[发明专利]回转冲击反循环钻进系统

说明书

本发明的全称是Rotary  Percussion  Reverse  Circulation  Drilling  System，即回转冲击反循环钻进系统，简称RPRC钻进系统。

本发明是一种新的钻探方法和装置。在各种地层的钻进过程中，把冲击、回转反循环三种功能复合在一起，达到高效钻进，稳定成孔，连续采取无污染有代表性的样品。

在覆盖层钻进中传统的方法有加拿大贝克尔锤击（Becker  Hammer  Drilling）加反循环的钻进方法，此法用一台柴油打桩机以低频率大冲击功锤击一套双壁冲击钻杆，钻杆不回转。遇到基岩时须用常规回转钻进法（此时无冲击）通过内管对基岩取心。整套设备钻机和卡车重约20吨。

另一种方法是ODEX钻探法，其中有两种方式：一种是ODEX气动潜孔锤，在孔内的潜孔锤向套管传送冲击功，依靠一只导向钻头带一只偏心扩孔器钻进;另一种是ODEX顶部锤击钻进，由钻杆柱传递冲击与回转。这两种方法都只能采取粉状或碎屑状的岩样品。

与本发明最相似的一种方法是潜孔锤双壁钻杆反循环钻进法，有两种形式：一种是常规的潜孔锤加双壁钻杆反循环钻进法，但其反循环不是孔底反循环，必须经过转换，潜孔锤在孔底全面碎岩，只能获取粉状或碎屑状岩样品。另一种是Wearer  &  Hurt公司发明的Bulroc反循环取样潜孔锤。该法与上法不同的是通过钻头唇面上的分岔口收集的岩屑被采集后通过潜孔锤中部而不是像其他的取样系统那样从潜孔锤外围输送到地表。由于受潜孔锤本身结构限制，其钻头唇面上的分岔口相对于钻孔直径要小得多，因此只能获取粉状或碎屑状岩样品。

本发明与上述各种钻进系统所不同之处是钻头为一种空心的环状钻头，在钻头的上部有一岩心卡断器，环状钻头的通孔直径不小于钻孔直径的50%，因此本方法从不同的地层中连续获取的岩样品是块状或柱状无污染有代表性的岩样品，其结构特点保证了在一定深度从岩层中取得的岩样品不被同一钻孔中其他岩层的岩屑或岩粉所污染，达到了100%的采样率。

为实现上述目的，本发明采用了一个液压驱动的高品冲击器（6）做为冲击动力源和一个液压驱动的动力头（2）做为回转动力源，以及旁侧式水龙头（3）做为冲洗介质的进出通道，同时将冲击功和回转扭矩传递给钻具。

附图是RPRC钻进系统图。

液压冲击器（1）与动力头（2）后端连接，水龙头（3）与动力头（2）前端连接，双壁钻杆（4）与水龙头（3）前端相连接。

高频液压冲击器（1）通过动力头（2）将冲击功传递给水龙头（3），再由水龙头（3）传到双壁钻杆（4）最后传到反循环钻头（6）上;同时动力头（2）通过水龙头（3）驱动双壁钻杆回转;同时循环介质水在力的作用下，通过水龙头（3）的侧面进口进入双壁钻杆的环状通道，由通道向下进入反循环钻头（6），由此改变方向进入双壁钻杆（4）的中心通道，从水龙头旁侧出口流出完成循环;同时岩样品由反循环钻头（6）的底部通过岩心卡断器（5）进入双壁钻杆（4）的中心通道，由循环介质水携带向上进入水龙头（3）再从旁侧出口返出。

根据地层情况，可实现冲击回转反循环钻进，回转反循环钻进，冲击反循环钻进。不同的地层采用不同的钻进方法，提高了钻机对地层的适应性。

液压冲击器（1）对软硬不均、松散程度不同、坚硬不一的地层有最佳的适应性。根据钻进的地层情况，可随时调节冲击频率和冲击功的大小，达到最佳钻进效果。

本钻进系统在野外生产试验时达到了良好的效果，在砂卵砾石层中钻进效率达10米/小时以上，钻进中曾击碎200～300mm粒径的漂砾，并快速穿透厚300mm的混凝土基础，连续获得块状和柱状岩样品，岩样品采取率达100%。

本系统钻孔深度最深可达50m，钻孔直径最大可达φ200mm。

本系统的液压冲击器（1）频率变化范围为500～3000次/分，冲击功调解范围为2倍，最大冲击功可达1000Nm。