[發明專利]一種適用于水平鉆機的原位探測工藝

在審

• 申請號: 202110381728.3
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113006783A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 萬步炎;金永平;彭奮飛;王佳亮;劉歡
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: E21B49/02
• 分類號: E21B49/02;E21B47/00;E21B25/00;E21B25/16;E21B15/04
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所(普通合伙) 43108
• 代理人: 烏景瑞

1.一種適用于水平鉆機的原位探測工藝，其采用的水平鉆機包括支撐架、鎧裝電纜、直纜機構、送纜機構、沖洗水泵、馬達、動力頭、鉆桿、旋轉卡盤、夾持器、全面鉆進鉆具、原位測試裝置、打撈器及推進油缸、光電滑環、數據采集裝置及電腦；所述直纜機構和送纜機構固定在支撐架上；推進油缸一端與支撐架鉸接，另一端通過連接塊與動力頭連接，動力頭置于支撐架上的滑軌上，推進油缸的活塞桿伸縮能帶動動力頭在滑軌上移動，實現鉆桿純壓入；動力頭通過主動鉆桿連接鉆桿，驅動鉆桿轉動；所述鎧裝電纜繞在存儲架上，鎧裝電纜的一端通過光電滑環與數據采集裝置連接，數據采集裝置與電腦連接；鎧裝電纜另一端穿過直纜機構、送纜機構、密封接頭與鉆桿內的打撈器連接；密封接頭安裝在動力頭上，密封接頭連通主動鉆桿的內腔；堅硬巖石地層探測時，打撈器的打撈頭與全面鉆進鉆具的撈矛頭連接，松軟地層探測時，打撈器的打撈頭與原位測試裝置的撈矛頭連接，實現在貫入路徑上采集地層的錐尖阻力、側壁摩擦力、孔隙水壓力等原位測試數據；沖洗水泵的出水口通過旋轉給水裝置與主動鉆桿內腔連通，旋轉給水裝置設置在動力頭上；旋轉卡盤、夾持器靠近支撐架前端設置，旋轉卡盤用于實現鉆桿與繩索取心外管鉆具之間的連接；夾持器用于對鉆桿夾持固定；

包括以下步驟：

步驟1：將鉆桿通過旋轉卡盤旋轉實現與主動鉆桿連接，將鎧裝電纜的一端通過光電滑環與數據采集裝置連接，數據采集裝置與電腦連接；鎧裝電纜另一端穿過直纜機構、送纜機構、密封接頭與鉆桿內的打撈器連接，將沖洗水泵連接到動力頭上；

步驟2：當地層為較軟地層時，將1根帶原位探測裝置的內管放入繩索取心外管鉆具內，通過推進油缸的活塞桿的伸出，驅動動力頭在支撐架滑軌上向前移動，從而繩索取心外管鉆具內的原位探測裝置前端探測頭壓入地層在貫入路徑上，原位探測裝置采集地層的錐尖阻力、側壁摩擦力、孔隙水壓力等原位測試數據并通過鎧裝電纜傳導信號到數據采集裝置，通過電腦實時進行分析直至回次結束；

當地層為巖石地層時，將1根空的全面鉆進鉆具放入繩索取心外管鉆具內，通過推進油缸的活塞桿的伸出驅動動力頭在支撐架滑軌上向前移動，同時動力頭回轉，帶動繩索取心外管鉆具內的全面鉆進鉆具實現回轉鉆進，同時沖洗水泵泵出的水流經繩索取心外管鉆具出水口到達孔底，對繩索取心外管鉆具鉆頭進行冷卻，并攜帶孔底巖粉沿鉆桿和孔壁間的環狀間隙上返至孔口；

步驟3：當地層為較軟地層時，在該回次鉆進結束后，推進油缸活塞桿停止向前移動，利用旋轉卡盤擰開主動鉆桿與鉆桿處螺紋，推進油缸帶動動力頭向后移動至鉆進前的位置，將被打撈器抓住的原位探測裝置提至孔口，完成一次探測作業；

當地層為堅硬巖石地層時，在該回次鉆進結束后，推進油缸活塞桿停止向前移動，動力頭停止旋轉，沖洗水泵停止泵水，此時，利用旋轉卡盤擰開主動鉆桿與鉆桿處螺紋，推進油缸帶動動力頭向后移動至鉆進前的位置，將被打撈器抓住的全面鉆進鉆具提至孔口，完成一次碎巖作業；

步驟4：在貫入地層鉆桿的尾端加接一根鉆桿；

步驟5：操作動力頭主動鉆桿與鉆桿重新連接，沖洗水泵的出水口與主動鉆桿內腔連通，動力頭旋轉鉆進，對鉆孔進行掃孔；

步驟6：重復步驟1-5，直至鉆進到指定的探測孔深；

步驟7：回收鉆桿、鉆具以及探測裝置。

2.根據權利要求1所述的適用于水平鉆機的原位探測工藝，所述步驟2中，推進油缸推動動力頭的推進力為38kN，原位探測裝置的純壓入速度為20 ± 10%mm/s。

3.根據權利要求1所述的適用于水平鉆機的原位探測工藝，所述步驟2中，當地層為巖石地層時，動力頭的轉速為300~ 1020r/min，鉆進速度為4.5±2mm/s，沖洗水泵的泵量為44~ 160L/min。

4.根據權利要求1所述的適用于水平鉆機的原位探測工藝，所述步驟3中，打撈器回收時，打撈器提升速度為0.9m/s。

5.根據權利要求1所述的適用于水平鉆機的原位探測工藝，所述步驟5中，掃孔速度為2.5mm/s。