实施方案
[0017] 如图1-2,图5,勘探用加压射流钻具,包括钻头1、钻杆2、弹簧6、压盖4、储液过滤装置构成的收集过滤回路;其中,钻头1的底端环形排列设置若干钻齿101,钻头1底端的环形钻齿中央设置孔形收集腔102,若干排列设置的相邻钻齿101之间均开有冲击孔,钻头体中设置有连通冲击孔的若干分流孔道104,钻头顶端开有圆孔腔,圆孔腔侧壁分别设置高压接入孔109和泄压切换口110,高压接入孔109依次通过钻头体内设置的主高压通道105、环形通道103、连接沟通若干分流孔道104,圆孔腔侧壁还设置有连接沟通收集腔102的第一泄压孔道107,第一泄压孔道107上端连通泄压切换口110,圆孔腔入口内侧壁设置有沉槽109,收集腔102孔壁设置增加摩擦的凸起,凸起可以是颗粒点或者内螺旋螺纹111,内螺旋螺纹111旋入方向跟随钻齿101切入方向,内螺旋螺纹111作用为通过螺纹连接方式增大摩擦,使进入孔形收集腔102的勘探采样物不易滑脱。
[0018] 如图1-4,钻杆2杆体伸入圆孔腔内并与圆孔腔间隙配合,弹簧6设置于由钻杆2杆体与圆孔腔之间形成的弹簧腔106内,钻杆2的杆体设置有过渡沟槽201和连通过渡沟槽201的第二泄压孔道207,过渡沟槽201的设置位靠近泄压切换口110,过渡沟槽201能够随着钻杆2在弹簧腔106轴向位移,实现过渡沟槽201和第一泄压孔道107的接通或断开,钻杆2的杆体内还设置蓄能腔204,蓄能腔204内设置活塞3分割为上气腔和下液腔,上气腔设置充气接口10,通过充气接口10充入气体至上汽腔,钻杆2的杆体还设置有沟通下液腔和杆体外的高压引出口202,高压引出口202的设置位靠近高压接入孔109,并能够随着钻杆2在圆孔腔轴向位移而实现高压引出口202和高压接入孔109的接通或断开,钻杆2的杆体内设置第一输入孔道205连通外部收集过滤回路和杆体底端弹簧腔106,第一输入孔道205路径中设置第一单向阀8,第一单向阀8实现外部单向输入液体介质至弹簧腔106,钻杆2的杆体内设置连通杆体底端弹簧腔106和下液腔的第二输入孔道206,第二输入孔道206路径中设置第二单向阀9,第二单向阀9实现从弹簧腔106单向输入液体介质至下液腔,钻杆2的杆体内设置泄压阀7,泄压阀7的入口连通杆体底端弹簧腔106,出口连通钻杆2侧壁,泄压阀7逆向不导通,随着钻杆2在圆孔腔轴向位移,可以实现钻杆侧壁的泄压阀7出口与泄压切换口110的接通或断开,钻杆2的杆体设置凸台203并与沉槽108适配,防止钻杆2和钻头1产生相对旋转位移。
[0019] 如图1,收集过滤回路设置于地表外部环境,包括沉淀箱11、过滤器12、储液箱13,沉淀箱11设置位高于储液箱13,第二泄压孔道207接入沉淀箱11,沉淀箱11通过设置过滤器12的管路连接储液箱13,储液箱13输出连通第一输入孔道205。
[0020] 如图3,压盖4套接于钻杆2杆体凸台203的上段,压盖4设置多个螺钉过孔,螺钉5穿过螺钉过孔与钻头1顶端面螺钉孔连接,压盖4扣合连接钻头1防止其从钻杆滑脱,凸台203的高度小于压盖4扣合钻头1形成的沉槽108区间高度,满足钻杆2压缩弹簧6形成相对钻头1的轴向运动。
[0021] 工作方式为:如图1-图5,过程1,钻杆2压下压缩弹簧6推顶钻头1作用于钻孔底部的岩层,钻杆2输出旋转动力,凸台203与沉槽108卡绊传递扭矩驱动钻头1旋转,钻齿101切削岩层进行钻探,第一单向阀8入口通过第一输入孔道205连通输入外部的液体介质,液体介质一般为水,随着钻头1不断的深入钻探,钻杆2保持一定的进给压下力F1,如图1,在此过程中,钻杆2可以提拉和下压,受到钻杆2和钻头1的轴向相对运动,设置有弹簧6的弹簧腔106容积产生变化,当弹簧6被压缩时,容积变小,第一单向阀8封闭,第二单向阀9打开,弹簧腔106内的液体介质流入下液腔充压,活塞3在蓄能腔204滑动并压缩上气腔气体,弹簧6压缩力释放时,容积变大,第二单向阀9封闭,第一单向阀8打开补液至弹簧腔106,周而复始,蓄能腔204持续蓄能,下液腔充压到高值。
[0022] 过程2,如图2 ,当遭遇硬质岩层时,如图2,钻杆2进一步轴向位移加压至F2, 弹簧6进一步压缩,弹簧腔106压力较高时,可通过泄压阀7泄出,泄出方法及路径为:随着钻杆2在圆孔腔轴向位移,钻杆侧壁的泄压阀7出口与泄压切换口110的状态由断开切换为接通,此时弹簧腔106压力介质从弹簧腔106导入第一泄压孔道107,目的是通过弹簧腔106释放泄压的高压射流冲洗第一泄压孔道107,使第一泄压孔道107内的杂质疏通进入收集腔102,为随后的收集腔102外部泄压提供条件。
[0023] 过程3,如图3-5,钻杆2更进一步轴向位移加压至F3, 弹簧6更进一步压缩,泄压切换口110连通了过渡沟槽201,收集腔102地层压力依次经过第一泄压孔道107、过渡沟槽201、第二泄压孔道207导出到沉淀箱11收集沉淀,待循环利用,释放压力后的收集腔102进一步加大其与蓄能腔204的压差,与此同时,高压引出口202和高压接入孔109的接通,高压液体介质依次通过钻头体内设置的主高压通道105、环形通道103、连接沟通若干分流孔道
104,并从若干排列设置的钻齿101间设置若干分流孔道104冲击口喷射而出,冲击口射流方向靠近切削进给的钻齿101刃口处,硬质岩层受到射流和钻齿101切削的双重作用更容易破裂,实现了高强度钻探,收集腔102可实现硬质岩层的收集,收集物螺旋旋入收集腔102的内螺旋螺纹111,以增强摩擦力便于随钻头提升至地面取出做分析。F1、F2、F3为不同工作状态时外界施加钻杆的压下力,且F1
[0024] 在过程2和过程3之间还存在一种瞬时状态,泄压切换口110在未关闭与泄压阀7出口沟通的情况下,泄压切换口110同时连通了过渡沟槽201,随后随着动作进行,泄压切换口110关闭与泄压阀7出口沟通,其目的在于:通过泄压阀7泄出弹簧腔106内积蓄的远超过泄压阀7设定的安全压力到第二泄压孔道207,同时使弹簧腔106瞬时失压,使钻杆2相对钻头1形成下压冲击惯性,利于钻齿101冲击切削钻探。
[0025] 收集过滤回路的作用为:从第二泄压孔道207导出到沉淀箱11的介质进行收集沉淀后,经过过滤后存储在设置连接第一输入孔道205的储液箱13中,便于循环利用。
[0026] 弹簧6的设置目的为当钻杆2提升时,快速实现弹簧腔106快速增容。