[发明专利]一种近水平定向连续取芯装置与方法

说明书

本发明公开一种近水平定向连续取芯装置与方法，包括取芯钻具、与取芯钻具连接的偏心导向头、孔口密封件以及与取芯钻具相连的水便；该方法首先采用定向钻进技术在需要取芯的岩体中沿设计取芯轨迹施工定向钻孔，然后提出所有钻具，下入连续取芯装置，安装孔口密封件，在钻机给进和回转作用下使导向头沿已施工的定向钻孔滑动，引导下方取芯钻具钻进取芯；钻进取芯时，冲洗液由水便进入双壁钻杆内管和外管间空隙，从钻头水眼冲至孔底后，携带岩心从钻头通孔至双壁钻杆内管，经水便内管冲出孔外。本发明能实现沿设计取芯轨迹连续取芯，钻具结构简单，施工便捷，具有广泛应用价值。

技术领域

本发明属于地质勘探领域，具体涉及一种近水平定向连续取芯装置与方法。

背景技术

岩心是研究和了解地下矿产和地质情况的重要实物资料，通过钻取的岩心可以了解地下岩石的各种物理力学性质，岩矿的结构构造、空间分布及相互关系等情况，是进行地质构造研究，矿产资源评价，隐蔽致灾因素探查，矿产开采和工程建筑物设计的可靠依据。现有取芯技术普遍采用常规钻进取芯，钻进轨迹不可控，所获取岩心与设计取芯位置相差较大，导致后期通过岩心判定的地质情况与实际情况有较大差异，易对工程实践造成误导。

现有的定向取芯技术是基于定向钻进技术的定点取芯，即通过定向钻进技术控制取芯钻孔的轨迹，到达设计取芯位置后，提出所有钻具，再下入定点取芯装置实现一次取芯。该方法虽然钻进轨迹可控，所获取岩心位置的精度有了较大提高，但每次取芯都要反复下钻，提钻，程序复杂，工作量大，且单次取芯长度有限，不能实现连续取芯，漏失了大量地层信息，只适用于对特定位置的少量取样，不能满足工程实践对地层信息透明度的要求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本发明提供了一种近水平定向连续取芯装置与方法，该装置及方法可实现沿设计取芯轨迹连续取芯的目的，钻具结构简单，施工便捷，能有效实现定向连续取芯的目的，可为地质勘探、探矿，隐蔽致灾因素探查等提供重要实物资料，具有广泛应用价值。

为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种近水平定向连续取芯装置，包括取芯钻具、与取芯钻具连接的偏心导向头、孔口密封件以及与取芯钻具相连的水便；

所述偏心导向头包括导向头和连在导向头一端下部的套筒，所述导向头的中心轴线和套筒的中心轴线平行。

所述取芯钻具包括依次同轴连接的钻头、双壁钻杆和水便，在靠近钻头的双壁钻杆外壁设有环形安装槽；

所述套筒同轴套在双壁钻杆外且套筒位于环形安装槽内，套筒套在环形安装槽后，套筒外壁和与其相邻的双壁钻杆外壁平齐，钻头位于导向头下方；所述环形安装槽的槽壁上设有多个均沿周向布设的第一凹槽，在套筒内壁设有与第一凹槽相对的第二凹槽，在第一凹槽和与其相对的第二凹槽之间设有多个滚珠。

本发明还包括如下技术特征：

具体的，所述导向头前端为圆锥形、半球形或其他具有导向功能的形状，导向头后端与其下部套筒连接处呈平滑曲面；导向头的最大直径略小于其所在定向钻孔直径。

具体的，在所述钻头所对应的导向头下部设有凹槽，以使钻头安装后，导向头下沿低于钻头上沿，但高于钻头通孔上沿。

具体的，所述导向头位于定向钻孔内，取芯钻具位于取芯钻孔内，取芯钻孔与定向钻孔轨迹平行且二者连通；导向头与套筒连接断面最窄处小于定向钻孔和取芯钻孔连通处断面相交弦长。

具体的，所述取芯钻具中，双壁钻杆包括内管、同轴套在内管外的外管以及设在内管和外管之间的支架，且在支架上设有通水孔。

具体的，所述双壁钻杆的外管与钻头螺纹连接；相邻双壁钻杆的外管之间螺纹连接，双壁钻杆的外管与水便的外管之间通过螺纹连接；双壁钻杆的内管与钻头之间插接，相邻双壁钻杆的内管之间插接，双壁钻杆的内管与水便的内管之间插接连接。