鑽探孔壁塑造成型器的製作方法

2023-09-17 14:33:45

專利名稱：鑽探孔壁塑造成型器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鑽探孔壁塑造成型器。
背景技術：
地質勘探、石油鑽井、工程勘察及其它鑽探工程鑽進作業中，鑽孔複雜地層孔壁支護技術是一大難題。大多數情況下都採用泥漿護壁，但是在某些複雜地層，單純採用泥漿護壁很難滿足要求；下套管可以達到封隔複雜孔段的目的，但是每下入一級套管，鑽孔直徑就會縮小一級，不利於鑽探施工，且鑽探成本大大增加；石油鑽井中的膨脹管技術，其所使用的膨脹管膨脹所需力太大，地質鑽探設備能力不足，同時也存在某些破碎地層無法下到位的缺點；採用水泥護壁時，在某些嚴重漏失、湧水地層，水泥易被稀釋或衝走或不結石，且水泥與孔壁之間形成的水泥孔壁屬於剛性連接，經敲打後容易脫落掉塊，發生孔內事故。因此上述幾種技術都存在一定的不足之處，難以滿足鑽孔複雜地層孔壁支護技術要求。

發明內容
為克服現有技術的缺陷，本發明的目的在於提供一種鑽探孔壁塑造成型器，它具有成本低、支護效果好、可快速支護、與孔壁連結性好、安全可靠、形成的孔壁具有彈塑性， 對鑽杆磨損小，利於後續鑽進作業等特點。本發明解決技術問題採用如下技術方案鑽探孔壁塑造成型器，包括處於下端的漿液倉，所述漿液倉的下部設置有單向閥，漿液倉的內腔上部設有活塞座，所述活塞座與所述漿液倉的內壁之間密封；處於中部的膨脹機構，所述膨脹機構包括中空的芯杆，在所述芯杆外套接有膨脹管，所述膨脹管的下部通過下壓管壓緊於所述芯杆上，所述下壓管的上下端分別螺紋連接於所述芯杆及所述漿液倉上；所述膨脹管的上部通過上壓管壓緊於所述芯杆上，所述上壓管套接於所述芯杆上，且所述上壓管與所述芯杆之間設置有0型密封圈；處於上部的連接機構，所述連接機構包括與所述芯杆上端螺紋連接的中空的上接頭，所述上接頭上端設有與鑽杆連接的內螺紋，所述上接頭中設有旁通閥；所述芯杆上設置有與所述膨脹管內腔相通的徑向小孔。本發明的結構特點也在於所述上接頭中的旁通閥的結構為上接頭的下部內腔呈倒圓臺形，在倒圓臺形內腔處的上接頭側壁設置有徑向孔，所述徑向孔以倒圓臺形的中空的堵頭實現封堵。在所述上接頭與所述上壓管之間的芯杆上套接有鎖緊螺母，以所述鎖緊螺母將所述上壓管鎖緊於所述芯杆上。所述活塞座的下部套接有活塞體，在所述活塞體的下端面上開設有環形凹槽，所述環形凹槽與所述活塞體的下端面圓周為同心圓；所述活塞座中心設有軸向貫通活塞本體的螺紋孔，所述螺紋孔朝向所述芯杆的一端設有封堵螺栓。
所述漿液倉的下端螺紋連接有中空的下接頭，在下接頭的下端螺紋連接有中空的導正接頭，所述下接頭的內腔上部設有與漿液倉內腔相通的圓臺形通道，並在下接頭的內腔設有能封堵所述圓臺形通道的圓臺形下活塞，在所述下接頭的內腔中還設置有彈簧，所述彈簧的上下端分別以所述下活塞和所述導正接頭為彈簧座。與已有技術相比，本發明的有益效果體現在本發明通過將選用的化學漿液送入鑽孔內預定位置，使化學漿液一部分滲透到孔壁裂隙中膨脹固結，將地層鬆散破碎巖石固結為一個整體，大大提高地層巖石整體強度 』另一部分漿液則在孔壁形成一段連續、緻密、具有一定強度和抗滲性能的「人工孔壁」。該人工孔壁具有一定的塑性、抗衝擊性，強度較高，抗滲性好，能滿足鑽探要求。本發明能快速的解決鑽孔複雜地層的孔壁支護問題，漿液固結速度快，1-2分鐘即可固結，一般在30分鐘後固結體即可達到較高的強度，可進行下步正常鑽進。本發明相較於傳統下套管支護孔壁的方法，鑽探成本、作業時間大幅降低，對後續鑽進作業影響小，該技術相對於泥漿護壁更加可靠。另外本發明對現場鑽探設備沒有特殊要求，便於推廣應用。


圖1為本發明的裝配結構示意圖；圖2為圖1的A部放大圖；圖3為本發明的工作
原理圖。圖中標號1漿液倉，2活塞座，21活塞體，22環形凹槽，3芯杆，31小孔，4膨脹管，5 彈簧，6下壓管，7上壓管，8為0型密封圈，9上接頭，91徑向孔，10封堵螺栓，11鎖緊螺母， 12下接頭，13導正接頭，14下活塞，15鑽杆，16堵頭。以下通過具體實施方式
，並結合附圖對本發明作進一步說明。
具體實施例方式實施例參見圖1、2，本實施例的鑽探孔壁塑造成型器，包括處於下端的漿液倉1，漿液倉1下端螺紋連接有中空的下接頭12，在下接頭的下端螺紋連接有中空的導正接頭13，下接頭的內腔上部設有與漿液倉內腔相通的圓臺形通道， 並在下接頭的內腔設有能封堵圓臺形通道的圓臺形下活塞14，在下接頭的內腔中還設置有彈簧5，彈簧5的上下端分別以下活塞14和導正接頭13為彈簧座。在漿液倉1的內腔上部設有活塞座2，在活塞座2的下部套接有活塞體21，在活塞體21的下端面上開設有環形凹槽22，並且環形凹槽22與活塞體的下端面圓周為同心圓；設置環形凹槽22的目的是，當化學漿液倉1內的壓力升高時，壓力促使環形凹槽22向內外兩側張開，緊緊密封在活塞座的內壁及漿液倉的內壁上。活塞座2中心設有軸向貫通活塞本體的螺紋孔，在螺紋孔朝向芯杆3的一端設有封堵螺栓10。處於中部的膨脹機構，其包括中空的芯杆3，在芯杆外套接有膨脹管4，膨脹管的下部通過下壓管6壓緊於芯杆3上，下壓管的上下端分別螺紋連接於芯杆3及漿液倉1上； 膨脹管的上部通過上壓管7壓緊於芯杆3上，上壓管7套接於芯杆3上，且上壓管7與芯杆 3之間設置有0型密封圈8。在芯杆3上設置有與膨脹管內腔相通的徑向小孔31。處於上部的連接機構，連接機構包括與芯杆3上端螺紋連接的中空的上接頭9， 上接頭上端設有與鑽杆連接的內螺紋，在上接頭9中設有旁通閥，具體為上接頭的下部內腔呈倒圓臺形，在倒圓臺形內腔處的上接頭側壁設置有徑向孔91，徑向孔91以倒圓臺形的中空的堵頭16實現封堵。在上接頭9與上壓管7之間的芯杆上套接有鎖緊螺母11，以鎖緊螺母11將上壓管 7鎖緊於所述芯杆3上。使用時，按照圖1的裝配圖裝配本發明的孔壁塑造成型器，安裝下接頭12及導正接頭13，下活塞14封堵與漿液倉連通的圓臺形通道，下活塞設置為圓臺形，當裝置下探到深井內時，下活塞會受外界壓力壓迫越塞越緊，密封性更好。然後在漿液倉1內裝入化學漿液，安裝活塞座2，並從活塞座2中心的螺紋孔將化學漿液注滿漿液倉，之後用封堵螺栓10 密封。將膨脹管4套接在芯杆3上，膨脹管的上下端分別用上壓管7、下壓管6壓緊在芯杆上，下壓管6與漿液倉1螺紋連接，上壓管7的上端以鎖緊螺母11鎖緊在芯杆3上。將上接頭9螺紋連接在芯杆3上端。參見圖3，上接頭9的內螺紋與鑽杆15連接，裝配完成後緩緩下入鑽孔內預定位置，然後從鑽杆內投放堵頭16，待堵頭下到預定位置後，即可封堵住上接頭9側壁的小孔91，小孔在封堵前可保證芯杆內外、漿液倉內外基本受壓平衡，也可以使鑽杆內液體與外部連通，減小下鑽阻力。開啟泥漿泵，當鑽杆內液體壓力達到活塞推動壓力時，活塞座2下行，推動化學漿液運動，壓力迫使下活塞14下行，圓臺形通道開啟，化學漿液被擠進鑽孔中。同時當芯杆3內液體壓力升高時，液體自芯杆3的徑向孔31射入膨脹管內腔，為防止膨脹管被水流擊破，徑向孔91的軸線與芯杆3的軸線成30°左右的夾角。膨脹管4逐漸膨脹，待活塞座2行至底時，將化學漿液全部擠出，此時鑽杆內液體壓力急劇升高， 膨脹管迅速膨脹，使鑽探孔壁塑造成型器與孔壁之間的環狀間隙被完全密封。穩壓1-2分鐘即可卸壓，此時一部分化學漿液滲透到孔壁裂隙中膨脹固結，將地層鬆散破碎巖石固結為一個整體，另一部分化學漿液則在孔壁形成一段連續、緻密的，具有一定強度和抗滲性能的人工孔壁。卸壓後將鑽探孔壁塑造成型器提出孔口。
權利要求
1.鑽探孔壁塑造成型器，其特徵在於包括處於下端的漿液倉(1)，所述漿液倉的下部設置有單向閥，漿液倉的內腔上部設有活塞座O)，所述活塞座與所述漿液倉的內壁之間密封；處於中部的膨脹機構，所述膨脹機構包括中空的芯杆(3)，在所述芯杆外套接有膨脹管G)，所述膨脹管的下部通過下壓管(6)壓緊於所述芯杆C3)上，所述下壓管的上下端分別螺紋連接於所述芯杆C3)及所述漿液倉(1)上；所述膨脹管的上部通過上壓管(7)壓緊於所述芯杆(3)上，所述上壓管(7)套接於所述芯杆(3)上，且所述上壓管(7)與所述芯杆 ⑶之間設置有0型密封圈⑶；處於上部的連接機構，所述連接機構包括與所述芯杆(3)上端螺紋連接的中空的上接頭(9)，所述上接頭上端設有與鑽杆連接的內螺紋，所述上接頭(9)中設有旁通閥；所述芯杆C3)上設置有與所述膨脹管內腔相通的徑向小孔(31)。
2.根據權利要求1所述的鑽探孔壁塑造成型器，其特徵在於，所述上接頭中的旁通閥的結構為上接頭的下部內腔呈倒圓臺形，在倒圓臺形內腔處的上接頭側壁設置有徑向孔 (91)，所述徑向孔(91)以倒圓臺形的中空的堵頭(16)實現封堵。
3.根據權利要求1所述的鑽探孔壁塑造成型器，其特徵在於，在所述上接頭(9)與所述上壓管(7)之間的芯杆上套接有鎖緊螺母(11)，以所述鎖緊螺母(11)將所述上壓管(7) 鎖緊於所述芯杆(3)上。
4.根據權利要求1所述的鑽探孔壁塑造成型器，其特徵在於，所述活塞座( 的下部套接有活塞體(21)，在所述活塞體的下端面上開設有環形凹槽(22)，所述環形凹槽02) 與所述活塞體的下端面圓周為同心圓；所述活塞座中心設有軸向貫通活塞本體的螺紋孔，所述螺紋孔朝向所述芯杆(3)的一端設有封堵螺栓(10)。
5.根據權利要求1所述的鑽探孔壁塑造成型器，其特徵在於，所述漿液倉(1)的下端螺紋連接有中空的下接頭(12)，在下接頭的下端螺紋連接有中空的導正接頭(13)，所述下接頭的內腔上部設有與漿液倉內腔相通的圓臺形通道，並在下接頭的內腔設有能封堵所述圓臺形通道的圓臺形下活塞(14)，在所述下接頭的內腔中還設置有彈簧(5)，所述彈簧的上下端分別以所述下活塞(14)和所述導正接頭(1 為彈簧座。
全文摘要
本發明公開了一種鑽探孔壁塑造成型器，包括處於下端的漿液倉，其下部設置有單向閥，內腔上部設有與漿液倉內壁密封的活塞座；處於中部的膨脹機構，其包括中空的芯杆，外部套接有膨脹管，膨脹管的下部通過下壓管壓緊，下壓管的上下端分別螺紋連接於芯杆及所述漿液倉上；膨脹管的上部通過上壓管壓緊上壓管套接於所述芯杆上；處於上部的連接機構，其包括與芯杆上端螺紋連接的中空的上接頭，上接頭設有與鑽杆連接的內螺紋，芯杆上設置有與膨脹管內腔相通的徑向小孔。本發明具有成本低、支護效果好、可快速支護、與孔壁連結性好、安全可靠、形成的孔壁具有彈塑性，對鑽杆磨損小，利於後續鑽進作業等特點。
文檔編號E21B33/138GK102337861SQ20111033109
公開日2012年2月1日 申請日期2011年10月27日 優先權日2011年10月27日
發明者吳翔, 朱恆銀, 王強 申請人:安徽省地質礦產勘查局313地質隊