反循环钻探法设备的制作方法

本实用新型属于地质钻探技术领域，具体涉及反循环钻探法用设备。

背景技术：

反循环钻探技术是伴随着正循环钻探技术的发展而相应发展起来的一种新型的钻探方法，由于在某种条件下，反循环具有比正循环钻探方法更多的优点，能够取得较优的经济效果，因此，近年来得到了很大发展，应用面逐步扩大。

反循环钻探技术是钻探冲洗液自孔口经钻杆与孔壁间或双壁钻杆的内外管之间的环状空间向下行，到达孔底后又从钻杆或双壁钻杆内管上返到地表的一种相反方向循环方式的钻探和取样技术。冲洗液介质可以是水、泥浆或空气。

20世纪40～50年代，反循环钻探技术开始在荷兰、德国兴起，很快推广到世界各地，并相继出现了多种形式的反循环钻探技术。初期的反循环钻探只能采取岩矿屑。近年来在地质钻探中应用反循探环钻技术已能成功地连续采取岩（矿）心。反循环钻探时，由于冲洗介质在钻杆中心孔内以高速度上升,故排出钻屑的能力强,钻屑粒径大，钻屑在孔底的重复破碎少，能大幅度提高钻探效率，特别是在大口径钻探中效果明显。

反循环钻探技术主要有以下几种：

泵吸反循环：

主要工作机械是一台砂石泵, 当砂石泵工作时吸入口压力低于大气压力，其最大值称为砂石泵的真空度。孔内循环介质在大气压作用下产生循环方式。其驱动冲洗介质流动的压力称为驱动压力，该压力等于泵的真空度，因此要求所用砂石泵要有较高的真空度。砂石泵启动时要用真空泵或灌注泵先排出砂石泵及管路内的空气才能启动工作。

射流反循环：

工作时由工作泵输来的高压液体经过射流泵的喷嘴形成高速射流，使射流泵的吸入口形成低于大气压的低压区，孔内冲洗液在大气压力作用下被抽吸入射流泵。其循环方式和原理与泵吸反循环相似。对于泵吸反循环和射流反循环，当砂石泵和射流泵位于地表时,其驱动压力相当于泵的真空度，不可能大于1个大气压，故只适用于浅孔反循环钻探。这两种反循环设施均能设计成正反循两用，以便用来排除管道堵塞及适应不同地层钻探工艺的需要。

气举反循环：

压缩空气经输气通道进入混合室与钻孔冲洗液混合，在混合室上部钻杆内产生比重较小的气水混合流，而混合室以上钻杆外冲洗液由于没有掺入空气，因此比重较大，这样内外水柱由于比重不同而产生压力差,在此压力差作用下冲洗液按图2箭头所示方式循环。其驱动压力随混合室沉没深度增加而增加，沉没深度不大时，排出岩屑效率不高，沉没深度小于15米时工作不正常，故气举反循环常与其他循环方式组合使用。当采用高压空气压缩机时可使沉没深度增加，从而使驱动压力增大，因此可以钻较深的孔。

贯通式气动潜孔锤反循环钻探法：

贯通式气动潜孔锤配备双壁钻杆，压缩空气在钻头底部排气口的负压区排出气流速度高，接近亚音速，对岩心、岩屑能产生强大抽吸力与推动力，解决了长期以来砾石层松散地层不能取得足够岩心岩样的难题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种反循环钻探法设备，能够实现排出岩屑样的现场随钻分离，地面能取得实时样品，对地质人员判断地层非常有利。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：

一种反循环钻探法设备，其为贯通式气动潜孔锤反循环连续取样钻进系统，包括钻具、压缩空气发生装置以及排出岩屑样的随钻分离装置，钻具包括从下到上依次设置的反循环钻头、贯通式潜孔锤、双壁钻杆以及双通道水龙头，双通道水龙头连接高压胶管和鹅颈弯管，压缩空气发生装置连接高压胶管，排出岩屑样的随钻分离装置连接排渣管，鹅颈弯管连接排渣管，排出岩屑样的随钻分离装置包括旋流器和岩屑样分离装置，排渣管连接旋流器的进料口，岩屑样分离装置包括立管和斜管，立管的顶端连接旋流器的底流口，斜管与立管的夹角为105°-125°，斜管顶端与立管下端连接，斜管的管底至少部分采用滤网构成。

上述反循环钻探法设备，斜管的下端口为斜口，斜管下端的下侧边向上翻边，斜管下端的上侧边较斜管下端的下侧边更加靠近斜管上端。

上述反循环钻探法设备，滤网的正下方为池。

上述反循环钻探法设备，压缩空气发生装置包括空气压缩机、单向阀、第一气罐、冷却器、油水分离器和第二气罐，空气压缩机采用电动机驱动，空气压缩机、单向阀、第一气罐、冷却器、油水分离器和第二气罐通过管道顺次连接，高压胶管连接第二气罐，排水器固定于第一气罐罐底。

上述反循环钻探法设备，反循环钻头的上段具有外花键，反循环钻头的下段开设底喷排风孔，反循环钻头具有中心通道和取心偏心孔，中心通道的底口与取心偏心孔的顶口连接，取心偏心孔轴线相对中心通道轴线向右侧偏斜4°-6°，取心偏心孔的底口开口于反循环钻头的底端。

上述反循环钻探法设备，反循环钻头的上段开设有贯穿反循环钻头壁的内喷射孔，内喷射孔轴线与中心通道轴线的夹角为120°-136°，内喷射孔底口开口于反循环钻头上段的外侧，内喷射孔顶口开口于反循环钻头上段的内侧。

上述反循环钻探法设备，内喷射孔的数量为3-4个，全部内喷射孔以中心通道轴线为中心线环形阵列。

上述反循环钻探法设备，内喷射孔的直径为6mm。

上述反循环钻探法设备，反循环钻头的底端面上设置三种硬质合金块，每种硬质合金块均包括半球状工作头和镶嵌于反循环钻头内的圆柱段，半球状工作头与圆柱段外端连接，三种硬质合金块分别为底刃硬质合金块、侧刃硬质合金块和内刃硬质合金块，侧刃硬质合金块、底刃硬质合金块和内刃硬质合金块与取心偏心孔轴线的距离顺次缩小。

压缩空气发生装置产生压缩空气，压缩空气输出，经由双通道水龙头进入双壁钻杆的环状通道，压缩空气驱动贯通式潜孔锤动作，贯通式潜孔锤高频冲击反循环钻头，从而实现高速碎岩钻进。做功后的废气经由反循环钻头高速喷射出，在钻孔底部形成均匀的负压区，通过卷吸作用携带岩屑样向上返，最终经由双壁钻杆的中心通道后，再经由鹅颈弯管、排渣管进入旋流器，最终在岩屑样分离装置实现岩屑样的分离和收集，分离通过滤网实现。本实用新型能够实现排出岩屑样的现场随钻分离，地面能取得实时样品，对地质人员判断地层非常有利。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步详细的说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为反循环钻头的结构示意图。

图3为压缩空气发生装置的结构示意图。

图4为岩屑样分离装置的结构示意图。

图中：1反循环钻头,2双壁钻杆,3高压胶管,4双通道水龙头,5鹅颈弯管,6旋流器,7岩屑样分离装置,8池,9立管,10斜管,11滤网,12空气压缩机,13单向阀,14第一气罐,15冷却器,16油水分离器,17第二气罐,18外花键,19中心通道,20内喷射孔,21底喷排风孔,22内刃硬质合金块,23底刃硬质合金块,24侧刃硬质合金块,25取心偏心孔。

具体实施方式

如图1至图4所示，一种反循环钻探法设备，具体为贯通式气动潜孔锤反循环连续取样钻进系统，包括钻具、压缩空气发生装置以及排出岩屑样的随钻分离装置。钻具包括从下到上依次设置的反循环钻头1、贯通式潜孔锤、双壁钻杆2以及双通道水龙头4，双通道水龙头连接高压胶管3和鹅颈弯管5，压缩空气发生装置连接高压胶管，将高压空气输入双通道水龙头。排出岩屑样的随钻分离装置连接排渣管，鹅颈弯管连接排渣管，即携带岩屑样流体从双通道水龙头出来后，顺次经由鹅颈弯管和排渣管，再进入排出岩屑样的随钻分离装置。排出岩屑样的随钻分离装置包括旋流器6和岩屑样分离装置7，排渣管连接旋流器的进料口，岩屑样分离装置包括立管9和斜管10，立管的顶端连接旋流器的底流口，斜管与立管的夹角为105°-125°，斜管顶端与立管下端连接，斜管的管底至少部分采用滤网11构成，以起到滤除分离作用，可以是斜管管底开口，装上滤网，也可以是斜管管底整个采用滤网构成。

斜管的下端口为斜口，斜管下端的下侧边向上翻边，以起到汇集收集作用。斜管下端的上侧边较斜管下端的下侧边更加靠近斜管上端，即开口朝上。

滤网的正下方为池8，能够收集和储存经过滤网后的流体介质。

压缩空气发生装置包括空气压缩机12、单向阀13、第一气罐14、冷却器15、油水分离器16和第二气罐17，空气压缩机采用电动机驱动，空气压缩机、单向阀、第一气罐、冷却器、油水分离器和第二气罐通过管道顺次连接，高压胶管连接第二气罐，排水器固定于第一气罐罐底。第二气罐起到缓冲储存压缩气体的作用，避免钻探过程中高压气体的脉动。

反循环钻头的上段具有外花键18，反循环钻头的下段开设底喷排风孔21，反循环钻头具有中心通道19和取心偏心孔25，中心通道的底口与取心偏心孔的顶口连接，取心偏心孔轴线相对中心通道轴线向右侧偏斜4°-6°，即它们的夹角为4°-6°。取心偏心孔的底口开口于反循环钻头的底端。

钻头取心偏心孔的设计保持了钻头底部过流断面的最大通过直径，解决了岩心在钻头部位的卡堵问题，采用偏心孔结构，有利于内齿硬质合金柱嵌装，也可起到岩心切断器的作用。

对于裂隙发育岩层内的空洞多的地层，气体在从钻头的排气孔排出后，有相当部分气体漏失到地层，使进入钻头中心孔的气体减少，影响了反循环的形成，排渣效果差。为有效减少气体漏失到地层，反循环钻头的上段开设有贯穿反循环钻头壁的内喷射孔20，内喷射孔轴线与中心通道轴线的夹角为120°-136°，内喷射孔底口开口于反循环钻头上段的外侧，内喷射孔顶口开口于反循环钻头上段的内侧。压缩空气经由内喷射孔斜向上射出，带动周围的气体，扩压区形成于内喷射孔的上方，在扩压区的下方形成了负压区，卷吸、引射部分气体补充原有钻头中底喷孔形成的反循环气流，两股气体混合后形成稳定的反循环流体介质，提高了反循环的效果，在特殊地层，仍能很好的反循环。

具体地，内喷射孔的数量为3-4个，全部内喷射孔以中心通道轴线为中心线环形阵列。

具体地，内喷射孔的直径为6mm。

为了获得优良的钻进效果和钻头的寿命延长，反循环钻头的底端面上设置三种硬质合金块，每种硬质合金块均包括半球状工作头和镶嵌于反循环钻头内的圆柱段，半球状工作头与圆柱段外端连接，三种硬质合金块分别为底刃硬质合金块23、侧刃硬质合金块24和内刃硬质合金块22，侧刃硬质合金块、底刃硬质合金块和内刃硬质合金块与取心偏心孔轴线的距离顺次缩小。