一种钻具内管总成到位报信机构及报信方法与流程

本发明涉及一种钻具内管总成到位报信机构及报信方法，属于地质勘察技术领域。

背景技术：

随着国内地质钻探的快速发展，绳索取心钻具也得到了长足的发展。但在实际使用中，对于钻具内管总成是否到位没有理想的报信方法；背景技术的判断方法是“听”，操作人员用耳朵听悬挂环和座环接触时的撞击声，来判断内管总成是否到位；背景技术存在的问题是：操作人员用耳朵听，差异很大，特别是噪音的干扰，容易产生误判断；另外，上述方法在井口返水的钻孔内就不能使用，因为井口返水的钻具内管总成的下降速度慢，听不到撞击声，或钻具内管总成被水流托在井口根本不下降，听声音无法准确判断；如果启动钻具，有可能发生内管总成未到位就开始钻进，造成取心失败的生产事故，影响生产效率。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种钻具内管总成到位报信机构及报信方法，依靠泵压的明显剧烈变化，准确判断钻具内管总成是否到位，避免生产事故的发生，减少操作中的人为因素，内管总成到位后，可立即开钻，极大提升生产效率，解决背景技术存在的上述问题。

一种钻具内管总成到位报信机构，包含挡杆、悬挂接头、阀体、弹簧、轴、弹簧定位槽、出水口、进水口、螺旋槽、直槽和通水凹槽；所述悬挂接头为空心结构，阀体在其中移动，悬挂接头上端的内壁上设有直槽和螺旋槽；直槽和螺旋槽的端部相通，阀体的上端设有挡杆，挡杆与直槽和螺旋槽相匹配，阀体受力后在悬挂接头内移动，带动挡杆在直槽和螺旋槽内滑动，对阀体进行限位和定位；悬挂接头的中部设有进水口和出水口，阀体的中部设置有通水凹槽，通过阀体的移动，通过通水凹槽联通进水口和出水口，或关闭进水口和出水口；悬挂接头的下端设有凹槽，凹槽内设有轴，轴与悬挂接头的匹配端设有弹簧定位槽，弹簧定位槽与凹槽一起组成弹簧室，弹簧设置在弹簧室内，弹簧顶在阀体与轴之间。

挡杆位于直槽上端时，通过通水凹槽联通进水口和出水口，水路联通；挡杆位于其它位置时，关闭进水口和出水口，水路关闭。

所述悬挂接头外表面设有悬挂环，钻具包括外管和内管总成，钻具的外管底部内壁上设有座环，悬挂接头与内管总成一起，在外管内下降，内管总成投放到位时，悬挂接头外表面的悬挂环与钻具外管底部内壁上的座环相匹配，悬挂环与座环接触并贴合后，封闭悬挂接头与外管之间的缝隙。

所述直槽为两道，对称设置在悬挂接头上端的内壁上，两道直槽与悬挂接头及阀体的轴线平行；所述螺旋槽为两道，分别对称设置在两道直槽旁，螺旋槽的旋转角度为30°-45°，即螺旋槽起点到圆心的连线与终点到圆心的连线之间的夹角为30°-45°，螺旋槽的下端与直槽的下端联通；所述挡杆与悬挂接头及阀体的轴线垂直，挡杆两端分别插入在与悬挂接头内壁上对称布置的直槽与螺旋槽内。

所述悬挂接头下端设有排气口，与弹簧室联通。

一种钻具内管总成到位报信方法，包含如下步骤：

①采用一种钻具内管总成到位报信机构进行报信，该机构包含挡杆、悬挂接头、阀体、弹簧、轴、弹簧定位槽、出水口、进水口、螺旋槽、直槽和通水凹槽；所述悬挂接头为空心结构，阀体在其中移动，悬挂接头上端的内壁上设有直槽和螺旋槽；直槽和螺旋槽的端部相通，阀体的上端设有挡杆，挡杆与直槽和螺旋槽相匹配，阀体受力后在悬挂接头内移动，带动挡杆在直槽和螺旋槽内滑动，对阀体进行限位和定位；悬挂接头的中部设有进水口和出水口，阀体的中部设置有通水凹槽，通过阀体的移动，通过通水凹槽联通进水口和出水口，或关闭进水口和出水口；悬挂接头的下端设有凹槽，凹槽内设有轴，轴与悬挂接头的匹配端设有弹簧定位槽，弹簧定位槽与凹槽一起组成弹簧室，弹簧设置在弹簧室内，弹簧顶在阀体与轴之间；

②钻具包括外管和内管总成，内管总成与一种钻具内管总成到位报信机构一起，在外管内下降，初始位置时，挡杆位于螺旋槽的上端，进水口和出水口通道关闭；钻孔及外管中有水，一种钻具内管总成到位报信机构进行报信处于密封状态，所述悬挂接头外表面设有悬挂环，悬挂环与外管之间留有环状间隙，该间隙可以流过少量的水，一种钻具内管总成到位报信机构下方的外管中水较多，上方的外管中水较少，在水的浮力下，内管总成下降较慢；

③通过水泵向钻具外管内供水，水压推动内管总成与一种钻具内管总成到位报信机构一起下降，推动一种钻具内管总成到位报信机构下方的水从钻孔返出井口，内管总成下降速度加快；

④钻具的外管底部内壁上设有座环，内管总成下降，投放到位时，悬挂接头外表面的悬挂环与钻具外管底部内壁上的座环相匹配，悬挂环与座环接触并贴合后，封闭悬挂接头与外管之间的缝隙，内管总成停止下降；

⑤继续向外管内供水，一种钻具内管总成到位报信机构上方外管内水压开始增加，此时阀体克服弹簧的弹力，开始沿螺旋槽下降，阀体下降到螺旋槽下端的与直槽下端的交汇处，此时进水口和出水口通道仍然关闭；

⑥挡杆进入直槽下端，在弹簧的作用下，进入直槽的挡杆与阀体快速向上弹起，进入直槽的顶端，此时进水口、出水口和通水凹槽连通，水路通道打开，水流从一种钻具内管总成到位报信机构上方流向一种钻具内管总成到位报信机构的下方，一种钻具内管总成到位报信机构上方的水压迅速减小；

⑦继续向外管内供水，如果水压无明显变化，则判断内管总成投放到位。

本发明创新点：通过一种钻具内管总成到位报信机构中阀体在直槽内的突然移动，水路通道打开，造成水压明显变化，先发现泵压升高，再突然降低，准确判断内管总成到位。

本发明的积极效果：靠泵压的剧烈变化，判断内管总成是否到位的装置，降低了生产事故的发生；减少了操作中的人为因素，内管总成到位后，可立即开钻，极大提升了生产效率。

附图说明

图1为本发明实施例一种钻具内管总成到位报信机构水路密封状态示意图；

图2为本发明实施例一种钻具内管总成到位报信机构水路联通状态示意图；

图3为本发明实施例一种钻具内管总成到位报信机构挡杆下降到直槽与螺旋槽联通位置示意图；

图4为本发明实施例一种钻具内管总成到位报信机构悬挂接头立体图；

图5为本发明实施例内管总成进入外管开始供水示意图；

图6为本发明实施例内管总成到位水路关闭示意图；

图7为本发明实施例挡杆到达直槽与螺旋槽联通处示意图；

图8为本发明实施例挡杆进入直槽顶端水路联通示意图；

图中：挡杆1、悬挂接头2、阀体3、弹簧4、排气口5、轴6、弹簧定位槽7、出水口8、进水口9、螺旋槽10、直槽11、悬挂环12、弹卡室13、座环14、通水凹槽15、外管16、钻孔17。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

一种钻具内管总成到位报信机构，包含挡杆1、悬挂接头2、阀体3、弹簧4、轴6、弹簧定位槽7、出水口8、进水口9、螺旋槽10、直槽11和通水凹槽15；所述悬挂接头2为空心结构，阀体3在其中移动，悬挂接头2上端的内壁上设有直槽11和螺旋槽10；直槽11和螺旋槽10的端部相通，阀体3的上端设有挡杆1，挡杆1与直槽11和螺旋槽10相匹配，阀体3受力后在悬挂接头2内移动，带动挡杆在直槽11和螺旋槽10内滑动，对阀体3进行限位和定位；悬挂接头2的中部设有进水口9和出水口8，阀体3的中部设置有通水凹槽15，通过阀体3的移动，通过通水凹槽15联通进水口9和出水口8，或关闭进水口9和出水口8；悬挂接头2的下端设有凹槽，凹槽内设有轴6，轴6与悬挂接头2的匹配端设有弹簧定位槽7，弹簧定位槽7与凹槽一起组成弹簧室，弹簧4设置在弹簧室内，弹簧4顶在阀体3与轴6之间。

挡杆位于直槽11上端时，通过通水凹槽15联通进水口9和出水口8，水路联通；挡杆位于其它位置时，关闭进水口9和出水口8，水路关闭。

所述悬挂接头2外表面设有悬挂环12，钻具包括外管和内管总成，钻具的外管底部内壁上设有座环14，悬挂接头2与内管总成一起，在外管内下降，内管总成投放到位时，悬挂接头2外表面的悬挂环12与钻具外管底部内壁上的座环14相匹配，悬挂环12与座环14接触并贴合后，封闭悬挂接头2与外管之间的缝隙。

所述直槽为两道，对称设置在悬挂接头2上端的内壁上，两道直槽11与悬挂接头2及阀体3的轴线平行；所述螺旋槽10为两道，分别对称设置在两道直槽旁，螺旋槽的旋转角度为30°-45°（即螺旋槽起点到圆心的连线与终点到圆心的连线之间的夹角为30°-45°），螺旋槽的下端与直槽的下端联通；所述挡杆与悬挂接头2及阀体3的轴线垂直，挡杆两端分别插入在与悬挂接头2内壁上对称布置的直槽11与螺旋槽10内。

所述悬挂接头2下端设有排气口5，与弹簧室联通。

参照附图1，此时挡杆1位于螺旋槽10的上端，阀体3将进水口9堵住，水路处于密封状态。

参照附图2，此时挡杆1位于直槽11的上端，阀体3的通水凹槽15将进水口9和出水口8连通，水路处于打开状态。

参照附图3，阀体3及挡杆1下降到直槽11和螺旋槽10联通处，通阀体3将进水口9堵住，水路处于密封状态。

参照附图4，为悬挂接头立体图。悬挂接头上端设有螺旋槽10和直槽11，悬挂接头2的中部设有进水口9和出水口8。

当内管总成下降到位后，悬挂环12和座环14接触，外部水路被截断，此时随着泵压的持续增大，阀体3及挡杆1沿螺旋槽下降，弹簧4同时被压缩，当下降到螺旋槽下端时，在弹簧4的作用下会迅速回弹至直槽11顶端，阀体3的通水凹槽14将进水口9和出水口8连通。此时水路连通、泵压下降，内管总成投送过程完成。

一种钻具内管总成到位报信方法，包含如下步骤：

①采用一种钻具内管总成到位报信机构进行报信，该机构包含挡杆1、悬挂接头2、阀体3、弹簧4、轴6、弹簧定位槽7、出水口8、进水口9、螺旋槽10、直槽11和通水凹槽15；所述悬挂接头2为空心结构，阀体3在其中移动，悬挂接头2上端的内壁上设有直槽11和螺旋槽10；直槽11和螺旋槽10的端部相通，阀体3的上端设有挡杆1，挡杆1与直槽11和螺旋槽10相匹配，阀体3受力后在悬挂接头2内移动，带动挡杆在直槽11和螺旋槽10内滑动，对阀体3进行限位和定位；悬挂接头2的中部设有进水口9和出水口8，阀体3的中部设置有通水凹槽15，通过阀体3的移动，通过通水凹槽15联通进水口9和出水口8，或关闭进水口9和出水口8；悬挂接头2的下端设有凹槽，凹槽内设有轴6，轴6与悬挂接头2的匹配端设有弹簧定位槽7，弹簧定位槽7与凹槽一起组成弹簧室，弹簧4设置在弹簧室内，弹簧4顶在阀体3与轴6之间；

②钻具包括外管和内管总成，内管总成与一种钻具内管总成到位报信机构一起，在外管内下降，初始位置时，挡杆1位于螺旋槽10的上端，进水口9和出水口8通道关闭；钻孔17及外管16中有水（参照附图5），一种钻具内管总成到位报信机构进行报信处于密封状态，所述悬挂接头2外表面设有悬挂环12，悬挂环12与外管16之间留有环状间隙，在1mm左右，该间隙可以流过少量的水，一种钻具内管总成到位报信机构下方的外管中水较多，上方的外管中水较少，在水的浮力下，内管总成下降较慢；

③通过水泵向钻具外管内供水，水压推动内管总成与一种钻具内管总成到位报信机构一起下降，推动一种钻具内管总成到位报信机构下方的水从钻孔返出井口，内管总成下降速度加快；

④钻具的外管底部内壁上设有座环14，内管总成下降，投放到位时，悬挂接头2外表面的悬挂环12与钻具外管底部内壁上的座环14相匹配，悬挂环12与座环14接触并贴合后，封闭悬挂接头2与外管之间的缝隙（参照附图6），内管总成停止下降；

⑤继续向外管内供水，一种钻具内管总成到位报信机构上方外管内水压开始增加，此时阀体3克服弹簧4的弹力，开始沿螺旋槽10下降，当压力达到3-4MPa时，阀体3下降到螺旋槽10下端与直槽11下端的交汇处，此时进水口9和出水口8通道仍然关闭；参照附图7；

这个过程依孔深的不同大概需要5-15秒；达到的最大压力，可以调节弹簧的刚度实现控制，以上3-4MPa是标准配置的，改换弹簧后压力调节范围可在2-5MPa，依据国内泥浆泵等设备的普遍使用状态，建议最大不超过5MPa；

⑥挡杆1进入直槽下端，在弹簧4的作用下，进入直槽11的挡杆与阀体快速向上弹起，进入直槽11的顶端，此时进水口9、出水口8和通水凹槽15连通，水路通道打开，水流从一种钻具内管总成到位报信机构上方流向一种钻具内管总成到位报信机构的下方，一种钻具内管总成到位报信机构上方的水压迅速减小，并下降至0.5MPa左右（参照附图8）；

⑦继续向外管内供水，如果水压无明显变化，则判断内管总成投放到位。

本实施例中，在外管16的底部设有弹卡室13（普通的钻具多设有弹卡室），座环14设置在弹卡室13的内壁上。所述的轴6，一端通过弹簧4连接阀体3，另一端连接内管总成；本实施例中，轴6另一端连接内管总成的单动旋转机构。

本发明可用于地表钻探用钻具，也可用于坑道水平孔钻进；只要采用水或其液体混合物、可以产生压力的钻探介质均可采用。