CN118008179A - 一种螺杆马达取心结构及其定向钻孔造斜段的取心技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺杆马达取心结构，涉及定向钻探和取心钻进工艺领域。它包括定向钻杆，导向系统，螺杆钻具，岩心管、取心钻头；螺杆钻具为弯螺杆钻具。本发明能使定向造斜和取心钻进可同时进行，即造斜钻进的过程同时也是取心钻进的过程，既能保证钻孔轨迹按照设计轨迹延伸，同时也能保证岩心采取率，不需要分开进行。本发明还涉及这种螺杆马达取心结构的定向钻孔造斜段的取心技术。

Description

一种螺杆马达取心结构及其定向钻孔造斜段的取心技术

技术领域

本发明涉及定向钻探和取心钻进工艺领域，更具体地说它是一种螺杆马达取心结构，本发明还涉及这种螺杆马达取心结构的定向钻孔造斜段的取心技术。

背景技术

目前应用于定向钻孔的取心技术多为回次提钻取心技术，应用于定向造斜钻进和取心钻进的钻具组合分别为两套相对独立的钻具组合。

定向造斜钻进时，在钻杆前端依次连接螺杆钻具和定向钻头，钻进过程采用全断面破碎钻进；取心钻进时，采用常规的空心钻杆，空心钻杆前端连接岩心管和取心钻头，取心钻进过程中可采取岩心，但无法实时对钻孔轨迹进行控制。

通常情况下，定向钻孔为了能采取岩心，会采取造斜钻进和取心钻进交替进行的方法；造斜钻进为全断面破碎钻进，不采取岩心，造斜钻进回次结束后，提钻将螺杆钻具更换为取心钻具，进行取心钻进，取心钻进回次过程中不进行造斜；在一些对岩心采取要求较高的工程勘察项目中，该方法既无法精确控制钻孔轨迹，又无法保证较高的岩心采取率，降低了工程勘察的成果质量，也可能为后续工程建设项目的建设安全埋下隐患。

因此，为了解决在造斜钻进过程中无法同时采取岩心的问题，研发一种螺杆马达取心结构及其定向钻孔造斜段的取心技术很有必要。

发明内容

本发明的第一目的是为了克服上述背景技术的不足之处，而提供一种螺杆马达取心结构。

本发明的第二目的是为了提供这种螺杆马达取心结构的定向钻孔造斜段的取心技术

为了实现上述第一目的，本发明的技术方案为：一种螺杆马达取心结构，其特征在于：包括定向钻杆，与定向钻杆连接的导向系统，与导向系统连接的螺杆钻具，与螺杆钻具的传动轴连接的岩心管、与岩心管连接的取心钻头；

所述螺杆钻具为弯螺杆钻具。

在上述技术方案中，所述导向系统包括上无磁钻杆、探管外管、下无磁钻杆和测量探管，所述上无磁钻杆与定向钻杆连接，所述下无磁钻杆与螺杆钻具连接，所述探管外管一端与上无磁钻杆连接、另一端与下无磁钻杆连接，所述测量探管位于探管外管内，所述测量探管与通缆连接，所述通缆沿上无磁钻杆伸出定向钻杆。

在上述技术方案中，所述螺杆钻具弯头的角度范围为0°-1.5°；所述岩心管长度范围为0.5m-3.0m。

在上述技术方案中，所述螺杆钻具弯头角度越大，岩心管长度越短；所述岩心管长度越长，螺杆钻具弯头角度越小。

在上述技术方案中，所述岩心管通过变径接头与传动轴连接。

为了实现上述第二目的，本发明的技术方案为：

一种螺杆马达取心结构的定向钻孔造斜段的取心技术，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选取合适的钻具组合；定向钻孔沿开孔倾角完成斜孔段的钻进抵达造斜段起点后，提钻至地表，针对造斜段进行钻具组合的更换；

步骤2：先依次连接定向钻杆中的上无磁钻杆、测量探管及下无磁钻杆，再依次将选取的螺杆钻具、岩心管及取心钻头安装在钻具前端，岩心管和取心钻头替代常规定向造斜时螺杆钻具前端的定向钻头；

步骤3：钻具组合安装完成后，连接测量系统，在孔口对钻具工具面角进行复位校正，下钻至孔底；

步骤4：司钻前，将随钻测量接头连接在钻杆后方，对钻孔轨迹进行测量；

步骤5：根据钻孔设计轨迹数据，计算本回次螺杆钻具工具面角，顺时针回转钻机动力头，同时观察随钻测量系统图形界面，将钻具回转至计算所得工具面；

步骤6：拆掉钻杆后方随钻测量接头，连接水接头，启动泥浆泵，调整钻进参数，以恰当的钻压和泵量进行滑动定向钻进，使钻孔轨迹沿当前工具面方向延伸，同时取心钻头破碎前端岩层，使岩心进入岩心管中；

步骤7：向前钻进直至岩心充满岩心管后，拆掉水接头，再次连接随钻测量系统，对当前测点进行数据测量，获取钻孔轨迹数据，与钻孔设计轨迹数据进行比对。

步骤8：完成钻孔轨迹数据对比后，提出孔内钻具，拆卸掉螺杆钻具前端的岩心管，卸下取心钻头，取出岩心管内的岩心，完成本回次的定向造斜及取心钻进。

步骤9：重复步骤2-8，逐步钻进直至定向钻孔造斜段全部完成，钻孔进入隧洞埋深所在的水平孔段。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

1)本发明能使定向造斜和取心钻进可同时进行，即造斜钻进的过程同时也是取心钻进的过程，既能保证钻孔轨迹按照设计轨迹延伸，同时也能保证岩心采取率，不需要分开进行。

2)本发明相较现有的定向钻技术及取心技术，钻进过程可实现全孔取心，提高钻孔轨迹精确程度以及岩心采取率，提高勘察工作的效率及精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1-定向钻杆，2-导向系统，21-上无磁钻杆，22-探管外管，23-下无磁钻杆，24-测量探管，241-通缆，3-螺杆钻具，31-传动轴，4-岩心管，41-变径接头，5-取心钻头，6-定向钻头。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的实施情况，但它们并不构成对本发明的限定，仅作举例而已。同时通过说明使本发明的优点将变得更加清楚和容易理解。

参阅附图可知：一种螺杆马达取心结构，其特征在于：包括定向钻杆1，与定向钻杆1连接的导向系统2，与导向系统2连接的螺杆钻具3，与螺杆钻具3的传动轴31连接的岩心管4、与岩心管4连接的取心钻头5；

所述螺杆钻具3为弯螺杆钻具。

所述导向系统2包括上无磁钻杆21、探管外管22、下无磁钻杆23和测量探管24，所述上无磁钻杆21与定向钻杆1连接，所述下无磁钻杆23与螺杆钻具3连接，所述探管外管22一端与上无磁钻杆21连接、另一端与下无磁钻杆23连接，所述测量探管24位于探管外管22内，所述测量探管24与通缆241连接，所述通缆241沿上无磁钻杆21伸出定向钻杆1。

所述螺杆钻具3弯头的角度范围为0°-1.5°，不需要特殊制作；所述岩心管4长度范围为0.5m-3.0m，需根据螺杆钻具3及地层情况选择不同的长度。

所述螺杆钻具3弯头角度越大，岩心管4长度宜越短；反之，岩心管4长度宜越长，螺杆钻具3弯头角度越小。

所述岩心管4通过变径接头41与传动轴31连接。

一种螺杆马达取心结构的定向钻孔造斜段的取心技术，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选取合适的钻具组合；定向钻孔沿开孔倾角完成斜孔段的钻进抵达造斜段起点后，提钻至地表，针对造斜段进行钻具组合的更换；

步骤2：先依次连接定向钻杆1中的上无磁钻杆21、测量探管24及下无磁钻杆23，再依次将选取的螺杆钻具3、岩心管4及取心钻头5安装在钻具前端，岩心管4和取心钻头5替代常规定向造斜时螺杆钻具前端的定向钻头6；

步骤3：钻具组合安装完成后，连接测量系统，在孔口对钻具工具面角进行复位校正，下钻至孔底；

步骤4：司钻前，将随钻测量接头连接在钻杆后方，对钻孔轨迹进行测量；

步骤5：根据钻孔设计轨迹数据，计算本回次螺杆钻具3工具面角，顺时针回转钻机动力头，同时观察随钻测量系统图形界面，将钻具回转至计算所得工具面；

步骤6：拆掉钻杆后方随钻测量接头，连接水接头，启动泥浆泵，调整钻进参数，以恰当的钻压和泵量进行滑动定向钻进，使钻孔轨迹沿当前工具面方向延伸，同时取心钻头5破碎前端岩层，使岩心进入岩心管4中；

步骤7：向前钻进直至岩心充满岩心管4后，拆掉水接头，再次连接随钻测量系统，对当前测点进行数据测量，获取钻孔轨迹数据，与钻孔设计轨迹数据进行比对。

步骤8：完成钻孔轨迹数据对比后，提出孔内钻具，拆卸掉螺杆钻具3前端的岩心管4，卸下取心钻头5，取出岩心管4内的岩心，完成本回次的定向造斜及取心钻进。

步骤9：重复步骤2-8，逐步钻进直至定向钻孔造斜段全部完成，钻孔进入隧洞埋深所在的水平孔段。

实际使用中，岩心管4可为单管岩心管、双管岩心管、三层管等；取心钻头5需根据岩心管4及地层情况选择，可选金刚石孕镶钻头、金刚石表镶钻头、金刚石复合片钻头、电镀钻头。当定向钻孔到达造斜段起点时，提钻至孔口对钻具组合进行更换；根据钻孔设计最大狗腿度选取合适角度的螺杆钻具3和合适长度的岩心管4。

实施例

下面结合某输水隧洞勘察工程定向钻孔实例对本发明做进一步发明，但本发明并不限于以下实例。

为查明隧洞围岩地层岩性及地质结构、岩溶现象和发育程度、岩体透水性、发育断层带规模及工程地质特性等，布设复合定向钻孔进行勘察；复合定向钻孔设计以-25°倾角开孔进行斜孔段钻进，随后经过变轨曲率为1°/3m的变轨段进入隧洞埋深所在的水平孔段，最后再经过变轨曲率为1°/3m的变轨段进入最后的斜孔段。

该钻孔要求全孔取心，为此将本发明应用于该钻孔的变轨段。

一种螺杆马达取心结构的定向钻孔造斜段的取心技术，包括以下步骤：

步骤1：选取合适的钻具组合；定向钻孔沿开孔倾角完成斜孔段的钻进抵达造斜段起点后，提钻至地表，针对造斜段进行钻具组合的更换；根据设计钻孔轨迹及地层情况，选用1.25°的螺杆钻具3，长度为1m、1.5m、2m、3m不等的岩心管4，岩心管4将根据实际地层情况及钻孔轨迹进行灵活更换，取心钻头5选用Φ110mm的金刚石复合片钻头。

步骤2：先依次连接定向钻杆1中的上无磁钻杆21、测量探管24及下无磁钻杆23，再依次将选取的螺杆钻具3、岩心管4及取心钻头5安装在钻具前端，岩心管4和取心钻头5替代常规定向造斜时螺杆钻具前端的定向钻头6；

步骤3：钻具组合安装完成后，连接测量系统，在孔口对钻具工具面角进行复位校正，下钻至孔底；

步骤4：司钻前，将随钻测量接头连接在钻杆后方，对钻孔轨迹进行测量；

步骤5：根据钻孔设计轨迹数据，计算本回次螺杆钻具3工具面角，顺时针回转钻机动力头，同时观察随钻测量系统图形界面，将钻具回转至计算所得工具面。

步骤6：拆掉钻杆后方随钻测量接头，连接水接头，启动泥浆泵，调整钻进参数，以恰当的钻压和泵量进行滑动定向钻进，使钻孔轨迹沿当前工具面方向延伸，同时取心钻头5破碎前端岩层，使岩心进入岩心管4中。

步骤7：向前钻进直至岩心充满岩心管4后，拆掉水接头，再次连接随钻测量系统，对当前测点进行数据测量，获取钻孔轨迹数据，与钻孔设计轨迹数据进行比对。

步骤8：完成钻孔轨迹数据对比后，提出孔内钻具，拆卸掉螺杆钻具3前端的岩心管4，卸下取心钻头5，取出岩心管4内的岩心，完成本回次的定向造斜及取心钻进。

步骤9：重复步骤2-8，逐步钻进直至定向钻孔造斜段全部完成，钻孔进入隧洞埋深所在的水平孔段。

其它未说明的部分均属于现有技术。

Claims (6)

1.一种螺杆马达取心结构，其特征在于：包括定向钻杆(1)，与定向钻杆(1)连接的导向系统(2)，与导向系统(2)连接的螺杆钻具(3)，与螺杆钻具(3)的传动轴(31)连接的岩心管(4)、与岩心管(4)连接的取心钻头(5)；

所述螺杆钻具(3)为弯螺杆钻具。

2.根据权利要求1所述的一种螺杆马达取心结构，其特征在于：所述导向系统(2)包括上无磁钻杆(21)、探管外管(22)、下无磁钻杆(23)和测量探管(24)，所述上无磁钻杆(21)与定向钻杆(1)连接，所述下无磁钻杆(23)与螺杆钻具(3)连接，所述探管外管(22)一端与上无磁钻杆(21)连接、另一端与下无磁钻杆(23)连接，所述测量探管(24)位于探管外管(22)内，所述测量探管(24)与通缆(241)连接，所述通缆(241)沿上无磁钻杆(21)伸出定向钻杆(1)。

3.根据权利要求1所述的一种螺杆马达取心结构，其特征在于：所述螺杆钻具(3)弯头的角度范围为0°-1.5°；所述岩心管(4)长度范围为0.5m-3.0m。

4.根据权利要求3所述的一种螺杆马达取心结构，其特征在于：所述螺杆钻具(3)弯头角度越大，岩心管(4)长度越短；所述岩心管(4)长度越长，螺杆钻具(3)弯头角度越小。

5.根据权利要求1所述的一种螺杆马达取心结构，其特征在于：所述岩心管(4)通过变径接头(41)与传动轴(31)连接。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述一种螺杆马达取心结构的定向钻孔造斜段的取心技术，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选取合适的钻具组合；定向钻孔沿开孔倾角完成斜孔段的钻进抵达造斜段起点后，提钻至地表，针对造斜段进行钻具组合的更换；

步骤2：先依次连接定向钻杆(1)中的上无磁钻杆(21)、测量探管(24)及下无磁钻杆(23)，再依次将选取的螺杆钻具(3)、岩心管(4)及取心钻头(5)安装在钻具前端，岩心管(4)和取心钻头(5)替代常规定向造斜时螺杆钻具前端的定向钻头(6)；

步骤3：钻具组合安装完成后，连接测量系统，在孔口对钻具工具面角进行复位校正，下钻至孔底；

步骤4：司钻前，将随钻测量接头连接在钻杆后方，对钻孔轨迹进行测量；

步骤5：根据钻孔设计轨迹数据，计算本回次螺杆钻具(3)工具面角，顺时针回转钻机动力头，同时观察随钻测量系统图形界面，将钻具回转至计算所得工具面；

步骤6：拆掉钻杆后方随钻测量接头，连接水接头，启动泥浆泵，调整钻进参数，以恰当的钻压和泵量进行滑动定向钻进，使钻孔轨迹沿当前工具面方向延伸，同时取心钻头(5)破碎前端岩层，使岩心进入岩心管(4)中；

步骤7：向前钻进直至岩心充满岩心管(4)后，拆掉水接头，再次连接随钻测量系统，对当前测点进行数据测量，获取钻孔轨迹数据，与钻孔设计轨迹数据进行比对；

步骤8：完成钻孔轨迹数据对比后，提出孔内钻具，拆卸掉螺杆钻具(3)前端的岩心管(4)，卸下取心钻头(5)，取出岩心管(4)内的岩心，完成本回次的定向造斜及取心钻进；

步骤9：重复步骤2-8，逐步钻进直至定向钻孔造斜段全部完成，钻孔进入隧洞埋深所在的水平孔段。