[发明专利]近水平连续定向取心超前地质探查系统与方法

权利要求书

1.一种近水平连续定向取心超前地质探查系统，包括依次连接的泥浆泵、送水器、取芯钻杆、定位钻杆、随钻纠斜钻具和取芯钻头，还包括通过钢丝绳与送水器连接的绞车，其特征在于：

所述定位钻杆和随钻纠斜钻具内设有测斜取芯钻具及岩芯卡断器，其中定位钻杆内设置有固定测斜取芯钻具用的定位凹槽，所述取芯钻头为环形结构，所述测斜取芯钻具包括依次连接的定位装置、随钻定点测斜装置、数电传输装置和岩芯管，所述岩芯管为中空结构，所述定位装置包括依次连接的定位仓和定位连接头，所述定位仓内设有能伸缩的伸入定位凹槽内以实现定位的定位组件；

所述随钻定点测斜装置包括依次连接的测斜上连接头、测压接头、测斜外管和测斜下连接头，所述测斜下连接头中安装有由第一锁紧螺母固定的母同轴连接器，还连接有探管骨架，所述探管骨架上安装有倾角传感器、方位角传感器、上向通讯模块、测量控制模块和下向通讯模块，所述测斜外管内还安装有充电电源模块。

2.如权利要求1所述的近水平连续定向取心超前地质探查系统，其特征在于：所述定位组件包含一活动轴，所述活动轴的一端伸出定位仓外与矛头连接，所述活动轴的中部设有在定位仓内壁前后滑动的中间凸缘，所述中间凸缘的前侧与定位仓之间安装有第一弹簧，所述活动轴的另一端通过销轴同时与两根定位连杆的一端铰接，两根定位连杆的另一端分别通过销轴与两根定位杆的一端铰接，两根定位杆的另一端同时通过销轴铰接在定位仓的中间。

3.如权利要求1所述的近水平连续定向取心超前地质探查系统，其特征在于：所述测压接头上设置有一个轴向半通孔、一个轴向通孔和一个径向半通孔，所述轴向半通孔与径向半通孔导通，且连接有压力传感器，所述轴向通孔内穿过螺旋电缆线，螺旋电缆线的一端与插接连接器连接，另一端与充电电源模块和上向通讯模块连接。

4.如权利要求1所述的近水平连续定向取心超前地质探查系统，其特征在于：所述数电传输装置包括依次连接的数电上连接头、数电外管和数电下连接头，所述数电下连接头上连接有位于数电外管内的数电骨架，所述数电骨架上安装有旋转变压器原边、数电控制模块、信号接收模块、整压储能模块和磁力发电装置；所述数电外管的外侧对应磁力发电装置的位置安装有涡轮组件。

5.如权利要求4所述的近水平连续定向取心超前地质探查系统，其特征在于：所述数电上连接头上安装有由第二锁紧螺母固定的公同轴连接器；所述数电上连接头与随钻定点测斜装置上的测斜下连接头进行连接，连接完成后，公同轴连接器与母同轴连接器导通。

6.如权利要求1所述的近水平连续定向取心超前地质探查系统，其特征在于：所述随钻纠斜钻具包括旋转杆；所述旋转杆的一端外缘设置有凸台以进行轴向限位，所述旋转杆的外部设置有由两个相对设置的旋转密封轴承支持的固定仓，所述固定仓中安装有旋转变压器副边、驱动控制电路和三组旋转支撑组件。

7.如权利要求6所述的近水平连续定向取心超前地质探查系统，其特征在于：三组旋转组件沿圆周方向间隔设置，各旋转组件包含步进电机、传动轴、支撑翼、支撑座，每个支撑座通过销轴铰接至支撑翼的一端；各支撑翼的另一端通过销轴连接有传动轴，各传动轴通过销轴分别与其中一个步进电机的伸缩杆连接。

8.如权利要求1所述的近水平连续定向取心超前地质探查系统，其特征在于：近水平连续定向取芯超前地质探查系统还包括水平水力输送装置，所述水平水力输送装置包括依次连接的输送接头、输送塞和推送仓，所述输送塞呈纺锤形且内部设置有彼此导通的一个轴向半通孔、一个径向半通孔和一个活塞腔，活塞腔内安装有活塞轴，活塞轴与推送仓之间安装有第二弹簧，活塞轴的伸出端通过销轴同时连接至两根推送连杆的一端，两根推送连杆的另一端分别通过销轴与两个推送钩的一端连接，两根推送钩的另一端通过销轴安装在推送仓。

9.一种如权利要求1-8中任一所述的近水平连续定向取心超前地质探查系统的探查方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：钻具下放，依次连接取芯钻头、岩芯卡断器、随钻纠斜钻具、定位钻杆、取芯钻杆，并将其下放入取芯钻孔；

步骤二：测斜取芯钻具下放，依次连接定位装置、随钻定点测斜装置、数电传输装置和岩芯管，然后将其放入取芯钻杆中，开启泥浆泵和绞车，利用泥浆泵通过送水器提供高压水，推动测斜取芯钻具移动至孔底；

步骤三：定向取芯钻进，开启泥浆泵向孔内供水，取芯钻杆带动旋转杆和取芯钻头向设计轨迹纠斜，钻取的圆柱状岩芯进入岩芯管；当岩芯管装满后，停止钻进，关闭泥浆泵，将孔内所有钻具上提10cm左右，岩芯被岩芯卡断器切断；

步骤四：定点测斜，当定向取芯钻进完成，启动随钻定点测斜装置测量钻孔倾角、方位角的轨迹参数；

步骤五：测斜取芯钻具打捞，定点测斜完成后，将送水器从取芯钻杆上卸下，取出测斜取芯钻具；

步骤六：测斜数据分析与地质评价，将定位装置从测斜取芯钻具上卸下，利用工控机读取随钻定点测斜装置测量的钻孔轨迹参数后，计算实钻轨迹，通过与设计轨迹对比，制定随钻造斜钻具控制指令，进行地质编录，评价当前地质情况；

步骤七：连续定向取芯，重复步骤二至步骤六，进行连续定向取芯；至设计孔深后，取出孔内所有钻具，完成全部施工。