用于密封炮孔壁的方法和钻头与流程

用于密封炮孔壁的方法和钻头


背景技术：

1.在采矿和岩石开挖中，可能会在岩石上钻出炮孔，并用固体、颗粒、浆料、凝胶、乳液或液体爆炸物加以填充。例如，将液体爆炸物泵送到炮孔中并可控地加以引爆。岩石破裂或岩石断裂的量可用插入炮孔中的爆炸材料的量来控制。可连续地钻出和引爆炮孔，以进一步控制裂缝的方向。
2.有时，岩石会具有钻工看不到的天然裂缝。连续的爆破可能会导致岩石进一步断裂。从表面上看，可能无法预测从炮孔壁延伸的裂缝的位置、方向或幅度。炮孔钻探过程可能会导致岩石进一步断裂或开裂。当炮孔填充有爆炸物时，至少部分爆炸物可能会进入裂缝。这使得受控的岩石爆破更加困难。当引爆爆炸物时，岩石可能会沿着从炮孔壁延伸的裂缝不受控制地破裂。
3.另外或替代地，炮孔壁可包含在钻探期间被压碎的小碎片。在提起钻机时，碎片可能会更深地落入炮孔中，并填充炮孔底部。所述碎片、小颗粒或沙子可能会产生堵塞配置成用爆炸物填充炮孔的馈送管的障碍物。为了完成对炮孔的填充，必须将馈送管从炮孔中提起，且必须再次插入钻机组合件以清理炮孔底部。有时，清理过程必须重复多次，从而造成时间和资源的浪费。
4.可用管状衬里覆盖炮孔壁，或可使用钻杆来提供用于覆盖壁的混凝土糊状物。ep0777018a1公开了一种通过将液体或糊状混凝土材料经由布置在钻杆中的管路供应到一组喷嘴，并将物质从钻杆中的开口排出到孔中来产生包覆在孔中的混凝土的方法。所述材料在将钻头从孔中提起时固化。


技术实现要素：

5.此概述用于以简化形式介绍下文在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。此概述并非意图识别所要求的主题的关键特征或基本特征，也并非意图用于限制所要求的主题的范围。此外，所要求的主题不限于解决本公开的任何部分中陈述的任何或所有缺点的实施方案。
6.公开了用于密封炮孔壁的方法和钻头。钻杆可包括随着钻探进行而添加到钻杆的多个连续部分。钻杆是中空的，从而允许钻探流体穿过钻杆到达钻头。钻探流体在钻探期间冲洗钻头和炮孔。
7.在已将炮孔钻至所要深度之后，从钻杆冲出钻探流体。钻头包括用于冲洗炮孔的冲洗孔口和密封剂孔口。冲洗孔口由物件覆盖，而使密封剂孔口打开。物件可为在钻机组合件处于所要深度时掉入中空钻杆中的球形部分。
8.密封剂被提供到钻杆中并推向钻头。密封剂无法穿过阻塞的冲洗孔口，其实际上流过钻头外部的密封剂孔口，且流入炮孔壁中。密封剂孔口在钻头中高于冲洗孔口而定位。在密封剂覆盖炮孔壁时，使钻机组合件旋转。从炮孔提起旋转的钻机组合件，其中旋转的钻头使炮孔壁成形。离心力和施加到密封剂的压力使密封剂穿透到裂缝中。密封剂包括充分粘度以防止其在提起钻探组合件时下垂。
9.密封剂使炮孔壁成形为所要形状和大小。炮孔壁可在无需从炮孔提起钻杆的情况下用钻探时使用的相同设备形成。所述功能性布置于钻头中。对于钻杆组合件不存在特殊要求。炮孔操作员可使用标准钻杆库存，这减少了错误数目和对不同备件的需求。钻杆可易于从多个供应商获得。
10.由于通过参考结合附图考虑的以下详细描述会更好理解许多伴随特征，因此将更易了解这些特征。下文所描述的实施例不限于解决已知炮孔钻探解决方案的任何或所有缺点的实施方案。
附图说明
11.结合附图阅读以下详细描述将更好地理解本说明书，在附图中
12.图1说明连接到钻杆的钻头的一个示例性实施例的横截面图；
13.图2说明钻头的一个示例性实施例的横截面图；
14.图3说明炮孔内部的一个示例性实施例的横截面图；
15.图4说明当提起钻机组合件时，炮孔内部的一个示例性实施例的横截面图；以及
16.图5示意性地说明用于钻出炮孔的方法的步骤。
17.在附图中，相似附图标记用于指定相似部分。
具体实施方式
18.以下结合附图提供的详细描述旨在作为当前实例的描述，而非旨在表示可构造或利用当前实例的仅有形式。然而，相同或等效功能和顺序可以通过不同实例实现。
19.尽管本文中将当前实例描述且说明为在竖直炮孔地层中实施，但其提供为实例而非限制。如所属领域的技术人员将了解，当前实例适于在多种不同类型的岩石钻探应用中应用。
20.公开了用于密封炮孔壁的方法和钻头。图1说明连接到钻杆10的钻头11的一个示例性实施例的横截面图。在当前实例中，所述连接由配置到钻头11的阴螺纹16和配置到钻杆10的阳螺纹提供。可在不更改本发明的范围的情况下应用用于将钻头11连接到钻杆10的各种替代例。
21.钻杆10是中空的。在此实例中，中空部分15位于钻杆10的中间。中空部分15允许冲洗流体穿过钻头11且到达布置在钻头按钮14附近的至少一个冲洗孔口19。钻探流体被泵送到钻杆10。钻探流体提供静水压力以防止地层流体进入炮孔，在钻探期间使钻头11保持冷却和清洁，进行钻屑，并在钻探暂停和钻探组合件进出孔时暂停钻屑。冲洗流体可为液体、气体、水基泥浆、非水性泥浆、油基泥浆(ob)；以及气态钻探流体，其中可使用广泛范围的气体。
22.钻头11包括至少一个冲洗孔口19和至少一个密封剂孔口12。在钻探期间，冲洗流体的部分还可穿过密封剂孔口12。在开始密封炮孔壁的过程之前，阻塞冲洗孔口19。在当前实例中，在向下钻探时，冲洗孔口19在钻头11中定位于密封剂孔口12下方。向上、向下、下部、上部或更高的方向与当前实例相关。对于所属领域的技术人员来说显而易见的是，可在任何方向上进行钻探，其中本文中所描述的定向定义将被变换成钻探方向。
23.图2说明钻头11的一个示例性实施例的横截面图。当钻头11连接到钻杆10时，钻头
11包括阴螺纹16下方的腔室13。在当前实施例中，密封剂孔口12布置在腔室13的壁处，朝向炮孔壁延伸。在腔室13内部为配置成接纳用于阻塞冲洗孔口19的物件的支座18。在一个实施例中，支座18处于钻杆10的中空部分15正下方。例如球形部分的物件20掉入钻杆10的中空部分15中。球形部分20在图2中可见，但在图1中不可见。球形部分20落到支座18上且阻塞冲洗孔口19。替代地，代替下落，可通过将流体泵送到钻杆10来将物件20推过钻杆10。这使得物件20能够以任何角度穿过钻杆10。支座18配置成匹配物件20的形状。密封剂可穿过钻杆10泵送到钻头11，其中密封剂仅穿过密封剂孔口12，而非冲洗孔口19。
24.图3说明炮孔内部的一个示例性实施例的横截面图。岩体具有裂缝30，其中的一些延伸穿过炮孔壁31。裂缝30可自然地发生在岩石中或先前的爆破可能已经在岩体内部造成了裂缝30。有时，难以预测裂缝30的形状、方向或幅度。在根据现有技术的炮孔引爆方法中，用固体、颗粒、浆料、凝胶、乳液或液体爆炸物填充钻出的炮孔。爆炸物可进入裂缝30且在引爆时引起出乎意料的反应。爆破的方向和影响可能会引起进一步的问题。
25.替代地或另外，钻探过程会从裂缝30的边缘分离小碎片，当从炮孔提起钻机组合件10、11时，小碎片落入炮孔底部。在一种方法中，经由插入到炮孔的管道将爆炸物泵送到炮孔中。由于碎片阻塞通路，管道可能无法到达炮孔底部。当在表面处检测到所述情况时，必须将钻机组合件10、11再次插入到炮孔中以冲掉碎片。这可能是极费时的过程。
26.在当前实例中，钻机组合件10、11已完成钻探且到达所要深度。球形部分20已经由钻杆10从表面掉落到支座18上，以阻塞冲洗孔口19。经由密封剂孔口12朝向炮孔壁31泵送密封剂。密封剂开始在炮孔中上升且进入到裂缝30中。
27.图4说明当提起钻机组合件10、11时，炮孔内部的一个示例性实施例的横截面图。在提起钻头11的同时，密封剂被泵送通过密封剂孔口12，且包括钻杆10和钻头11的钻机组合件被旋转。密封剂孔口12释放密封剂且由旋转钻头所引起的离心力将密封剂推向炮孔壁31。由于由配置成泵送密封剂的泵提供的压力和离心力，密封剂进入裂缝30的更深处。在将爆炸物泵送到炮孔的后期阶段期间，阻塞的裂缝40不会引起问题。
28.钻头11的直径在密封剂孔口12的水平面下方比在密封剂孔口12的水平面处更宽。在一个实施例中，钻头11的直径在密封剂孔口12的水平面下方最宽。在沿着炮孔壁31提起并旋转钻头11时，钻头11使炮孔壁31成形。任何多余的密封剂都保留在钻头11上方。因此，炮孔壁31变成涂布有密封剂的密封壁41。
29.在一个实施例中，要调入中空钻杆10中的物件20为球形部分。球形部分20的形状适于穿过中空钻杆10，因为不存在可能妨碍行进的边缘。在一个实施例中，物件20的形状可包括边缘和/或物件20可包括细长形状。在一个实施例中，物件20具有比密封剂大的相对密度。在一个实施例中，球形部分20具有比密封剂大的相对密度。这防止在密封剂被泵送到钻头11时物件20从支座18上升。在一个实施例中，球形部分20由金属制成。物件的材料可为耐用的以耐受由冲洗流体和/或密封剂引起的化学应力；以及由钻探环境引起的机械应力。在一个实施例中，球形部分20具有独特色彩以辅助在脏污环境下在视觉上定位球形部分20。
30.图5示意性地说明用于钻出炮孔的方法的步骤。在第一步骤51中，所述方法包括通过连接到中空钻杆10的钻头11在岩石上钻出炮孔。步骤52包括经由至少一个冲洗孔口19冲洗钻头11和中空钻杆。步骤53包括在完成钻出炮孔之后覆盖冲洗孔口19。步骤54包括在提起钻头11的同时经由密封剂孔口释放密封剂。
31.公开了一种用于密封炮孔壁的方法。所述方法包括以下步骤：通过连接到中空钻杆的钻头在岩石上钻出炮孔；经由至少一个冲洗孔口冲洗钻头和中空钻杆；将密封剂提供到中空钻杆；以及在提起钻头的同时将密封剂释放到炮孔壁。钻头包括冲洗孔口和密封剂孔口，其中冲洗孔口在密封剂孔口下方；且所述方法包括在完成钻出炮孔之后覆盖冲洗孔口；将密封剂提供到钻头；以及在提起钻头的同时经由密封剂孔口释放密封剂。在一个实施例中，所述方法包括在经由密封剂孔口释放密封剂的同时旋转钻头，其中离心力将密封剂推向炮孔壁。在一个实施例中，在密封剂孔口的水平面下方的钻头直径比在密封剂孔口的水平面处的直径宽，其中提起钻头使密封剂沿着炮孔壁成形。在一个实施例中，所述方法包括通过使球形部分掉入中空钻杆中来覆盖下部冲洗孔口，其中球形部分具有比密封剂大的相对密度。在一个实施例中，球形部分由金属制成。在一个实施例中，钻头包括用于球形部分的支座。在一个实施例中，钻头包括用于将钻头连接到钻杆的阴螺纹和在阴螺纹下方的腔室，其中密封剂孔口通向所述腔室。
32.替代地或另外，公开了一种用于密封炮孔壁的钻头。钻头包括用于连接到中空钻杆的连接构件；以及冲洗孔口、高于冲洗孔口定位的密封剂孔口；和配置成从钻杆接纳用于覆盖冲洗孔口的阻塞物件的支座；且其中钻头配置成从钻杆接收密封剂并使密封剂经由密封剂孔口排出。在一个实施例中，在密封剂孔口的水平面下方的钻头直径比在密封剂孔口的水平面处的直径宽。在一个实施例中，阻塞物件为具有比密封剂大的相对密度的球形部分。在一个实施例中，球形部分由金属制成。在一个实施例中，支座为用于球形部分的支座。在一个实施例中，连接构件包括用于连接到钻杆的阴螺纹和在阴螺纹下方的腔室，其中密封剂孔口通向所述腔室。
33.本文给出的任何范围或装置值可在不失去所求效果的情况下进行扩展或更改。
34.尽管已以特定于结构特征和/或动作的语言描述了主题的至少一部分，但应理解，所附权利要求书中所限定的主题未必限于上文所描述的特定特征或动作。实际上，上文描述的特定特征和动作是作为实施权利要求的实例而公开的，且其它等效特征和动作旨在属于权利要求书的范围内。
35.应理解，上文所描述的益处和优点可以涉及一个实施例或可以涉及若干实施例。实施例不限于解决任一或所有所陈述问题的那些实施例或具有任一或所有所陈述益处和优点的那些实施例。应进一步理解，提及“一(个/种)(an)”项目是指那些项目中的一个/一种或多个/多种。
36.本文所描述的方法的步骤可按任何合适顺序进行，或在适当情况下同时进行。另外，在不脱离本文描述的主题的精神和范围的情况下，可从任何方法中删除个别块。在不失去所求效果的情况下，上文所描述的任一示例的各方面可与所描述的任一其它示例的各方面组合以形成其它示例。
37.本文中使用术语“包括”来表示包括所识别的方法块或要素，但此类块或要素并不包括独占式列表，且方法或设备可包含额外块或要素。
38.应理解，上文描述仅以举例方式给出，且所属领域的技术人员可进行各种修改。上文说明书、实例以及数据提供了对示例性实施例的结构和用途的完整描述。尽管上文已以一定精确程度或参考一个或多个个别实施例来描述各种实施例，但所属领域的技术人员可在不脱离本说明书的精神或范围的情况下对所公开实施例进行许多更改。