本發(fā)明涉及鉆探技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用正循環(huán)潛孔錘實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)的配套鉆具及鉆孔方法。

背景技術(shù)：

空氣鉆進(jìn)是利用高壓空氣驅(qū)動(dòng)潛孔錘進(jìn)行鉆進(jìn)作業(yè)，是一種高效的鉆進(jìn)方式。按循環(huán)方式可以分為空氣正循環(huán)鉆進(jìn)和空氣反循環(huán)鉆進(jìn)，正循環(huán)鉆進(jìn)使用普通單壁鉆桿和正循環(huán)潛孔錘即可實(shí)現(xiàn)，是高壓空氣經(jīng)由鉆柱內(nèi)孔輸送入井底，攜帶巖屑后經(jīng)由鉆柱和鉆孔壁之間的環(huán)空上返，這種工藝的優(yōu)勢是鉆具配置簡單、耐用性好、使用維護(hù)成本低，但劣勢也很明顯，就是沖洗介質(zhì)的上返速度受鉆孔口徑的影響，一般成孔直徑較小，而且遇破碎或者坍塌地層，環(huán)空有大的裂隙，就無法實(shí)施正循環(huán)鉆進(jìn)。反循環(huán)鉆進(jìn)要使用雙壁鉆桿和反循環(huán)潛孔錘組合實(shí)現(xiàn)，高壓空氣從雙壁鉆桿的環(huán)空通道輸送入井底，攜帶巖屑后沖洗介質(zhì)從雙壁鉆桿的中心通道上返，這種工藝中，雙壁鉆桿攜帶巖屑的沖洗介質(zhì)直接由反循環(huán)潛孔錘導(dǎo)入鉆具的中心通道上返，沖洗介質(zhì)的上返速度與鉆孔的口徑是沒有關(guān)系的，可以施工大口徑鉆孔。另外由于孔壁不必受到上返介質(zhì)的沖刷，即使遇到破碎和坍塌地層，也可以順利實(shí)施鉆進(jìn)。但是目前反循環(huán)潛孔錘技術(shù)還不夠成熟，制造成本高，使用壽命短，用這種雙壁鉆桿和反循環(huán)潛孔錘組合鉆具還有一定難度，基于此，我們研發(fā)了一種用正循環(huán)潛孔錘代替反循環(huán)潛孔錘來實(shí)現(xiàn)反循環(huán)鉆進(jìn)的配套鉆具及鉆孔方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用正循環(huán)潛孔錘實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)的配套鉆具及鉆孔方法，該配套鉆具具有結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，鉆孔效果好的優(yōu)點(diǎn)；該方法解決了利用正循環(huán)潛孔錘無法完成反循環(huán)鉆進(jìn)任務(wù)的問題。

本發(fā)明提供了一種用正循環(huán)潛孔錘實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)的配套鉆具，其特征在于：包括位于最底端的正循環(huán)潛孔錘、連接在正循環(huán)潛孔錘上端的導(dǎo)入裝置、連接在導(dǎo)入裝置上端的阻隔裝置、連接在阻隔裝置上端的穩(wěn)定裝置、連接在穩(wěn)定裝置上端的若干反循環(huán)鉆桿、連接在鉆桿上端的鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)頭，所述鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)頭包括巖屑總出口和介質(zhì)入口，所述反循環(huán)鉆桿、穩(wěn)定裝置、阻隔裝置均為內(nèi)外套管結(jié)構(gòu)，反循環(huán)鉆桿包括鉆桿內(nèi)管、套在鉆桿內(nèi)管外部的鉆桿外管，鉆桿內(nèi)管中心設(shè)有鉆桿中心通道，鉆桿內(nèi)管與鉆桿外管之間設(shè)有鉆桿環(huán)空通道；所述穩(wěn)定裝置包括穩(wěn)定內(nèi)管、套在穩(wěn)定內(nèi)管外部的穩(wěn)定外管、安裝在穩(wěn)定外管外部的穩(wěn)定翅片板，穩(wěn)定內(nèi)管中心設(shè)有穩(wěn)定裝置中心通道，穩(wěn)定外管與穩(wěn)定內(nèi)管之間設(shè)有穩(wěn)定裝置環(huán)空通道；所述阻隔裝置包括阻隔內(nèi)管、套在阻隔內(nèi)管外部的阻隔外管、安裝在阻隔外管外部的阻擋盤，阻隔內(nèi)管中心設(shè)有阻隔裝置中心通道，阻隔外管與阻隔內(nèi)管之間設(shè)有阻隔裝置環(huán)空通道；所述導(dǎo)入裝置為圓筒形，導(dǎo)入裝置上設(shè)有導(dǎo)流孔、環(huán)空管路連接孔、介質(zhì)輸送孔、和潛孔錘連接孔，導(dǎo)流孔上口位于導(dǎo)入裝置上端中心、下口位于導(dǎo)入裝置中部的側(cè)壁上，環(huán)空管路連接孔環(huán)套在導(dǎo)流孔上口外周，潛孔錘連接孔位于導(dǎo)入裝置底端中心，潛孔錘連接孔與環(huán)空管路連接孔之間通過介質(zhì)輸送孔連通，導(dǎo)流孔與環(huán)空管路連接孔、介質(zhì)輸送孔均不連通；導(dǎo)流孔、阻隔裝置中心通道、穩(wěn)定裝置中心通道、鉆桿中心通道與巖屑總出口依次連通組成巖屑上返通道；介質(zhì)入口、鉆桿環(huán)空通道、穩(wěn)定裝置環(huán)空通道、阻隔裝置環(huán)空通道、環(huán)空管路連接孔、介質(zhì)輸送孔和潛孔錘連接孔依次連通組成介質(zhì)輸入通道。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述穩(wěn)定翅片板呈豎直狀分布在穩(wěn)定外管外圓周面上，穩(wěn)定翅片板外端面上均勻分布若干合金切割頭，相鄰的穩(wěn)定翅片板之間設(shè)有加強(qiáng)板。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述阻擋盤包括固定在阻隔外管上的固定法蘭板、安裝在固定法蘭板上方的阻隔膠墊、安裝在阻隔膠墊上方的活動(dòng)法蘭板，所述阻隔膠墊由若干片疊加組成，相鄰阻隔膠墊之間設(shè)置間隔墊，間隔墊直徑小于阻隔膠墊，使疊加后的阻隔膠墊外邊呈凹凸齒狀；活動(dòng)法蘭板與阻隔膠墊、間隔墊、固定法蘭板通過螺栓連接為一體，用于將阻隔膠墊和間隔墊固定在阻隔外管外部。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述反循環(huán)鉆桿中部連接處還安裝有多個(gè)穩(wěn)定裝置。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)入裝置的導(dǎo)流孔與潛孔錘連接孔之間設(shè)有一射流孔。

本發(fā)明另外提供了一種用正循環(huán)潛孔錘實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)的鉆孔方法，其特征在于：

所述方法是將正循環(huán)潛孔錘與導(dǎo)入裝置、阻隔裝置、穩(wěn)定裝置、反循環(huán)鉆桿、鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)頭進(jìn)行裝配連接，利用巖屑總出口、鉆桿中心通道、穩(wěn)定裝置中心通道、阻隔裝置中心通道與導(dǎo)流孔依次連通組成巖屑上反通道；利用介質(zhì)入口、鉆桿環(huán)空通道、穩(wěn)定裝置環(huán)空通道、阻隔裝置環(huán)空通道、環(huán)空管路連接孔、介質(zhì)輸送孔和潛孔錘連接孔依次連通組成介質(zhì)輸入通道；以導(dǎo)入裝置為分界點(diǎn)，導(dǎo)入裝置以上采用反循環(huán)，即中心管路為上返通道，環(huán)空管路為介質(zhì)輸入通道；導(dǎo)入裝置以下為正循環(huán)，即正循環(huán)潛孔錘中心管路為輸入通道，正循環(huán)潛孔錘與鉆孔的環(huán)隙為介質(zhì)上返通道；高壓介質(zhì)由介質(zhì)入口進(jìn)入介質(zhì)輸入通道輸送至正循環(huán)潛孔錘，利用高壓介質(zhì)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)正循環(huán)潛孔錘破碎巖石進(jìn)行鉆進(jìn)；利用阻隔裝置阻擋破巖后的巖屑及高壓介質(zhì)沿正循環(huán)潛孔錘與鉆孔環(huán)隙上返，高壓介質(zhì)及巖屑遇阻隔裝置阻擋后，經(jīng)導(dǎo)流孔進(jìn)入導(dǎo)入裝置，進(jìn)而沿巖屑上反通道上返，由巖屑總出口排出。

作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，鉆孔深在80-150米時(shí)，反循環(huán)鉆桿中間加裝1-2件穩(wěn)定裝置；鉆孔深在150-250米時(shí)，反循環(huán)鉆桿中間加裝2-4件穩(wěn)定裝置，以確保鉆孔的垂直度。

本發(fā)明在配套鉆具中安裝了導(dǎo)入裝置，使由反循環(huán)鉆桿的鉆桿環(huán)空通道進(jìn)入的高壓介質(zhì)可直接進(jìn)入正循環(huán)潛孔錘的內(nèi)孔，高壓介質(zhì)驅(qū)動(dòng)正循環(huán)潛孔錘的錘頭破碎巖石，鉆渣巖屑在高壓介質(zhì)的帶動(dòng)下沿正循環(huán)潛孔錘和鉆孔的環(huán)隙上返，被阻隔裝置阻擋后，進(jìn)而由導(dǎo)入裝置的導(dǎo)流孔進(jìn)入屑上反通道上返，從而實(shí)現(xiàn)用正循環(huán)潛孔錘實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)，高壓介質(zhì)和鉆渣巖屑的上返速度不受鉆孔口徑的影響，可以施工大口徑的鉆孔，且遇到破碎或者坍塌地層，環(huán)空有大的裂隙仍然可以正常鉆進(jìn)。

本發(fā)明的阻隔裝置的阻隔膠墊由若干片疊加組成，并在相鄰阻隔膠墊之間設(shè)置間隔墊，使疊加后的阻隔膠墊外邊呈凹凸齒狀，這樣，即可有效減少阻隔膠墊外邊與鉆孔壁的摩擦力，又可提高阻隔膠墊的阻擋密封效果。

本發(fā)明的方法利用正循環(huán)潛孔錘實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)，解決了正循環(huán)潛孔錘內(nèi)部無上返通道只能實(shí)施正循環(huán)鉆進(jìn)的問題。綜合利用了反循環(huán)鉆進(jìn)工藝的安全、高效性和正循環(huán)潛孔錘的低成本、穩(wěn)定性，降低了鉆具配套成本及使用成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述用正循環(huán)潛孔錘實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)的配套鉆具結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的導(dǎo)入裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的阻隔裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明的穩(wěn)定裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明的反循環(huán)鉆桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標(biāo)號(hào)為：1正循環(huán)潛孔錘；2導(dǎo)入裝置；3阻隔裝置；4穩(wěn)定裝置；5反循環(huán)鉆桿；6鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)頭；21導(dǎo)流孔；22環(huán)空管路連接孔；23介質(zhì)輸送孔；24潛孔錘連接孔；25射流孔；31阻隔內(nèi)管；32阻隔外管；33阻隔裝置中心通道；34阻隔裝置環(huán)空通道；35阻擋盤；351固定法蘭板；352阻隔膠墊；353活動(dòng)法蘭板；354間隔墊；41穩(wěn)定內(nèi)管；42穩(wěn)定外管；43穩(wěn)定裝置中心通道；44穩(wěn)定裝置環(huán)空通道；45穩(wěn)定翅片板；46合金切割頭；47加強(qiáng)板；51鉆桿內(nèi)管；52鉆桿外管；53鉆桿中心通道；54鉆桿環(huán)空通道；61巖屑總出口；62介質(zhì)入口。

具體實(shí)施方式

為了對本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對本發(fā)明的具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征詳細(xì)說明如后。另外，通過具體實(shí)施方式的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效得以更加深入具體的了解，然而所附圖僅是提供參考與說明用，并非用來對本發(fā)明加以限制。

請參閱圖1至圖5所示，本發(fā)明提供了一種用正循環(huán)潛孔錘實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)的配套鉆具，包括位于最底端的正循環(huán)潛孔錘1、連接在正循環(huán)潛孔錘上端的導(dǎo)入裝置2、連接在導(dǎo)入裝置上端的阻隔裝置3、連接在阻隔裝置上端的穩(wěn)定裝置4、連接在穩(wěn)定裝置上端的若干反循環(huán)鉆桿5、連接在鉆桿上端的鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)頭6，所述鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)頭上設(shè)有巖屑總出口61和介質(zhì)入口62；所述反循環(huán)鉆桿、第一穩(wěn)定裝置、阻隔裝置均為內(nèi)外套管結(jié)構(gòu)，內(nèi)外套管之間按常規(guī)利用固定部件固定，確保內(nèi)外管之間無相對運(yùn)動(dòng)；反循環(huán)鉆桿5包括鉆桿內(nèi)管51、套在鉆桿內(nèi)管外部的鉆桿外管52，鉆桿內(nèi)管中心設(shè)有鉆桿中心通道53，鉆桿內(nèi)管與鉆桿外管之間設(shè)有鉆桿環(huán)空通道54；所述穩(wěn)定裝置4包括穩(wěn)定內(nèi)管41、套在穩(wěn)定內(nèi)管外部的穩(wěn)定外管42、安裝在穩(wěn)定外管外部的穩(wěn)定翅片板45，穩(wěn)定內(nèi)管中心設(shè)有穩(wěn)定裝置中心通道43，穩(wěn)定外管與穩(wěn)定內(nèi)管之間設(shè)有穩(wěn)定裝置環(huán)空通道44；所述穩(wěn)定翅片板呈豎直狀分布在穩(wěn)定外管外圓周面上，穩(wěn)定翅片板外端面上均勻分布若干合金切割頭46，相鄰的穩(wěn)定翅片板之間設(shè)有加強(qiáng)板47。穩(wěn)定翅片板的尺寸一般根據(jù)鉆孔直徑設(shè)定，其外端面形成的圓弧直徑略小于鉆孔直徑。穩(wěn)定裝置4既起到鉆孔扶正、保直作用，又可作為配重鉆鋌使用。

所述阻隔裝置3包括阻隔內(nèi)管31、套在阻隔內(nèi)管外部的阻隔外管32、安裝在阻隔外管外部的阻擋盤35，阻隔內(nèi)管中心設(shè)有阻隔裝置中心通道33，阻隔外管與阻隔內(nèi)管之間設(shè)有阻隔裝置環(huán)空通道34；所述阻擋盤包括固定在阻隔外管上的固定法蘭板351、安裝在固定法蘭板上方的阻隔膠墊352、安裝在阻隔膠墊上方的活動(dòng)法蘭板353，所述阻隔膠墊352由若干片疊加組成，相鄰阻隔膠墊之間設(shè)置間隔墊354，間隔墊直徑小于阻隔膠墊，使疊加后的阻隔膠墊外邊呈凹凸齒狀；活動(dòng)法蘭板與阻隔膠墊、間隔墊、固定法蘭板通過螺栓連接為一體，用于將阻隔膠墊和間隔墊固定在阻隔外管外部；阻隔膠墊352的直徑與鉆孔直徑相同或略大于鉆孔直徑，用于阻擋高壓介質(zhì)和鉆渣巖屑沿正循環(huán)潛孔錘和鉆孔的環(huán)隙上返，保持高壓介質(zhì)壓力，使高壓介質(zhì)和鉆渣巖屑由導(dǎo)入裝置的導(dǎo)流孔進(jìn)入屑上反通道上返，從而實(shí)現(xiàn)用正循環(huán)潛孔錘實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)。

導(dǎo)入裝置2設(shè)為圓筒形，以便于與反循環(huán)鉆桿配套，導(dǎo)入裝置上設(shè)有導(dǎo)流孔21、環(huán)空管路連接孔22、介質(zhì)輸送孔23、和潛孔錘連接孔24，導(dǎo)流孔上口位于導(dǎo)入裝置上端中心、下口位于導(dǎo)入裝置中部的側(cè)壁上，導(dǎo)流孔上口用于與阻隔裝置中心通道連接，環(huán)空管路連接孔環(huán)22套在導(dǎo)流孔上口外周，用于與阻隔裝置環(huán)空通道34連接，潛孔錘連接孔位于導(dǎo)入裝置底端中心，潛孔錘連接孔24與環(huán)空管路連接孔22之間通過介質(zhì)輸送孔23連通，導(dǎo)流孔與環(huán)空管路連接孔、介質(zhì)輸送孔均不連通；導(dǎo)流孔、阻隔裝置中心通道、穩(wěn)定裝置中心通道、鉆桿中心通道與巖屑總出口依次連通組成巖屑上返通道；介質(zhì)入口、鉆桿環(huán)空通道、穩(wěn)定裝置環(huán)空通道、阻隔裝置環(huán)空通道、環(huán)空管路連接孔、介質(zhì)輸送孔和潛孔錘連接孔依次連通組成介質(zhì)輸入通道。為了便于高壓介質(zhì)和鉆渣巖屑上返，導(dǎo)流孔下半部分傾斜向下延伸至導(dǎo)入裝置中部的側(cè)壁上。為了使高壓介質(zhì)和鉆渣巖屑順利上返，在導(dǎo)入裝置的導(dǎo)流孔與潛孔錘連接孔之間設(shè)有一射流孔25，用于對上述高壓介質(zhì)和鉆渣巖屑進(jìn)行引導(dǎo)干預(yù)。

正循環(huán)潛孔錘1與導(dǎo)入裝置2、阻隔裝置3、穩(wěn)定裝置4、反循環(huán)鉆桿5、鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)頭6進(jìn)行裝配連接，利用巖屑總出口、鉆桿中心通道、穩(wěn)定裝置中心通道、阻隔裝置中心通道與導(dǎo)流孔依次連通組成巖屑上反通道；利用介質(zhì)入口、鉆桿環(huán)空通道、穩(wěn)定裝置環(huán)空通道、阻隔裝置環(huán)空通道、環(huán)空管路連接孔、介質(zhì)輸送孔和潛孔錘連接孔依次連通組成介質(zhì)輸入通道；以導(dǎo)入裝置為分界點(diǎn)，導(dǎo)入裝置以上采用反循環(huán)，即中心管路為上返通道，環(huán)空管路為介質(zhì)輸入通道；導(dǎo)入裝置以下為正循環(huán)，即正循環(huán)潛孔錘中心管路為輸入通道，正循環(huán)潛孔錘與鉆孔的環(huán)隙為介質(zhì)上返通道；高壓介質(zhì)由介質(zhì)入口進(jìn)入介質(zhì)輸入通道輸送至正循環(huán)潛孔錘，利用高壓介質(zhì)作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)正循環(huán)潛孔錘破碎巖石進(jìn)行鉆進(jìn)；鉆進(jìn)過程產(chǎn)生的鉆渣巖屑以及完成做工的高壓介質(zhì)由正循環(huán)潛孔錘和鉆孔的環(huán)隙上返，經(jīng)阻擋盤35阻擋后，利用阻隔裝置阻擋后進(jìn)入導(dǎo)入裝置的導(dǎo)流孔，經(jīng)導(dǎo)流孔進(jìn)入導(dǎo)入裝置，進(jìn)而沿巖屑上反通道上返，由巖屑總出口排出。從而實(shí)現(xiàn)用正循環(huán)潛孔錘實(shí)施反循環(huán)鉆進(jìn)。鉆機(jī)動(dòng)力機(jī)頭6、反循環(huán)鉆桿5、穩(wěn)定裝置4、阻隔裝置3和導(dǎo)入裝置2的外管為公母螺紋連接，內(nèi)管采用插接的方式，隨著反循環(huán)鉆桿5的長度的增加，反循環(huán)鉆桿5與阻隔裝置3之間可安裝多個(gè)穩(wěn)定裝置。當(dāng)鉆孔深在100米時(shí)，反循環(huán)鉆桿中間加裝2件穩(wěn)定裝置；鉆孔深在200米時(shí)，反循環(huán)鉆桿中間加裝4件穩(wěn)定裝置，以確保鉆孔的垂直度。

以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。