[发明专利]一种含气土层防溢流和井喷的安全钻孔装置及其方法

权利要求书

1.一种含气土层防溢流和井喷的安全钻孔装置，包括由若干首尾相连的钻杆(3)组成的总钻杆(13)、设置于总钻杆(13)上端的配重(1)、设置于总钻杆(13)下端的钻头(2)，其特征是：至少一根所述钻杆(3)上设置有杆内封堵装置(4)和杆外封堵装置(5)，所述杆内封堵装置(4)和杆外封堵装置(5)分别用于在含气土层中的压力值超过临界值时封堵钻杆内通道和钻杆外通道。

2.根据权利要求1所述的含气土层防溢流和井喷的安全钻孔装置，其特征是：所述杆内封堵装置(4)和杆外封堵装置(5)分别设置于钻杆(3)的顶端和低端。

3.根据权利要求1所述的含气土层防溢流和井喷的安全钻孔装置，其特征是：多根所述钻杆(3)的底部和顶部分别安装杆外封堵装置(5)和杆内封堵装置(4)。

4.根据权利要求1或2或3所述的含气土层防溢流和井喷的安全钻孔装置，其特征是：所述杆内封堵装置(4)包括压力传感器(6)、电子控制单元(7)、点火器(8)、充气剂(9)、气囊(10)，所述压力传感器(6)的一端延伸至钻杆(3)内部，另一端与电子控制单元(7)相连，所述气囊(10)的一侧与钻杆(3)内部气体相接触，另一侧设置有充气剂(9)，当含气土层中的压力值超过临界值时，来自压力传感器(6)的压力信息触发电子控制单元(7)控制点火器(8)动作，引发充气剂(9)体积膨胀，进而引发气囊(10)向钻杆(3)内部膨胀，从而实现钻杆的内部封堵。

5.根据权利要求1或2或3所述的含气土层防溢流和井喷的安全钻孔装置，其特征是：所述杆外封堵装置(5)包括压力传感器(6)、电子控制单元(7)、点火器(8)、充气剂(9)、气囊(10)，所述压力传感器(6)的一端与钻杆(3)外部气体相接触，另一端与电子控制单元(7)相连，所述气囊(10)的一侧与钻杆(3)外部气体相接触，另一侧设置有充气剂(9)，当含气土层中的压力值超过临界值时，来自压力传感器(6)的压力信息触发电子控制单元(7)控制点火器(8)动作，引发充气剂(9)体积膨胀，进而引发气囊(10)向钻杆(3)外部膨胀，从而实现钻杆的外部封堵。

6.一种含气土层防溢流和井喷的安全钻孔方法，其步骤包括：

1)在总钻杆的上端设置安全配重，下端设置钻头；

2)在钻头上方钻杆的底部和顶部，分别安装杆外封堵装置和杆内封堵装置；

3)杆外封堵装置和杆内封堵装置，分别包括压力传感器、电子控制单元、点火器、充气剂、气囊；

杆内封堵装置的压力传感器的一端延伸至钻杆内部，另一端与电子控制单元相连，气囊的一侧与钻杆内部气体相接触，另一侧设置有充气剂，当含气土层中的压力值超过临界值时，来自压力传感器的压力信息触发电子控制单元控制点火器动作，引发充气剂体积膨胀，进而引发气囊向钻杆内部膨胀，从而实现钻杆的内部封堵；

杆外封堵装置的压力传感器的一端与钻杆外部气体相接触，另一端与电子控制单元相连，所述气囊的一侧与钻杆外部气体相接触，另一侧设置有充气剂，当含气土层中的压力值超过临界值时，来自压力传感器的压力信息触发电子控制单元控制点火器动作，引发充气剂体积膨胀，进而引发气囊向钻杆外部膨胀，从而实现钻杆的外部封堵。

7.根据权利要求6所述的含气土层防溢流和井喷的安全钻孔方法，其特征是：所述钻孔方法采用正循环或反循环泥浆护壁的钻孔方式，钻头上方第一根或多根钻杆安装杆外封堵装置和杆内封堵装置，桩架依据含气土层的潜在气压设置安全配重；在钻孔过程中，当钻头穿透土层含气区域时，钻头及第一根钻杆区域水压和气压陡然增加，当压力传感器测试的压力值超过气压设定值时，电子控制单元引发点火器，激发气囊，将钻杆与钻孔之间和钻杆内部空间填充，隔断气体喷发路径；当完成含气区域气体的有效释放后，再卸除气囊气压回收更换钻杆，继续钻孔作业。