一种致密岩地质勘探取样钻井系统及其工作方法

文档序号:933055 发布日期:2021-03-05 浏览:4次 >En<

阅读说明:本技术 一种致密岩地质勘探取样钻井系统及其工作方法 (Tight rock geological exploration sampling drilling system and working method thereof ) 是由 王涛 杨亚洲 于 2020-12-01 设计创作,主要内容包括:一种致密岩地质勘探取样钻井系统,包括卡车、普通钻头、地质取芯专用钻头、电动卡瓦、卡瓦驱动电机、龙门吊装置、钻井导向管组件、顶驱、供水装置和排污装置,卡车包括车头和车身,以车头朝向为前向,车身上设置车厢底板,车厢底板的中部开设有圆孔,电动卡瓦固定安装在车厢底板的下表面,卡瓦驱动电机驱动连接电动卡瓦,龙门吊装置固定安装在车厢底板上,钻井导向管组件安装在车厢底板的中部,龙门吊装置的缆索与顶驱固定连接,供水装置和排污装置均设置在车厢底板上。本发明整个作业所用的装置及设备均在可移动式卡车上实现,具有完备的机动性,取芯作业过程不收地形和地貌的限制,快速精准,为地质勘探取样提供了一种新思路及装置。(The utility model provides a tight rock geological exploration sampling drilling system, including the truck, ordinary drill bit, the special drill bit of geological coring, electronic slips, slips driving motor, gantry crane device, well drilling guide tube subassembly, the top is driven, water supply installation and waste fitting discharging, the truck includes locomotive and automobile body, it is preceding to use the locomotive orientation, set up the platform floor on the automobile body, the round hole has been seted up at the middle part of platform floor, electronic slips fixed mounting is at the lower surface of platform floor, slips driving motor drives and connects electronic slips, gantry crane device fixed mounting is on the platform floor, well drilling guide tube subassembly is installed at the middle part of platform floor, the cable and the top drive fixed connection that gantry crane device put, water supply installation and waste fitting discharging all set up on the platform floor. The device and equipment used in the whole operation of the invention are realized on a movable truck, the invention has complete maneuverability, the coring operation process is not limited by terrain and landform, the speed and the accuracy are high, and a new thought and a new device are provided for geological exploration sampling.)

一种致密岩地质勘探取样钻井系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及致密岩地质勘探领域,具体的说,涉及一种致密岩地质勘探取样钻井系统及其工作方法。

背景技术

致密岩油气是非常规油气资源的一种,在全球广泛分布,在中国分布也十分广泛,具有广阔的开发潜力,但目前我国对其的勘探程度还比较低,主要原因之一是地质复杂以及开发井偏远等因素增加了探勘开发的难度。地质勘探取样是获取地下致密岩地质情况的有效手段,目前地质勘探取样主要通过钻杆连接普通钻头,通过井口钻机施加动力,通过钻杆传递到钻头,使钻头切削和冲击地层完成,当井为超深井而地质又较为复杂,完全靠井口施加动力,可能造成钻杆过量扭转变形,甚至直接扭断造成严重事故;此外,由于开发井极可能处于地质偏远,甚至路面陡峭的情况也是时常发生的,这就给钻机的运输造成了困难,因此提供一种便于运输,适应陡峭的路面环境的钻机,设计一种可自供切削和冲击动力的多功能钻头,形成一种新的致密岩地质勘探取样系统对于提高钻井勘探取样的便捷性、安全性、节省人力成本都具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种致密岩地质勘探取样钻井系统及其工作方法,本发明整个作业所用的装置及设备均在可移动式卡车上实现,具有完备的机动性,取芯作业过程不收地形和地貌的限制,快速精准,为地质勘探取样提供了一种新思路及装置。

为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:

一种致密岩地质勘探取样钻井系统,包括卡车、普通钻头、地质取芯专用钻头、电动卡瓦、卡瓦驱动电机、龙门吊装置、钻井导向管组件、顶驱、供水装置和排污装置,卡车包括车头和车身,以车头朝向为前向,车身上设置车厢底板,普通钻头和地质取芯专用钻头均放置在车厢底板上,车厢底板的中部开设有上下通透的圆孔,电动卡瓦固定安装在车厢底板的下表面中部且位于圆孔的正下方,卡瓦驱动电机固定安装在车厢底板的下表面左侧中部并驱动连接电动卡瓦,龙门吊装置沿前后方向固定安装在车厢底板上,钻井导向管组件安装在车厢底板的中部且位于龙门吊装置的正下方,龙门吊装置的缆索下端与顶驱的上端固定连接,供水装置和排污装置均设置在车厢底板上,车厢底板的前侧部固定安装有第一固定框架,第一固定框架上放置有若干根钻杆,车厢底板的后侧部固定安装有第二固定框架,第二固定框架上放置有若干根地层井套管。

龙门吊装置包括水平框架、水平滑动板、缆索卷盘和缆索卷绕电机,水平框架由两条第一水平导轨和两块第一竖直支板组成,两条第一水平导轨的长度方向均沿前后方向水平设置,两条第一水平导轨左右并排设置,两块第一竖直支板均沿左右方向竖向设置,两块第一竖直支板前后并排设置,前侧的第一竖直支板固定连接在两条第一水平导轨的前端,后侧的第一竖直支板固定连接在两条第一水平导轨的后端,车厢底板上固定连接有四根竖直立柱,四根竖直立柱的垂直投影位于矩形的四个角,左侧的第一水平导轨底部固定连接在左侧的两根竖直立柱顶部,右侧的第一水平导轨底部固定连接在右侧的两根竖直立柱顶部,水平滑动板的底部滑动连接在两条第一水平导轨上,水平滑动板的中部开设有上下通透的穿绳长孔,水平滑动板的中部固定安装有位于穿绳长孔正上方的卷盘支架,缆索卷盘转动安装在卷盘支架上,缆索卷绕电机固定安装在水平滑动板的右侧中部,缆索卷盘的中心轴和缆索卷绕电机的动力轴均沿左右方向水平设置,缆索卷绕电机的动力轴左端传动连接缆索卷盘的中心轴右端,缆索卷盘上缠绕有成卷的缆索,缆索的伸出端向下穿过穿绳长孔并与顶驱的上端固定连接,两块第一竖直支板之间固定连接有两条齿条,两条齿条左右对称设置,左侧的齿条位于左侧的导轨左下方,右侧的齿条位于右侧的导轨右下方,水平滑动板的四周分别固定安装有一个竖直伺服减速电机,竖直伺服减速电机的动力轴下端向下穿过水平滑动板并固定安装有主动齿轮,左侧的两个主动齿轮与左侧的齿条传动连接,右侧的两个主动齿轮与左侧的齿条传动连接;

前侧的第一竖直支板前侧面、后侧的第一竖直支板后侧面、水平滑动板的上表面前侧中部和后侧中部均固定安装有管线导向轮组座,安装在前侧的第一竖直支板前侧面上的管线导向轮组座包括门字型支板和两个导向轮组成,门字型支板上侧、下侧和前侧均敞口,门字型支板的左右两侧板前侧边固定连接在后侧的第一竖直支板后侧面上,两个导向轮前后并排且中心轴沿左右方向水平设置,两个导向轮的中心轴左右两端分别转动安装在门字型支板的左右两侧板上。

钻井导向管组件包括第一导向管和第二导向管,第一导向管、第二导向管和圆孔的中心线重合,第一导向管的下端设置在圆孔的中心处且与电动卡瓦的中心孔上下对接,第一导向管的下端外圆周固定连接有四根圆周阵列设置的连接杆,连接杆沿第一导向管的径向设置,四根连接杆的外端均固定连接在圆孔的内圆上,第二导向管的外径与第一导向管的内径相同,第二导向管插接在第一导向管中,第二导向管的上侧部伸出第一导向管的上端,第一导向管的左侧壁和右侧壁均沿竖向开设有导向长孔,第二导向管的左侧壁下侧部和右侧壁下侧部均固定连接有一根沿左右方向水平设置的限位导杆,左侧的限位导杆对应贯穿插接在左侧的导向长孔中并与左侧的导向长孔滑动连接,右侧的限位导杆对应贯穿插接在右侧的导向长孔中并与右侧的导向长孔滑动连接,车厢底板上固定安装有用于驱动第二导向管上下移动的两组连杆驱动装置;

两组连杆驱动装置结构相同且关于第一导向管前后对称设置,后侧的连杆驱动装置包括水平伺服减速电机、水平丝杠、滑动支座和第一连杆,水平伺服减速电机和水平丝杠均沿前后方向水平设置,车厢底板上沿前后方向固定安装有位于圆孔和车厢底板后侧边之间的两条第二水平导轨,两条第二水平导轨左右并排设置,水平丝杠位于两条第二水平导轨的中间,两条第二水平导轨的前侧部和后侧部均固定连接有第二竖直支板,第二竖直支板沿左右方向竖向设置,水平伺服减速电机固定安装在后侧的第二竖直支板后侧面,水平伺服减速电机的动力轴前端穿过后侧的第二竖直支板并传动连接在水平丝杠的后端,水平丝杆的前端转动安装在前侧的第二竖直支板上,滑动支座的中部螺纹连接在水平丝杆上,滑动支座的底部左右两侧分别滑动连接在两条第二水平导轨上,第一连杆前高后低倾斜设置,第一连杆的下端铰接在滑动支座上,第一连杆的上端铰接在第二导向管的后侧壁上侧部,第一连杆的上端铰接轴和下端铰接轴均沿左右方向水平设置;

第二导向管的上端外圆固定连接有第一圆环形支座,第二导向管的上侧部外圆周滑动连接有位于第一圆环形支座正下方且套装在第二导向管上的第二圆环形支座,第一圆环形支座与第二圆环形支座之间铰接有两个第一液压油缸,两个第一液压油缸前后对称设置在第二导向管的前侧和后侧,第二导向管的四周设置有若干根圆周阵列设置的第二连杆,第二连杆的上端铰接在第一圆环形支座上,第二连杆的下端固定安装有地脚螺栓固定座,各根第二连杆的上侧部均铰接有第三连杆,各根第三连杆的下端均铰接在第二圆环形支座上,第二连杆的上端铰接轴、第三连杆的上端铰接轴和下端铰接轴均水平设置且与第二连杆的长度方向垂直,第一圆环形支座、各根第二连杆、各根第三连杆和第二圆环形支座组成类似雨伞骨架结构的钻井导向管固定架。

供水装置包括供水箱、高压供水泵、高压进水管线和高压进水管卷盘,供水箱和高压供水泵均固定安装在车厢底板的前侧左侧部,高压进水管卷盘转动安装在第一固定框架上,供水箱的出水口通过高压供水管与高压进水管卷盘的中心进水口连接,高压供水泵安装在高压供水管上,高压进水管线缠绕在高压进水管卷盘上,高压进水管线的一端与高压进水管卷盘的出水口连接,高压进水管线的另一端伸出高压进水管卷盘并垂直向上穿过安装在前侧的第一竖直支板上的两个导向轮中间,高压进水管线的另一端再水平折弯向后穿过安装在水平滑动板的上表面前侧中部的两个导向轮中间,高压进水管线的另一端再向下折弯穿过水平滑动板。

排污装置包括排污水箱、排污水泵、排污管线和排污管卷盘,排污水箱和排污水泵均固定安装在车厢底板的后侧左侧部,排污管卷盘转动安装在第二固定框架上,排污水箱的进水口通过回水管与排污管卷盘的中心出水口连接,排污水泵安装在回水管上,排污管线缠绕在排污管卷盘上,排污管线的一端与排污管卷盘的进水口连接,排污管线的另一端伸出排污管卷盘并垂直向上穿过安装在后侧的第一竖直支板上的两个导向轮中间,排污管线的另一端再水平折弯向前穿过安装在水平滑动板的上表面后侧中部的两个导向轮中间,排污管线的另一端再向下折弯穿过水平滑动板。

地质取芯专用钻头包括掘进部、破碎部和切削部,掘进部、破碎部和切削部由上至下依次连接,掘进部的顶部设置有高压进水管连接头和排污管连接头,掘进部的底部与破碎部的顶部活动连接,切削部的顶部与破碎部的底部转动连接,掘进部内设置有高压供水环腔和排污通道,高压进水管连接头的下端与高压供水环腔连通,排污管连接头的下端与排污通道连通,破碎部内设置有冲刷环腔,冲刷环腔内部设有与排污通道对接的破碎通道,高压供水环腔通过若干根高压软管与冲刷环腔连通,切削部设置有上下通透且与破碎通道对接的切削通道,切削部上开设有若干个上下通透的高压喷水通道,各个高压喷水通道的上端口与冲刷环腔连通,切削部内设置有与各个高压喷水通道的下端口对接的高压喷水环腔,切削部的底部转动设置有若干个圆周阵列的切削轮,切削部的底部安装有若干根与高压喷水环腔对接的高压喷管,各个高压喷管的喷口分别朝向各个切削轮设置,掘进部的外圆周和破碎部的外圆周上均沿周向圆周阵列设置有若干个与井壁紧压接触的支撑机构;

掘进部包括掘进筒体,掘进筒体的顶部和底部均敞口,掘进筒体的顶部固定连接有上法兰端盖,掘进筒体的底部固定连接有下法兰端盖,上法兰端盖和下法兰端盖的中部均开设有上下通透的排污孔,上法兰端盖和下法兰端盖之间固定连接有排污管道,排污管道内形成所述的排污通道,排污管道上端口和下端口分别对应与上侧排污孔和下侧排污孔对接,排污管连接头的下端固定连接在上法兰端盖的中部并与上侧排污孔对接,排污管道的外圆与掘进筒体的内圆之间形成所述的高压供水环腔,高压进水管连接头设置有四个,四个高压进水管连接头圆周阵列设置在排污管连接头的四周,四个高压进水管连接头的下端固定安装在上法兰端盖上并与高压供水环腔连通,下法兰端盖的中部固定连接有波纹管,波纹管的上端口与下侧排污孔对接,高压软管设置有四根,四根高压软管圆周阵列设置在波纹管的四周,四根高压软管的上端固定安装在下法兰端盖上并与高压供水环腔连通,下法兰端盖的外边缘上固定安装有四个圆周阵列设置的第二液压油缸,第二液压油缸竖向设置,第二液压油缸的活塞杆向下伸出缸体,第二液压油缸的缸体顶部铰接在下法兰端盖上;

破碎部包括破碎筒体,破碎筒体的顶部和底部均敞口,破碎筒体内同中心设置有摩擦圆管,摩擦圆管的上端与破碎筒体内顶部一体成型固定连接,摩擦圆管的内径与排污孔内径相同,摩擦圆管的外径小于破碎筒体的内径,摩擦圆管的下端位于破碎筒体内下侧部,破碎筒体内顶部安装有套在摩擦圆管的顶部外圆周上的第一推力轴承,第一推力轴承的外圆与破碎筒体内圆接触,摩擦圆管的外圆周上套设有若干个第一水封,摩擦圆管的下侧部外圆周上固定套设有导电滑环,摩擦圆管的底部外圆周上套设有深沟球轴承,波纹管的下端固定连接在破碎筒体的上表面中部并与摩擦圆管的上端口对接, 四个第二液压油缸的活塞杆下端铰接在破碎筒体的上表面外边沿,四根高压软管的下端固定安装在破碎筒体的上表面,破碎筒体的上表面开设有四个高压水流射道,四根高压软管的下端分别与四个高压水流射道的上端对接,破碎筒体的内侧壁上侧部四周开设有四个高压水流射孔,四个高压水流射道的下端分别通向四个高压水流射孔,摩擦圆管的内壁沿轴向均匀开设有摩擦长槽,摩擦圆管内部形成所述的破碎通道,破碎筒体的底部一体成型有管柱;

切削部包括切削筒体,切削筒体的顶部和底部均敞口,切削筒体内部形成所述的切削通道,切削筒体的顶部同中心一体成型固定连接有导流筒体,导流筒体的顶部和底部均敞口,导流筒体的底部内圆固定连接有辐板支架,导流筒体内同中心设置有破碎轴,破碎轴的下端固定连接在辐板支架的中部,导流筒体插接在破碎筒体内且套在摩擦圆管的外部,导流筒体的外圆与破碎筒体的内圆之间形成所述的冲刷环腔,破碎轴伸入到摩擦圆管中,破碎轴上沿轴向一体成型有螺旋切削刀片,导流筒体的外圆周沿轴向一体成型有与螺旋切削刀片旋向相反的螺旋导流叶片,导流筒体的上侧部外圆一体成型有若干块圆周阵列设置的旋转叶片,导流筒体的上端外圆固定连接有环形板,导流筒体的顶部外圆周套设有第二推力轴承,第二推力轴承的外圆与破碎筒体的内圆接触,第二推力轴承的上表面与环形板的下表面紧压接触,环形板的上表面内边沿与第一推力轴承的下表面外边沿顶压接触,各个第一水封、导电滑环和深沟球轴承均嵌设在导流筒体和摩擦圆管之间,四个高压水流射孔的喷射方向分别对应朝向各个旋转叶片设置,切削筒体的顶部沿周向开设有顶部敞口的转动环槽,管柱对应转动安装在转动环槽中,转动环槽内设置有套设在管柱外圆周上的第二水封;

切削筒体的底部固定安装有取芯座,取芯座的中部设置有上下通透且与切削通道对接的取芯通道,取芯座的底部固定连接有排渣座,排渣座的中部设置有上下通透且与排渣通道对接的排渣通道,各个高压喷水通道均竖直贯通设置在切削筒体、取芯座和排渣座的偏心部,切削筒体和取芯座的底部均开设有弧形安置槽,上侧的弧形安置槽与切削通道的下端口对应连接,下侧的弧形安置槽与取芯通道的下端口对应连接,切削通道的下端口内壁一侧和取芯通道的下端口内壁一侧均安装有防水电机,防水电机竖直设置,两个防水电机的动力轴上端均固定连接有挡板,上侧的挡板对应滑动在上侧的弧形安置槽中并用于封堵切削通道的下端口,下侧的挡板对应滑动在下侧的弧形安置槽中并用于封堵取芯通道的下端口,两个防水电机均通过防水电缆与导电滑环连接,排渣座的中部开设有环形凹槽,排渣座的底部固定安装有切削法兰座,切削法兰座的中部开设有上下通透且与排渣通道对接的排渣孔,切削法兰座的顶部与环形凹槽之间形成所述的高压喷水环腔,切削法兰座的底部固定连接有上小下大的圆锥形聚渣斗,圆锥形聚渣斗的上端口与排渣孔对接,切削法兰座的底部外边沿圆周阵列设置有若干根支柱,各个切削轮分别对应转动在各根支柱上,各个切削轮的中心轴均沿切削法兰座的径向设置,各个切削轮的切削面均朝向切削法兰座的中心设置,各个切削轮的中心轴内端均固定安装有驱动叶轮,各根高压喷管均固定安装在切削法兰座,各根高压喷管的喷口分别向下朝向各个驱动叶轮的上侧部设置;

掘进筒体的外圆周和破碎筒体的外圆周上均开设有四个圆周阵列设置的安装槽,前侧的安装槽的下侧和前侧均敞口,每个安装槽中均安装有所述的支撑机构,前侧的支撑机构包括铰接支座、竖直支撑压板和第三液压油缸,铰接支座通过若干根螺钉固定安装在前侧的安装槽底部,竖直支撑压板沿左右方向竖向设置且位于前侧的安装槽前方,第三液压油缸的缸体底部铰接在铰接支座的上侧部,第三液压油缸的活塞杆向前下方伸出,第三液压油缸的活塞杆前端铰接在竖直支撑压板的后侧面中部,竖直支撑压板的后侧面中部下侧铰接有第四连杆,第四连杆向后上倾斜设置,第四连杆的后侧部与铰接支座的下侧部之间铰接有两根平行的第五连杆,竖直支撑压板的前侧面为粗糙面。

一种致密岩地质勘探取样钻井系统的工作方法,具体包括以下步骤:

(1)、将卡车带动整个系统开到指定作业位置,将钻井导向管组件调整好状态与车厢底板固定连接,为下一步钻井作业做准备;

(2)、将普通钻头置于电动卡瓦的中心孔中,并通过顶驱和电动卡瓦逐个上扣各根钻杆,对地层进行钻井作业,直至钻进到致密岩层的深度,再通过顶驱和电动卡瓦逐个卸扣各根钻杆,并将各根钻杆吊回至第一固定框架上,取下普通钻头;

(3)、通过顶驱和电动卡瓦逐个上扣各根地层井套管,将各根地层井套管对接下入钻井中,对钻井井壁进行固定,防止塌陷;

(4)、将电动卡瓦拆卸掉,将地质取芯专用钻头放入钻井的上端口中心处,并将四个高压进水管连接头的上端通过五通管与高压进水管线的下端固定连接,排污管连接头的上端与排污管线的下端固定连接,通过高压进水管线和排污管线将地质取芯专用钻头下入钻井底部,对致密岩进行破碎作业,并进行取样操作,取样完成后,收卷高压进水管线和排污管线,将地质取芯专用钻头从钻井中提出,取出样品;

(5)、通过顶驱和电动卡瓦逐个卸扣各根地层井套管,并将各根地层井套管吊回至第二固定框架上。

步骤(1)具体为:将卡车带动整个系统开到指定作业位置,其中,初始时,两个滑动支座均靠近圆孔,第二导向管的上端处于最高位置,两根限位导杆位于相应的导向长孔的顶部,两个第一液压油缸的活塞杆均处于伸出状态,各根第二连杆和各根第三连杆均靠拢于第二导向管,即钻井导向管固定架如同雨伞骨架处于收缩状态,启动两个第一液压油缸,两个第一液压油缸的活塞杆同步向上收缩并带动第二圆环形支座沿第二导向管的外圆周上移,则各根第二连杆和各根第三连杆便远离第二导向管,使钻井导向管固定架如同雨伞骨架张开,然后启动两个水平伺服减速电机分别驱动相应的水平丝杆转动,前侧的水平丝杆驱动前侧的滑动支座向前移动,后侧的水平丝杠驱动后侧的滑动支座向后移动,进而使两根第一连杆的下端随相应的滑动支座远离圆孔,进而两根第一连杆的上端便会带动第二导向管向下移动,两根限位导杆位于相应的导向长孔的底部,此时,各根第二连杆的下端与车厢底板接触,各个地脚螺栓固定座的下表面紧压在车厢底板上表面,通过若干根地脚螺栓分别将各个地脚螺栓固定座固定安装在车厢底板上,如此,完成为下一步钻井作业的准备工作。

步骤(2)具体为:将普通钻头卡紧固定在电动卡瓦的中心孔中,通过四个竖直伺服减速电机同步驱动相应的主动齿轮转动,左侧的两个主动齿轮与左侧的齿条传动连接,右侧的两个主动齿轮与左侧的齿条传动连接,如此,使水平滑动板在两条第一水平导轨上前后移动,水平滑动板向前移动到各根钻杆上方时停止,缆索卷绕电机驱动缆索卷盘转动进行放缆,使顶驱下到第一根钻杆的正上方为止,顶驱卡住抱紧第一根钻杆的顶部,缆索卷绕电机驱动缆索卷盘反向转动进行收缆,顶驱将第一根钻杆吊起,四个竖直伺服减速电机再同步反转,从而驱使水平滑动板反向移动至第二导向管正上方,然后,缆索卷绕电机驱动缆索卷盘转动进行放缆,则顶驱带动第一根钻杆下落进入第二导向管中,直至第一根钻杆的下端下落到第一导向管的下端,通过顶驱和电动卡瓦的作用实现第一根钻杆的下端与普通钻头的上端上扣,启动卡瓦驱动电机,卡瓦驱动电机驱动电动卡瓦抱紧第一根钻杆转动,并驱使第一根钻杆逐步向下移动,使普通钻头对地层进行钻井作业,钻井作业过程中,通过顶驱逐个将各根钻杆采用上述操作进行上扣,直至普通钻头钻进到致密岩层的深度,通过顶驱吊起整个连接在一起的钻杆,电动卡瓦卡住上部第二根钻杆,通过顶驱将上部第一根钻杆与上部第二根钻杆进行卸扣,并将上部第一根钻杆吊回至第一固定框架上,如此,逐个卸扣各根钻杆,使各根钻杆吊回至第一固定框架上,取下普通钻头。

步骤(3)具体为:通过四个竖直伺服减速电机驱动水平滑动板在两条第一水平导轨上向后移动至各根地层井套管的正上方,缆索卷绕电机驱动缆索卷盘转动进行放缆,使顶驱下到第一根地层井套管的正上方为止,顶驱卡住抱紧第一根地层井套管的顶部,缆索卷绕电机驱动缆索卷盘反向转动进行收缆,顶驱将第一根地层井套管吊起,四个竖直伺服减速电机再同步反转,从而驱使水平滑动板反向移动至第二导向管正上方,然后,缆索卷绕电机驱动缆索卷盘转动进行放缆,则顶驱带动第一根地层井套管下落进入第二导向管中,直至第一根地层井套管的下端下落穿过第一导向管的下端并插接在电动卡瓦的中心孔中,电动卡瓦卡住第一根地层井套管,然后,缆索卷绕电机驱动缆索卷盘反向转动进行收缆,将顶驱从第二导向管中提出,四个竖直伺服减速电机驱动水平滑动板再次向后移动至各根地层井套管的正上方,缆索卷绕电机驱动缆索卷盘转动进行放缆,使顶驱下到第二根地层井套管的正上方为止,顶驱卡住抱紧第二根地层井套管的顶部,缆索卷绕电机驱动缆索卷盘反向转动进行收缆,顶驱将第二根地层井套管吊起,四个竖直伺服减速电机再同步反转,从而驱使水平滑动板反向移动至第二导向管正上方,然后,缆索卷绕电机驱动缆索卷盘转动进行放缆,则顶驱带动第二根地层井套管下落进入第二导向管中,直至第二根地层井套管的下端下落到第一导向管的下端并与第一根地层井套管的上端对接,通过顶驱和电动卡瓦的作用实现第二根地层井套管的下端与第一根地层井套管的上端上扣,如此,通过顶驱和电动卡瓦逐个上扣各根地层井套管,将各根地层井套管对接下入钻井中,对钻井井壁进行固定,防止塌陷。

步骤(4)具体为:将电动卡瓦拆卸掉,将地质取芯专用钻头放入钻井的上端口中心处,并将四个高压进水管连接头的上端通过五通管与高压进水管线的下端固定连接,排污管连接头的上端与排污管线的下端固定连接,通过高压进水管卷盘放卷高压进水管线,通过排污管卷盘放卷排污管线,进而通过高压进水管线和排污管线将地质取芯专用钻头下入钻井底部,启动掘进筒体上的四个第三液压油缸,掘进筒体上的四个第三液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上,从而使掘进筒体固定在钻井中,然后通过四个第二液压油缸的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离,再启动破碎筒体上的四个第三液压油缸,破碎筒体上的四个第三液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上,从而使破碎筒体固定在钻井中,再将掘进筒体上的四个第三液压油缸活塞杆收回与钻井内壁分离,通过四个第二液压油缸的活塞杆收缩将掘进部向下移动一段距离,再使掘进筒体上的四个第三液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上,使掘进筒体固定在钻井中,将破碎筒体上的四个第三液压油缸活塞杆收回与钻井内壁分离,然后通过四个第二液压油缸的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离,再使破碎筒体上的四个第三液压油缸活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板固定支撑在钻井内壁上,从而使破碎筒体固定在钻井中,如此,重复上述操作,实现地质取芯专用钻头蠕动前进;

在地质取芯专用钻头蠕动前进过程中,启动高压供水泵和排污水泵,高压供水泵将供水箱中的水通过高压供水管、高压进水管线和四个高压进水管连接头向掘进部内的高压供水环腔中注入高压水,高压水再通过四根高压软管进入四个高压水流射道中,高压水经四个高压水流射孔喷射进入冲刷环腔中并冲击导流筒体上侧部外圆周上的各块旋转叶片,驱动导流筒体高速旋转,导流筒体带动切削部整体旋转,高压水在冲刷环腔中经螺旋导流叶片旋转加速向下冲入各个高压喷水通道,高压水再经各个高压喷水通道进入高压喷水环腔中,最后,高压水通过各根高压喷管喷出,部分高压水冲击各个驱动叶轮驱使各个切削轮高速转动,部分高压水冲击在需要开采的致密岩上,进行破碎作业,同时各个切削轮转动对致密岩进行切削破碎,由于钻井底部空间较小,高压水会反向向圆锥形聚渣斗聚集并向上回流,使致密岩碎渣送入圆锥形聚渣斗中,并向上通过排渣孔、排渣通道、取芯通道和切削通道进入到破碎通道中,并在高速旋转的螺旋切削刀片作用下进一步切割破碎,同时与摩擦圆管内壁的摩擦长槽进行摩擦破碎,之后通过波纹管进入排污管道,再通过排污管道排出掘进筒体并经排污管连接头和排污管线排出到地面,最后经排污水泵和回水管进入排污水箱中,其中初始时,两块挡板均位于偏心处,取芯通道和切削通道均打开;

当到达某一指定位置时,启动上侧的防水电机,将上侧的挡板转动至中心处封堵切削通道的下端口,则破碎的致密岩样品进入取芯通道中,然后启动下侧的防水电机,将下侧的挡板转动至中心处封堵取芯通道的下端口,如此,完成取样,将高压进水管线和排污管线同步向上收起,将该多功能致密岩地质勘探钻头从钻井中提出,取出样品。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步,具体地说,本发明整个作业所用的装置及设备均在可移动式卡车上实现,具有完备的机动性,取芯作业过程不收地形和地貌的限制,快速精准,为地质勘探取样提供了一种新思路及装置。

附图说明

图1是本发明的结构示意图一。

图2是本发明的结构示意图二。

图3是本发明的部分结构示意图。

图4是本发明的地质取芯专用钻头的轴测图。

图5是本发明的地质取芯专用钻头的主视图。

图6是本发明的地质取芯专用钻头的剖视图。

图7是本发明的地质取芯专用钻头的破碎部结构示意图。

图8是本发明的地质取芯专用钻头的切削部去掉排渣座、切削法兰座和各个切削轮后的轴测图。

图9是本发明的地质取芯专用钻头的切削部去掉切削法兰座和各个切削轮后的轴测图一。

图10是本发明的地质取芯专用钻头的切削部去掉切削法兰座和各个切削轮后的轴测图二。

图11是本发明的地质取芯专用钻头的切削部去掉切削法兰座和各个切削轮后的剖视图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的实施例。

如图1-图11所示,致密岩地质勘探取样钻井系统,包括卡车、普通钻头1、地质取芯专用钻头2、电动卡瓦3、卡瓦驱动电机4、龙门吊装置、钻井导向管组件、顶驱5、供水装置和排污装置,卡车包括车头6和车身,以车头6朝向为前向,车身上设置车厢底板7,普通钻头1和地质取芯专用钻头2均放置在车厢底板7上,车厢底板7的中部开设有上下通透的圆孔8,电动卡瓦3固定安装在车厢底板7的下表面中部且位于圆孔8的正下方,卡瓦驱动电机4固定安装在车厢底板7的下表面左侧中部并驱动连接电动卡瓦3,龙门吊装置沿前后方向固定安装在车厢底板7上,钻井导向管组件安装在车厢底板7的中部且位于龙门吊装置的正下方,龙门吊装置的缆索下端与顶驱5的上端固定连接,供水装置和排污装置均设置在车厢底板7上,车厢底板7的前侧部固定安装有第一固定框架9,第一固定框架9上放置有若干根钻杆10,车厢底板7的后侧部固定安装有第二固定框架11,第二固定框架11上放置有若干根地层井套管12。

龙门吊装置包括水平框架、水平滑动板13、缆索卷盘14和缆索卷绕电机15,水平框架由两条第一水平导轨16和两块第一竖直支板17组成,两条第一水平导轨16的长度方向均沿前后方向水平设置,两条第一水平导轨16左右并排设置,两块第一竖直支板17均沿左右方向竖向设置,两块第一竖直支板17前后并排设置,前侧的第一竖直支板17固定连接在两条第一水平导轨16的前端,后侧的第一竖直支板17固定连接在两条第一水平导轨16的后端,车厢底板7上固定连接有四根竖直立柱18,四根竖直立柱18的垂直投影位于矩形的四个角,左侧的第一水平导轨16底部固定连接在左侧的两根竖直立柱18顶部,右侧的第一水平导轨16底部固定连接在右侧的两根竖直立柱18顶部,水平滑动板13的底部滑动连接在两条第一水平导轨16上,水平滑动板13的中部开设有上下通透的穿绳长孔(图未示),水平滑动板13的中部固定安装有位于穿绳长孔正上方的卷盘支架19,缆索卷盘14转动安装在卷盘支架19上,缆索卷绕电机15固定安装在水平滑动板13的右侧中部,缆索卷盘14的中心轴和缆索卷绕电机15的动力轴均沿左右方向水平设置,缆索卷绕电机15的动力轴左端传动连接缆索卷盘14的中心轴右端,缆索卷盘14上缠绕有成卷的缆索(图未示),缆索的伸出端向下穿过穿绳长孔并与顶驱5的上端固定连接,两块第一竖直支板17之间固定连接有两条齿条20,两条齿条20左右对称设置,左侧的齿条20位于左侧的导轨左下方,右侧的齿条20位于右侧的导轨右下方,水平滑动板13的四周分别固定安装有一个竖直伺服减速电机21,竖直伺服减速电机21的动力轴下端向下穿过水平滑动板13并固定安装有主动齿轮22,左侧的两个主动齿轮22与左侧的齿条20传动连接,右侧的两个主动齿轮22与左侧的齿条20传动连接;

前侧的第一竖直支板17后侧面、后侧的第一竖直支板17前侧面、水平滑动板13的上表面前侧中部和后侧中部均固定安装有管线导向轮组座,安装在前侧的第一竖直支板17前侧面上的管线导向轮组座包括门字型支板23和两个导向轮24组成,门字型支板23上侧、下侧和前侧均敞口,门字型支板23的左右两侧板前侧边固定连接在后侧的第一竖直支板17后侧面上,两个导向轮24前后并排且中心轴沿左右方向水平设置,两个导向轮24的中心轴左右两端分别转动安装在门字型支板23的左右两侧板上。

钻井导向管组件包括第一导向管25和第二导向管26,第一导向管25、第二导向管26和圆孔8的中心线重合,第一导向管25的下端设置在圆孔8的中心处且与电动卡瓦3的中心孔上下对接,第一导向管25的下端外圆周固定连接有四根圆周阵列设置的连接杆27,连接杆27沿第一导向管25的径向设置,四根连接杆27的外端均固定连接在圆孔8的内圆上,第二导向管26的外径与第一导向管25的内径相同,第二导向管26插接在第一导向管25中,第二导向管26的上侧部伸出第一导向管25的上端,第一导向管25的左侧壁和右侧壁均沿竖向开设有导向长孔28,第二导向管26的左侧壁下侧部和右侧壁下侧部均固定连接有一根沿左右方向水平设置的限位导杆29,左侧的限位导杆29对应贯穿插接在左侧的导向长孔28中并与左侧的导向长孔28滑动连接,右侧的限位导杆29对应贯穿插接在右侧的导向长孔28中并与右侧的导向长孔28滑动连接,车厢底板7上固定安装有用于驱动第二导向管26上下移动的两组连杆驱动装置;

两组连杆驱动装置结构相同且关于第一导向管25前后对称设置,后侧的连杆驱动装置包括水平伺服减速电机30、水平丝杠31、滑动支座32和第一连杆33,水平伺服减速电机30和水平丝杠31均沿前后方向水平设置,车厢底板7上沿前后方向固定安装有位于圆孔8和车厢底板7后侧边之间的两条第二水平导轨,两条第二水平导轨左右并排设置,水平丝杠31位于两条第二水平导轨的中间,两条第二水平导轨的前侧部和后侧部均固定连接有第二竖直支板34,第二竖直支板34沿左右方向竖向设置,水平伺服减速电机30固定安装在后侧的第二竖直支板34后侧面,水平伺服减速电机30的动力轴前端穿过后侧的第二竖直支板34并传动连接在水平丝杠31的后端,水平丝杆的前端转动安装在前侧的第二竖直支板34上,滑动支座32的中部螺纹连接在水平丝杆上,滑动支座32的底部左右两侧分别滑动连接在两条第二水平导轨上,第一连杆33前高后低倾斜设置,第一连杆33的下端铰接在滑动支座32上,第一连杆33的上端铰接在第二导向管26的后侧壁上侧部,第一连杆33的上端铰接轴和下端铰接轴均沿左右方向水平设置;

第二导向管26的上端外圆固定连接有第一圆环形支座35,第二导向管26的上侧部外圆周滑动连接有位于第一圆环形支座35正下方且套装在第二导向管26上的第二圆环形支座36,第一圆环形支座35与第二圆环形支座36之间铰接有两个第一液压油缸37,两个第一液压油缸37前后对称设置在第二导向管26的前侧和后侧,第二导向管26的四周设置有若干根圆周阵列设置的第二连杆38,第二连杆38的上端铰接在第一圆环形支座35上,第二连杆38的下端固定安装有地脚螺栓固定座39,各根第二连杆38的上侧部均铰接有第三连杆40,各根第三连杆40的下端均铰接在第二圆环形支座36上,第二连杆38的上端铰接轴、第三连杆40的上端铰接轴和下端铰接轴均水平设置且与第二连杆38的长度方向垂直,第一圆环形支座35、各根第二连杆38、各根第三连杆40和第二圆环形支座36组成类似雨伞骨架结构的钻井导向管固定架。

供水装置包括供水箱41、高压供水泵42、高压进水管线43和高压进水管卷盘44,供水箱41和高压供水泵42均固定安装在车厢底板7的前侧左侧部,高压进水管卷盘44转动安装在第一固定框架11上,供水箱41的出水口通过高压供水管45与高压进水管卷盘44的中心进水口连接,高压供水泵42安装在高压供水管45上,高压进水管线43缠绕在高压进水管卷盘44上,高压进水管线43的一端与高压进水管卷盘44的出水口连接,高压进水管线43的另一端伸出高压进水管卷盘44并垂直向上穿过安装在前侧的第一竖直支板17上的两个导向轮24中间,高压进水管线43的另一端再水平折弯向后穿过安装在水平滑动板13的上表面前侧中部的两个导向轮24中间,高压进水管线43的另一端再向下折弯穿过水平滑动板13。

排污装置包括排污水箱46、排污水泵47、排污管线48和排污管卷盘49,排污水箱46和排污水泵47均固定安装在车厢底板7的后侧左侧部,排污管卷盘49转动安装在第二固定框架9上,排污水箱46的进水口通过回水管50与排污管卷盘49的中心出水口连接,排污水泵47安装在回水管50上,排污管线48缠绕在排污管卷盘49上,排污管线48的一端与排污管卷盘49的进水口连接,排污管线48的另一端伸出排污管卷盘49并垂直向上穿过安装在后侧的第一竖直支板17上的两个导向轮24中间,排污管线48的另一端再水平折弯向前穿过安装在水平滑动板13的上表面后侧中部的两个导向轮24中间,排污管线48的另一端再向下折弯穿过水平滑动板13。

地质取芯专用钻头2包括掘进部、破碎部和切削部,掘进部、破碎部和切削部由上至下依次连接,掘进部的顶部设置有高压进水管连接头51和排污管连接头52,掘进部的底部与破碎部的顶部活动连接,切削部的顶部与破碎部的底部转动连接,掘进部内设置有高压供水环腔53和排污通道54,高压进水管连接头51的下端与高压供水环腔53连通,排污管连接头52的下端与排污通道54连通,破碎部内设置有冲刷环腔55,冲刷环腔55内部设有与排污通道54对接的破碎通道56,高压供水环腔53通过若干根高压软管57与冲刷环腔55连通,切削部设置有上下通透且与破碎通道56对接的切削通道58,切削部上开设有若干个上下通透的高压喷水通道59,各个高压喷水通道59的上端口与冲刷环腔55连通,切削部内设置有与各个高压喷水通道59的下端口对接的高压喷水环腔60,切削部的底部转动设置有若干个圆周阵列的切削轮61,切削部的底部安装有若干根与高压喷水环腔60对接的高压喷管62,各个高压喷管62的喷口分别朝向各个切削轮61设置,掘进部的外圆周和破碎部的外圆周上均沿周向圆周阵列设置有若干个与井壁紧压接触的支撑机构;

掘进部包括掘进筒体63,掘进筒体63的顶部和底部均敞口,掘进筒体63的顶部固定连接有上法兰端盖64,掘进筒体63的底部固定连接有下法兰端盖65,上法兰端盖64和下法兰端盖65的中部均开设有上下通透的排污孔66,上法兰端盖64和下法兰端盖65之间固定连接有排污管道67,排污管道67内形成所述的排污通道54,排污管道67上端口和下端口分别对应与上侧排污孔66和下侧排污孔66对接,排污管连接头52的下端固定连接在上法兰端盖64的中部并与上侧排污孔66对接,排污管道67的外圆与掘进筒体63的内圆之间形成所述的高压供水环腔53,高压进水管连接头51设置有四个,四个高压进水管连接头51圆周阵列设置在排污管连接头52的四周,四个高压进水管连接头51的下端固定安装在上法兰端盖64上并与高压供水环腔53连通,下法兰端盖65的中部固定连接有波纹管68,波纹管68的上端口与下侧排污孔66对接,高压软管57设置有四根,四根高压软管57圆周阵列设置在波纹管68的四周,四根高压软管57的上端固定安装在下法兰端盖65上并与高压供水环腔53连通,下法兰端盖65的外边缘上固定安装有四个圆周阵列设置的第二液压油缸69,第二液压油缸69竖向设置,第二液压油缸69的活塞杆向下伸出缸体,第二液压油缸69的缸体顶部铰接在下法兰端盖65上;

破碎部包括破碎筒体70,破碎筒体70的顶部和底部均敞口,破碎筒体70内同中心设置有摩擦圆管71,摩擦圆管71的上端与破碎筒体70内顶部一体成型固定连接,摩擦圆管71的内径与排污孔66内径相同,摩擦圆管71的外径小于破碎筒体70的内径,摩擦圆管71的下端位于破碎筒体70内下侧部,破碎筒体70内顶部安装有套在摩擦圆管71的顶部外圆周上的第一推力轴承72,第一推力轴承72的外圆与破碎筒体70内圆接触,摩擦圆管71的外圆周上套设有若干个第一水封73,摩擦圆管71的下侧部外圆周上固定套设有导电滑环74,摩擦圆管71的底部外圆周上套设有深沟球轴承75,波纹管68的下端固定连接在破碎筒体70的上表面中部并与摩擦圆管71的上端口对接, 四个第二液压油缸69的活塞杆下端铰接在破碎筒体70的上表面外边沿,四根高压软管57的下端固定安装在破碎筒体70的上表面,破碎筒体70的上表面开设有四个高压水流射道,四根高压软管57的下端分别与四个高压水流射道的上端对接,破碎筒体70的内侧壁上侧部四周开设有四个高压水流射孔76,四个高压水流射道的下端分别通向四个高压水流射孔76,摩擦圆管71的内壁沿轴向均匀开设有摩擦长槽77,摩擦圆管71内部形成所述的破碎通道56,破碎筒体70的底部一体成型有管柱78;

切削部包括切削筒体79,切削筒体79的顶部和底部均敞口,切削筒体79内部形成所述的切削通道58,切削筒体79的顶部同中心一体成型固定连接有导流筒体80,导流筒体80的顶部和底部均敞口,导流筒体80的底部内圆固定连接有辐板支架81,导流筒体80内同中心设置有破碎轴82,破碎轴82的下端固定连接在辐板支架81的中部,导流筒体80插接在破碎筒体70内且套在摩擦圆管71的外部,导流筒体80的外圆与破碎筒体70的内圆之间形成所述的冲刷环腔55,破碎轴82伸入到摩擦圆管71中,破碎轴82上沿轴向一体成型有螺旋切削刀片83,导流筒体80的外圆周沿轴向一体成型有与螺旋切削刀片83旋向相反的螺旋导流叶片84,导流筒体80的上侧部外圆一体成型有若干块圆周阵列设置的旋转叶片85,导流筒体80的上端外圆固定连接有环形板86,导流筒体80的顶部外圆周套设有第二推力轴承87,第二推力轴承87的外圆与破碎筒体70的内圆接触,第二推力轴承87的上表面与环形板86的下表面紧压接触,环形板86的上表面内边沿与第一推力轴承72的下表面外边沿顶压接触,各个第一水封73、导电滑环74和深沟球轴承75均嵌设在导流筒体80和摩擦圆管71之间,四个高压水流射孔76的喷射方向分别对应朝向各个旋转叶片85设置,切削筒体79的顶部沿周向开设有顶部敞口的转动环槽88,管柱78对应转动安装在转动环槽88中,转动环槽88内设置有套设在管柱78外圆周上的第二水封89;

切削筒体79的底部固定安装有取芯座90,取芯座90的中部设置有上下通透且与切削通道58对接的取芯通道91,取芯座90的底部固定连接有排渣座92,排渣座92的中部设置有上下通透且与排渣通道对接的排渣通道93,各个高压喷水通道59均竖直贯通设置在切削筒体79、取芯座90和排渣座92的偏心部,切削筒体79和取芯座90的底部均开设有弧形安置槽94,上侧的弧形安置槽94与切削通道58的下端口对应连接,下侧的弧形安置槽94与取芯通道91的下端口对应连接,切削通道58的下端口内壁一侧和取芯通道91的下端口内壁一侧均安装有防水电机95,防水电机95竖直设置,两个防水电机95的动力轴上端均固定连接有挡板96,上侧的挡板96对应滑动在上侧的弧形安置槽94中并用于封堵切削通道58的下端口,下侧的挡板96对应滑动在下侧的弧形安置槽94中并用于封堵取芯通道91的下端口,两个防水电机95均通过防水电缆(图未示)与导电滑环74连接,排渣座92的中部开设有环形凹槽97,排渣座92的底部固定安装有切削法兰座98,切削法兰座98的中部开设有上下通透且与排渣通道93对接的排渣孔99,切削法兰座98的顶部与环形凹槽97之间形成所述的高压喷水环腔60,切削法兰座98的底部固定连接有上小下大的圆锥形聚渣斗100,圆锥形聚渣斗100的上端口与排渣孔99对接,切削法兰座98的底部外边沿圆周阵列设置有若干根支柱101,各个切削轮61分别对应转动在各根支柱101上,各个切削轮61的中心轴均沿切削法兰座98的径向设置,各个切削轮61的切削面均朝向切削法兰座98的中心设置,各个切削轮61的中心轴内端均固定安装有驱动叶轮102,各根高压喷管62均固定安装在切削法兰座98,各根高压喷管62的喷口分别向下朝向各个驱动叶轮102的上侧部设置;

掘进筒体63的外圆周和破碎筒体70的外圆周上均开设有四个圆周阵列设置的安装槽103,前侧的安装槽103的下侧和前侧均敞口,每个安装槽103中均安装有所述的支撑机构,前侧的支撑机构包括铰接支座104、竖直支撑压板105和第三液压油缸106,铰接支座104通过若干根螺钉107固定安装在前侧的安装槽103底部,竖直支撑压板105沿左右方向竖向设置且位于前侧的安装槽103前方,第三液压油缸106的缸体底部铰接在铰接支座104的上侧部,第三液压油缸106的活塞杆向前下方伸出,第三液压油缸106的活塞杆前端铰接在竖直支撑压板105的后侧面中部,竖直支撑压板105的后侧面中部下侧铰接有第四连杆108,第四连杆108向后上倾斜设置,第四连杆108的后侧部与铰接支座104的下侧部之间铰接有两根平行的第五连杆109,竖直支撑压板105的前侧面为粗糙面。

一种致密岩地质勘探取样钻井系统的工作方法,具体包括以下步骤:

(1)、将卡车带动整个系统开到指定作业位置,将钻井导向管组件调整好状态与车厢底板7固定连接,为下一步钻井作业做准备;

(2)、将普通钻头1置于电动卡瓦3的中心孔中,并通过顶驱5和电动卡瓦3逐个上扣各根钻杆10,对地层进行钻井作业,直至钻进到致密岩层的深度,再通过顶驱5和电动卡瓦3逐个卸扣各根钻杆10,并将各根钻杆10吊回至第一固定框架9上,取下普通钻头1;

(3)、通过顶驱5和电动卡瓦3逐个上扣各根地层井套管12,将各根地层井套管12对接下入钻井中,对钻井井壁进行固定,防止塌陷;

(4)、将电动卡瓦3拆卸掉,将地质取芯专用钻头2放入钻井的上端口中心处,并将四个高压进水管连接头51的上端通过五通管与高压进水管线43的下端固定连接,排污管连接头52的上端与排污管线48的下端固定连接,通过高压进水管线43和排污管线48将地质取芯专用钻头2下入钻井底部,对致密岩进行破碎作业,并进行取样操作,取样完成后,收卷高压进水管线43和排污管线48,将地质取芯专用钻头2从钻井中提出,取出样品;

(5)、通过顶驱5和电动卡瓦3逐个卸扣各根地层井套管12,并将各根地层井套管12吊回至第二固定框架11上。

步骤(1)具体为:将卡车带动整个系统开到指定作业位置,其中,初始时,两个滑动支座32均靠近圆孔8,第二导向管26的上端处于最高位置,两根限位导杆29位于相应的导向长孔28的顶部,两个第一液压油缸37的活塞杆均处于伸出状态,各根第二连杆38和各根第三连杆40均靠拢于第二导向管26,即钻井导向管固定架如同雨伞骨架处于收缩状态,启动两个第一液压油缸37,两个第一液压油缸37的活塞杆同步向上收缩并带动第二圆环形支座36沿第二导向管26的外圆周上移,则各根第二连杆38和各根第三连杆40便远离第二导向管26,使钻井导向管固定架如同雨伞骨架张开,然后启动两个水平伺服减速电机30分别驱动相应的水平丝杆转动,前侧的水平丝杆驱动前侧的滑动支座32向前移动,后侧的水平丝杠31驱动后侧的滑动支座32向后移动,进而使两根第一连杆33的下端随相应的滑动支座32远离圆孔8,进而两根第一连杆33的上端便会带动第二导向管26向下移动,两根限位导杆29位于相应的导向长孔28的底部,此时,各根第二连杆38的下端与车厢底板7接触,各个地脚螺栓固定座39的下表面紧压在车厢底板7上表面,通过若干根地脚螺栓分别将各个地脚螺栓固定座39固定安装在车厢底板7上,如此,完成为下一步钻井作业的准备工作。

步骤(2)具体为:将普通钻头1卡紧固定在电动卡瓦3的中心孔中,通过四个竖直伺服减速电机21同步驱动相应的主动齿轮22转动,左侧的两个主动齿轮22与左侧的齿条20传动连接,右侧的两个主动齿轮22与左侧的齿条20传动连接,如此,使水平滑动板13在两条第一水平导轨16上前后移动,水平滑动板13向前移动到各根钻杆10上方时停止,缆索卷绕电机15驱动缆索卷盘14转动进行放缆,使顶驱5下到第一根钻杆10的正上方为止,顶驱5卡住抱紧第一根钻杆10的顶部,缆索卷绕电机15驱动缆索卷盘14反向转动进行收缆,顶驱5将第一根钻杆10吊起,四个竖直伺服减速电机21再同步反转,从而驱使水平滑动板13反向移动至第二导向管26正上方,然后,缆索卷绕电机15驱动缆索卷盘14转动进行放缆,则顶驱5带动第一根钻杆10下落进入第二导向管26中,直至第一根钻杆10的下端下落到第一导向管25的下端,通过顶驱5和电动卡瓦3的作用实现第一根钻杆10的下端与普通钻头1的上端上扣,启动卡瓦驱动电机4,卡瓦驱动电机4驱动电动卡瓦3抱紧第一根钻杆10转动,并驱使第一根钻杆10逐步向下移动,使普通钻头1对地层进行钻井作业,钻井作业过程中,通过顶驱5逐个将各根钻杆10采用上述操作进行上扣,直至普通钻头1钻进到致密岩层的深度,通过顶驱5吊起整个连接在一起的钻杆10,电动卡瓦3卡住上部第二根钻杆10,通过顶驱5将上部第一根钻杆10与上部第二根钻杆10进行卸扣,并将上部第一根钻杆10吊回至第一固定框架9上,如此,逐个卸扣各根钻杆10,使各根钻杆10吊回至第一固定框架9上,取下普通钻头1。

步骤(3)具体为:通过四个竖直伺服减速电机21驱动水平滑动板13在两条第一水平导轨16上向后移动至各根地层井套管12的正上方,缆索卷绕电机15驱动缆索卷盘14转动进行放缆,使顶驱5下到第一根地层井套管12的正上方为止,顶驱5卡住抱紧第一根地层井套管12的顶部,缆索卷绕电机15驱动缆索卷盘14反向转动进行收缆,顶驱5将第一根地层井套管12吊起,四个竖直伺服减速电机21再同步反转,从而驱使水平滑动板13反向移动至第二导向管26正上方,然后,缆索卷绕电机15驱动缆索卷盘14转动进行放缆,则顶驱5带动第一根地层井套管12下落进入第二导向管26中,直至第一根地层井套管12的下端下落穿过第一导向管25的下端并插接在电动卡瓦3的中心孔中,电动卡瓦3卡住第一根地层井套管12,然后,缆索卷绕电机15驱动缆索卷盘14反向转动进行收缆,将顶驱5从第二导向管26中提出,四个竖直伺服减速电机21驱动水平滑动板13再次向后移动至各根地层井套管12的正上方,缆索卷绕电机15驱动缆索卷盘14转动进行放缆,使顶驱5下到第二根地层井套管12的正上方为止,顶驱5卡住抱紧第二根地层井套管12的顶部,缆索卷绕电机15驱动缆索卷盘14反向转动进行收缆,顶驱5将第二根地层井套管12吊起,四个竖直伺服减速电机21再同步反转,从而驱使水平滑动板13反向移动至第二导向管26正上方,然后,缆索卷绕电机15驱动缆索卷盘14转动进行放缆,则顶驱5带动第二根地层井套管12下落进入第二导向管26中,直至第二根地层井套管12的下端下落到第一导向管25的下端并与第一根地层井套管12的上端对接,通过顶驱5和电动卡瓦3的作用实现第二根地层井套管12的下端与第一根地层井套管12的上端上扣,如此,通过顶驱5和电动卡瓦3逐个上扣各根地层井套管12,将各根地层井套管12对接下入钻井中,对钻井井壁进行固定,防止塌陷。

步骤(4)具体为:将电动卡瓦3拆卸掉,将地质取芯专用钻头2放入钻井的上端口中心处,并将四个高压进水管连接头51的上端通过五通管与高压进水管线43的下端固定连接,排污管连接头52的上端与排污管线48的下端固定连接,通过高压进水管卷盘44放卷高压进水管线43,通过排污管卷盘49放卷排污管线48,进而通过高压进水管线43和排污管线48将地质取芯专用钻头2下入钻井底部,启动掘进筒体63上的四个第三液压油缸106,掘进筒体63上的四个第三液压油缸106活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板105固定支撑在钻井内壁上,从而使掘进筒体63固定在钻井中,然后通过四个第二液压油缸69的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离,再启动破碎筒体70上的四个第三液压油缸106,破碎筒体70上的四个第三液压油缸106活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板105固定支撑在钻井内壁上,从而使破碎筒体70固定在钻井中,再将掘进筒体63上的四个第三液压油缸106活塞杆收回与钻井内壁分离,通过四个第二液压油缸69的活塞杆收缩将掘进部向下移动一段距离,再使掘进筒体63上的四个第三液压油缸106活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板105固定支撑在钻井内壁上,使掘进筒体63固定在钻井中,将破碎筒体70上的四个第三液压油缸106活塞杆收回与钻井内壁分离,然后通过四个第二液压油缸69的活塞杆伸出将破碎部和切削部一起向下推进一段距离,再使破碎筒体70上的四个第三液压油缸106活塞杆伸出将相应的竖直支撑压板105固定支撑在钻井内壁上,从而使破碎筒体70固定在钻井中,如此,重复上述操作,实现地质取芯专用钻头2蠕动前进;

在地质取芯专用钻头2蠕动前进过程中,启动高压供水泵42和排污水泵47,高压供水泵42将供水箱41中的水通过高压供水管45、高压进水管线43和四个高压进水管连接头51向掘进部内的高压供水环腔53中注入高压水,高压水再通过四根高压软管57进入四个高压水流射道中,高压水经四个高压水流射孔76喷射进入冲刷环腔55中并冲击导流筒体80上侧部外圆周上的各块旋转叶片85,驱动导流筒体80高速旋转,导流筒体80带动切削部整体旋转,高压水在冲刷环腔55中经螺旋导流叶片84旋转加速向下冲入各个高压喷水通道59,高压水再经各个高压喷水通道59进入高压喷水环腔60中,最后,高压水通过各根高压喷管62喷出,部分高压水冲击各个驱动叶轮102驱使各个切削轮61高速转动,部分高压水冲击在需要开采的致密岩上,进行破碎作业,同时各个切削轮61转动对致密岩进行切削破碎,由于钻井底部空间较小,高压水会反向向圆锥形聚渣斗100聚集并向上回流,使致密岩碎渣送入圆锥形聚渣斗100中,并向上通过排渣孔99、排渣通道93、取芯通道91和切削通道58进入到破碎通道56中,并在高速旋转的螺旋切削刀片83作用下进一步切割破碎,同时与摩擦圆管71内壁的摩擦长槽77进行摩擦破碎,之后通过波纹管68进入排污管道67,再通过排污管道67排出掘进筒体63并经排污管连接头52和排污管线48排出到地面,最后经排污水泵47和回水管50进入排污水箱46中,其中初始时,两块挡板96均位于偏心处,取芯通道91和切削通道58均打开;

当到达某一指定位置时,启动上侧的防水电机95,将上侧的挡板96转动至中心处封堵切削通道58的下端口,则破碎的致密岩样品进入取芯通道91中,然后启动下侧的防水电机95,将下侧的挡板96转动至中心处封堵取芯通道91的下端口,如此,完成取样,将高压进水管线43和排污管线48同步向上收起,将该多功能致密岩地质勘探钻头从钻井中提出,取出样品。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解;依然可以对本发明进行修改或者等同替换,而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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