专利名称：钻探孔壁塑造成型器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻探孔壁塑造成型器。
技术背景地质勘探、石油钻井、工程勘察及其它钻探工程钻进作业中，钻孔复杂地层孔壁支护技术是一大难题。大多数情况下都采用泥浆护壁，但是在某些复杂地层，单纯采用泥浆护壁很难满足要求；下套管可以达到封隔复杂孔段的目的，但是每下入一级套管，钻孔直径就会缩小一级，不利于钻探施工，且钻探成本大大增加；石油钻井中的膨胀管技术，其所使用的膨胀管膨胀所需力太大，地质钻探设备能力不足，同时也存在某些破碎地层无法下到位的缺点；采用水泥护壁时，在某些严重漏失、涌水地层，水泥易被稀释或冲走或不结石，且水泥与孔壁之间形成的水泥孔壁属于刚性连接，经敲打后容易脱落掉块，发生孔内事故。因此上述几种技术都存在一定的不足之处，难以满足钻孔复杂地层孔壁支护技术要求。
发明内容为克服现有技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种钻探孔壁塑造成型器， 它具有成本低、支护效果好、可快速支护、与孔壁连结性好、安全可靠、形成的孔壁具有弹塑性，对钻杆磨损小，利于后续钻进作业等特点。本实用新型解决技术问题采用如下技术方案钻探孔壁塑造成型器，包括处于下端的浆液仓，所述浆液仓的下部设置有单向阀，浆液仓的内腔上部设有活塞座，所述活塞座与所述浆液仓的内壁之间密封；处于中部的膨胀机构，所述膨胀机构包括中空的芯杆，在所述芯杆外套接有膨胀管，所述膨胀管的下部通过下压管压紧于所述芯杆上，所述下压管的上下端分别螺纹连接于所述芯杆及所述浆液仓上；所述膨胀管的上部通过上压管压紧于所述芯杆上，所述上压管套接于所述芯杆上，且所述上压管与所述芯杆之间设置有0型密封圈；处于上部的连接机构，所述连接机构包括与所述芯杆上端螺纹连接的中空的上接头，所述上接头上端设有与钻杆连接的内螺纹，所述上接头中设有旁通阀；所述芯杆上设置有与所述膨胀管内腔相通的径向小孔。本实用新型的结构特点也在于所述上接头中的旁通阀的结构为上接头的下部内腔呈倒圆台形，在倒圆台形内腔处的上接头侧壁设置有径向孔，所述径向孔以倒圆台形的中空的堵头实现封堵。在所述上接头与所述上压管之间的芯杆上套接有锁紧螺母，以所述锁紧螺母将所述上压管锁紧于所述芯杆上。所述活塞座的下部套接有活塞体，在所述活塞体的下端面上开设有环形凹槽，所述环形凹槽与所述活塞体的下端面圆周为同心圆；所述活塞座中心设有轴向贯通活塞本体的螺纹孔，所述螺纹孔朝向所述芯杆的一端设有封堵螺栓。[0014]所述浆液仓的下端螺纹连接有中空的下接头，在下接头的下端螺纹连接有中空的导正接头，所述下接头的内腔上部设有与浆液仓内腔相通的圆台形通道，并在下接头的内腔设有能封堵所述圆台形通道的圆台形下活塞，在所述下接头的内腔中还设置有弹簧，所述弹簧的上下端分别以所述下活塞和所述导正接头为弹簧座。与已有技术相比，本实用新型的有益效果体现在本实用新型通过将选用的化学浆液送入钻孔内预定位置，使化学浆液一部分渗透到孔壁裂隙中膨胀固结，将地层松散破碎岩石固结为一个整体，大大提高地层岩石整体强度；另一部分浆液则在孔壁形成一段连续、致密、具有一定强度和抗渗性能的“人工孔壁”。 该人工孔壁具有一定的塑性、抗冲击性，强度较高，抗渗性好，能满足钻探要求。本实用新型能快速的解决钻孔复杂地层的孔壁支护问题，浆液固结速度快，1-2分钟即可固结，一般在 30分钟后固结体即可达到较高的强度，可进行下步正常钻进。本实用新型相较于传统下套管支护孔壁的方法，钻探成本、作业时间大幅降低，对后续钻进作业影响小，该技术相对于泥浆护壁更加可靠。另外本实用新型对现场钻探设备没有特殊要求，便于推广应用。
图1为本实用新型的装配结构示意图；图2为图1的A部放大图；图3为本实用新型的工作原理图。图中标号1浆液仓，2活塞座，21活塞体，22环形凹槽，3芯杆，31小孔，4膨胀管，5 弹簧，6下压管，7上压管，8为0型密封圈，9上接头，91径向孔，10封堵螺栓，11锁紧螺母， 12下接头，13导正接头，14下活塞，15钻杆，16堵头。以下通过具体实施方式
，并结合附图对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
实施例参见图1、2，本实施例的钻探孔壁塑造成型器，包括处于下端的浆液仓1，浆液仓1下端螺纹连接有中空的下接头12，在下接头的下端螺纹连接有中空的导正接头13，下接头的内腔上部设有与浆液仓内腔相通的圆台形通道， 并在下接头的内腔设有能封堵圆台形通道的圆台形下活塞14，在下接头的内腔中还设置有弹簧5，弹簧5的上下端分别以下活塞14和导正接头13为弹簧座。在浆液仓1的内腔上部设有活塞座2，在活塞座2的下部套接有活塞体21，在活塞体21的下端面上开设有环形凹槽22，并且环形凹槽22与活塞体的下端面圆周为同心圆；设置环形凹槽22的目的是，当化学浆液仓1内的压力升高时，压力促使环形凹槽22向内外两侧张开，紧紧密封在活塞座的内壁及浆液仓的内壁上。活塞座2中心设有轴向贯通活塞本体的螺纹孔，在螺纹孔朝向芯杆3的一端设有封堵螺栓10。处于中部的膨胀机构，其包括中空的芯杆3，在芯杆外套接有膨胀管4，膨胀管的下部通过下压管6压紧于芯杆3上，下压管的上下端分别螺纹连接于芯杆3及浆液仓1上； 膨胀管的上部通过上压管7压紧于芯杆3上，上压管7套接于芯杆3上，且上压管7与芯杆 3之间设置有0型密封圈8。在芯杆3上设置有与膨胀管内腔相通的径向小孔31。处于上部的连接机构，连接机构包括与芯杆3上端螺纹连接的中空的上接头9， 上接头上端设有与钻杆连接的内螺纹，在上接头9中设有旁通阀，具体为上接头的下部内腔呈倒圆台形，在倒圆台形内腔处的上接头侧壁设置有径向孔91，径向孔91以倒圆台形的中空的堵头16实现封堵。在上接头9与上压管7之间的芯杆上套接有锁紧螺母11，以锁紧螺母11将上压管 7锁紧于所述芯杆3上。使用时，按照图1的装配图装配本实用新型的孔壁塑造成型器，安装下接头12及导正接头13，下活塞14封堵与浆液仓连通的圆台形通道，下活塞设置为圆台形，当装置下探到深井内时，下活塞会受外界压力压迫越塞越紧，密封性更好。然后在浆液仓1内装入化学浆液，安装活塞座2，并从活塞座2中心的螺纹孔将化学浆液注满浆液仓，之后用封堵螺栓10密封。将膨胀管4套接在芯杆3上，膨胀管的上下端分别用上压管7、下压管6压紧在芯杆上，下压管6与浆液仓1螺纹连接，上压管7的上端以锁紧螺母11锁紧在芯杆3上。 将上接头9螺纹连接在芯杆3上端。参见图3，上接头9的内螺纹与钻杆15连接，装配完成后缓缓下入钻孔内预定位置，然后从钻杆内投放堵头16，待堵头下到预定位置后，即可封堵住上接头9侧壁的小孔91，小孔在封堵前可保证芯杆内外、浆液仓内外基本受压平衡，也可以使钻杆内液体与外部连通，减小下钻阻力。开启泥浆泵，当钻杆内液体压力达到活塞推动压力时，活塞座2下行，推动化学浆液运动，压力迫使下活塞14下行，圆台形通道开启，化学浆液被挤进钻孔中。同时当芯杆3内液体压力升高时，液体自芯杆3的径向孔31射入膨胀管内腔，为防止膨胀管被水流击破，径向孔91的轴线与芯杆3的轴线成30°左右的夹角。 膨胀管4逐渐膨胀，待活塞座2行至底时，将化学浆液全部挤出，此时钻杆内液体压力急剧升高，膨胀管迅速膨胀，使钻探孔壁塑造成型器与孔壁之间的环状间隙被完全密封。稳压 1-2分钟即可卸压，此时一部分化学浆液渗透到孔壁裂隙中膨胀固结，将地层松散破碎岩石固结为一个整体，另一部分化学浆液则在孔壁形成一段连续、致密的，具有一定强度和抗渗性能的人工孔壁。卸压后将钻探孔壁塑造成型器提出孔口。
权利要求1.钻探孔壁塑造成型器，其特征在于包括处于下端的浆液仓(1)，所述浆液仓的下部设置有单向阀，浆液仓的内腔上部设有活塞座O)，所述活塞座与所述浆液仓的内壁之间密封；处于中部的膨胀机构，所述膨胀机构包括中空的芯杆(3)，在所述芯杆外套接有膨胀管G)，所述膨胀管的下部通过下压管(6)压紧于所述芯杆C3)上，所述下压管的上下端分别螺纹连接于所述芯杆C3)及所述浆液仓(1)上；所述膨胀管的上部通过上压管(7)压紧于所述芯杆(3)上，所述上压管(7)套接于所述芯杆(3)上，且所述上压管(7)与所述芯杆 ⑶之间设置有0型密封圈⑶；处于上部的连接机构，所述连接机构包括与所述芯杆(3)上端螺纹连接的中空的上接头(9)，所述上接头上端设有与钻杆连接的内螺纹，所述上接头(9)中设有旁通阀；所述芯杆C3)上设置有与所述膨胀管内腔相通的径向小孔(31)。
2.根据权利要求1所述的钻探孔壁塑造成型器，其特征在于，所述上接头中的旁通阀的结构为上接头的下部内腔呈倒圆台形，在倒圆台形内腔处的上接头侧壁设置有径向孔 (91)，所述径向孔(91)以倒圆台形的中空的堵头(16)实现封堵。
3.根据权利要求1所述的钻探孔壁塑造成型器，其特征在于，在所述上接头(9)与所述上压管(7)之间的芯杆上套接有锁紧螺母(11)，以所述锁紧螺母(11)将所述上压管(7) 锁紧于所述芯杆(3)上。
4.根据权利要求1所述的钻探孔壁塑造成型器，其特征在于，所述活塞座( 的下部套接有活塞体(21)，在所述活塞体的下端面上开设有环形凹槽(22)，所述环形凹槽02) 与所述活塞体的下端面圆周为同心圆；所述活塞座中心设有轴向贯通活塞本体的螺纹孔，所述螺纹孔朝向所述芯杆(3)的一端设有封堵螺栓(10)。
5.根据权利要求1所述的钻探孔壁塑造成型器，其特征在于，所述浆液仓(1)的下端螺纹连接有中空的下接头(12)，在下接头的下端螺纹连接有中空的导正接头(13)，所述下接头的内腔上部设有与浆液仓内腔相通的圆台形通道，并在下接头的内腔设有能封堵所述圆台形通道的圆台形下活塞(14)，在所述下接头的内腔中还设置有弹簧(5)，所述弹簧的上下端分别以所述下活塞(14)和所述导正接头(1 为弹簧座。
专利摘要本实用新型公开了一种钻探孔壁塑造成型器，包括处于下端的浆液仓，其下部设置有单向阀，内腔上部设有与浆液仓内壁密封的活塞座；处于中部的膨胀机构，其包括中空的芯杆，外部套接有膨胀管，膨胀管的下部通过下压管压紧，下压管的上下端分别螺纹连接于芯杆及所述浆液仓上；膨胀管的上部通过上压管压紧上压管套接于所述芯杆上；处于上部的连接机构，其包括与芯杆上端螺纹连接的中空的上接头，上接头设有与钻杆连接的内螺纹，芯杆上设置有与膨胀管内腔相通的径向小孔。本实用新型具有成本低、支护效果好、可快速支护、与孔壁连结性好、安全可靠、形成的孔壁具有弹塑性，对钻杆磨损小，利于后续钻进作业等特点。
文档编号E21B33/138GK202273644SQ20112041717
公开日2012年6月13日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者吴翔, 朱恒银, 王强 申请人:安徽省地质矿产勘查局313地质队