杆连接部和下方的岩芯管连接部，在钻杆连接部内设有与钻杆(1)相匹配的钻井液进口(100)，在岩芯管连接部内设有钻井液转换腔(6)；所述岩芯管(3)的上连接口与钻杆接头(1)的岩芯管连接部密封连接，连接后岩芯管(3)的顶盖置于钻井液转换腔(6)内，并在岩芯管(3)的顶盖开设有与钻井液转换腔(6)连通的钻井液循环口(300)，所述钻井液循环口(300)的大小与封堵球(2)相匹配，在岩芯管(3)的管壁开设有多条沿着岩芯管轴向贯通的第一钻井液循环通道(7)，每条钻井液循环通道(7)上端与钻井液转换腔(6)连通；所述钻头(4)密封连接在岩芯管(3)的下连接口，在钻头(4)的侧壁设有多条沿着钻头轴向贯通的第二钻井液循环通道(9)，且第二钻井液循环通道(9)的数量和位置均与岩芯管(3)侧壁上的第一钻井液循环通道(7)的数量和位置相匹配，每条第二钻井液循环通道(9)与对应的第一钻井液循环通道(7)相互连通；所述钻头(4)的钻进面设有一圈钻齿(400)，并在钻齿(400)的斜面开设有与第二钻井液循环通道(9)连通的出水口(10)；当钻进取样装置在灰岩上覆土层钻进过程中，封堵球(2)取出，此时钻井液通过钻井液转换腔(6)和钻井液循环口(300)进入岩芯管(3)内进行正常循环；当钻进取样装置钻进至灰岩破碎层时，所述封堵球(2)置于钻井液循环口(300)处，此时钻井液通过钻井液转换腔(6)进入第一钻井液循环通道(7)和第二钻井液循环通道(9)流向钻头(4)底端的出水口(10)。2.根据权利要求1所述的一种用于破碎灰岩地层的钻进取样装置，其特征在于：所述钻头(4)的钻齿(400)上嵌有聚晶金刚石复合片(5)，设置在钻齿(400)上的出水口(10)正对钻齿上的聚晶金刚石复合片(5)。3.根据权利要求1或2所述的一种用于破碎灰岩地层的钻进取样装置，其特征在于：所述钻杆接头(1)的岩芯管连接部与岩芯管(3)的上连接口与螺纹套接，且岩芯管连接部套在岩芯管(3)上连接口的外部，所述钻井液转换腔(6)和岩芯管(3)的顶盖均为向上凸起的弧形，岩芯管(3)的顶盖与钻井液转换腔(6)的弧形腔比之间形成弧形通道，所述钻井液循环口(300)位于岩芯管(3)顶盖的中心部位，且钻井液循环口(300)上大下小，其大口直径大于封堵球(2)的直径，小口直径小于封堵球(2)的直径。4.根据权利要求1或2所述的一种用于破碎灰岩地层的钻进取样装置，其特征在于：所述钻头(4)与岩芯管(3)的下连接口螺纹套接，且钻头(4)套接在岩芯管(3)下连接口外，在钻头(4)连接部位设有与第一钻井...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡建伟，刘昊东，陈学龙，柴文俊，邓少林，
申请(专利权)人：中冶武勘工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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