本技术涉及岩土工程力学和钻孔技术领域,介绍了一种定向钻探空心旋转导向取心钻具及其全孔取心方法。该钻具包括外部钻杆和取心钻头,外部钻杆内置直螺旋滑杆,直螺旋滑杆由滑杆构成,其设计旨在提高定向钻探的取心效率和准确性。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。
定向取心钻探通过孔内测试技术来直观、准确地了解隧道掌子面前方的不良地质情况,从而对隧道设计轴线围岩的岩性变化、破碎带分布范围以及隧道突涌水情况进行精确划分,实现隧道围岩地质预报。定向取心钻探技术包括钻进、导向、取心、随钻测量等多项核心技术。
定向钻导向钻进方法主要利用通过非对称钻头斜面反力作用来改变钻进方向及调整钻头的入射角度以达到造斜目的,但该造斜方法所需钻具存在曲率,仅可实现取钻取心,在长距离(比如千米级)定向钻进工程中取心可操作性低。在既有的研究中对钻杆在弯曲钻孔中安全工作的孔身极限弯强做出了研究,钻具在曲线段进行钻进时,钻杆承受压缩、扭转和弯曲荷载,且弯曲荷载由“被动”、“主动”两部分叠加而成。“被动”部分由于钻杆受弯曲的钻孔胁迫而随之产生的弯曲荷载,“主动”部分是由于钻杆传递轴向压力和扭矩而产生的弯曲荷载。钻进过程中钻杆在承受弯矩状态下产生弯曲变形且绕自身轴线做回转运动,钻杆中的应力具有非对称循环交变特性。研究通过对处于交变应力下工作的钻杆进行疲劳计算来确保钻杆在弯曲钻孔中安全工作的孔身极限弯曲强度;在岩土工程领域中,通过取心钻头获取岩心及其力学参数是求解岩层产状或地应力的有效手段,与常规方法相比较可以收到减少钻探工作量、加快勘探速度、降低勘探成本、改善测试条件、提高准确性的效果,具有明显的优越性。
目前,定向钻取心的方法多停留在取钻取心,此外,绳索取心方法可通过用钢丝绳打捞岩心的方法可以实现不提钻取心或提钻次数很少情况下的钻探取心,但在长距离钻进全孔取心方面仍存在技术及装备空缺。面对快速钻进难实现、定向钻进难控制的问题,如何快速准确地在岩体中取出高质量的岩心,是定向取心装备的关键,也是目前定向钻取心需要克服的首要问题。
实现思路