CN111764855B - 近水平连续定向取心超前地质探查***与方法 - Google Patents

Abstract

一种近水平连续定向取心超前地质探查***与方法，利用测斜取芯钻具进行钻孔轨迹测斜、岩芯采取、随钻纠斜钻具供电与控制；利用随钻纠斜钻具进行钻孔轨迹调控，确保取芯钻孔沿设计轨迹延伸；利用泥浆泵、送水器、绞车、水平水力输送装置和水平水力打捞装置进行测斜取芯钻具近水平打捞和下放，实现岩芯快速提取和连续采取；由此，本发明集合了定向钻进工艺随钻轨迹调控和绳索取芯工艺高效快速取芯的优点，解决了近水平打捞与下放、随钻测斜、随钻纠斜等难题，实现了取芯钻进与钻孔轨迹精确调控同时进行，提高了超前地质探查的精确性、探查距离和效率，降低施工成本，适用于公路隧道、铁路隧道、矿井巷道等各类井巷隧工程超前地质勘探和地质预报。

Description

近水平连续定向取心超前地质探查***与方法

技术领域

本发明涉及地质勘查技术领域，尤其涉及一种近水平连续定向取心超前地质探查***与方法。

背景技术

地面公路隧道、铁路隧道、矿井巷道等各类井巷隧工程是建设高速公路、铁路和采矿活动的重要基础，其设计前需要进行地质勘查，施工中还要进行超前地质预报和地质异常体验证治理，以确保井巷隧工程设计合理，并保障施工安全。

钻探是进行超前地质探查的重要技术手段，目前主要有地面直孔探查和坑道近水平钻孔探查两种方式。但存在以下不足：①井巷隧工程一般呈近水平布置，与地面直孔垂直，因此地面直孔只可对井巷隧工程进行单点勘查，有效孔段短、利用率低、成本高；②地面直孔探查需要设置地面钻场，而地面钻场受地形地貌影响极大，在山区、河流等复杂地形区域布置困难，导致探查间距过大，探查精细度不足；③坑道近水平探查钻孔的钻进装备能力普遍不足，探查钻孔的深度有限，一般不超过500m；④地面直孔和坑道近水平钻孔目前均主要采用常规回转钻进工艺施工，无法精确测控钻孔轨迹，探查精度低，探查结果的有效性难以保证。

虽然定向钻进技术可以实现钻孔轨迹的精准调控，但其使用的造斜钻具主要为螺杆马达，受机具结构限制，只能进行全面钻进施工，无法进行岩芯采取。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种近水平连续定向取心超前地质探查***与方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种近水平连续定向取心超前地质探查***与方法，其能解决目前井巷隧工程超前地质探查中存在的探查距离短、探查钻孔轨迹控制精度低、探查效率低的技术难题，提高了超前地质探查的精确性、探查距离和效率，降低施工成本。

为实现上述目的，本发明公开了一种近水平连续定向取心超前地质探查***，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。

其中：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。

其中：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。

其中：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。

其中：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。

其中：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。

其中：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。

其中：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。

其中：近水平连续定向取芯超前地质探查***还包括水平水力输送装置和水平水力打捞装置，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；所述水平水力打捞装置包括依次连接的打捞塞和打捞仓，所述打捞塞呈纺锤形且内部设置有一个打捞轴；所述打捞轴的一端穿出打捞塞与打捞接头连接，另一端进入打捞仓并通过销轴同时与两根打捞连杆的一端连接，两根打捞连杆的另一端分别通过销轴与两个打捞钩的一端连接，两个打捞钩的另一端通过销轴安装在打捞仓的中间。

还公开了一种近水平连续定向取芯超前地质探查方法，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。

通过上述内容可知，本发明的近水平连续定向取心超前地质探查***与方法具有如下效果：

1、利用近水平定向钻孔取芯进行超前地质探查的方法，集合了定向钻进工艺随钻轨迹调控和绳索取芯工艺高效快速取芯优点，探查距离可达千米以上，探查精度可达钻孔深度的5‰以上，实现了连续定向取芯地质探查，提高了超前地质探查的精确性、探查距离和效率，降低了施工成本，为各类井巷隧工程设计与施工提供了保障。

2、采用测斜取芯钻具进行钻孔轨迹测斜、岩芯采取、随钻纠斜钻具供电与控制，利用定点测斜、基于压力控制间歇工作技术实现了钻孔轨迹随钻测量，提高了随钻定点测斜装置的工作时间，为钻孔轨迹控制提供了依据；利用涡轮发电技术、旋转变压器信号与电能传输技术，实现了控制指令和电能的非接触式传输，解决了相对运动设备之间近距离信号与电能传输难题，为随钻纠斜钻具精确控制提供了基础。

3、采用随钻纠斜钻具进行钻孔轨迹控制，利用直流电机实时调整三个支撑翼的工作姿态，实现了回转取芯钻进时的精准定向钻进，确保取芯钻孔沿设计轨迹延伸。

4、采用泥浆泵、送水器、绞车、水平水力输送装置和水平水力打捞装置解决了测斜取芯钻具近水平打捞和下放难题，实现了岩芯快速提取和连续取芯。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的近水平连续定向取心超前地质探查***与方法的结构示意图。

图2显示了本发明中定位装置的结构示意图。

图3显示了本发明中随钻定点测斜装置的结构示意图。

图4显示了本发明中数电传输装置的结构示意图。

图5显示了本发明中随钻纠斜钻具的结构示意图。

图6显示了本发明中随钻纠斜钻具的A-A剖面的结构示意图。

图7显示了本发明中水平水力输送装置的结构示意图。

图8显示了本发明中水平水力打捞装置的结构示意图。

附图标记：

泥浆泵1、送水器2、取芯钻杆3、定位钻杆4、随钻纠斜钻具5、取芯钻头6、测斜取芯钻具7、岩芯卡断器8、钢丝绳9、绞车10、定位装置11、随钻定点测斜装置12、数电传输装置13、岩芯管1、定位仓15、定位连接头16、活动轴17、矛头18、第一弹簧19、定位连杆20、定位杆21、测斜上连接头22、测压接头23、测斜外管 24、测斜下连接头2、第一锁紧螺母26、母同轴连接器27、探管骨架28、倾角传感器29、方位角传感器30、上向通讯模块31、测量控制模块32、下向通讯模块33、充电电源模块34、压力传感器35、螺旋电缆线36、插接连接器37、数电上连接头38、数电外管39、数电下连接头40、数电骨架41、旋转变压器原边42、数电控制模块43、信号接收模块44、整压储能模块45、磁力发电装置46、涡轮组件47、第二锁紧螺母48、公同轴连接器49、旋转杆50、旋转密封轴承51、固定仓52、旋转变压器副边53、驱动控制电路54、步进电机55、支撑座56、支撑翼57、传动轴58、密封管59、限位块60、水平水力输送装置61、输送接头62、输送塞63、推送仓64、活塞轴65、第二弹簧66、推送连杆67、推送钩68、水平水力打捞装置69、打捞塞 70、打捞仓71、打捞轴72、打捞接头73、打捞连杆74、第三弹簧 75、打捞钩76。

具体实施方式

参见图1至图8，显示了本发明的近水平连续定向取心超前地质探查***与方法。

具体参见图1，所述近水平连续定向取心超前地质探查***包括依次连接的泥浆泵1、送水器2、取芯钻杆3、定位钻杆4、随钻纠斜钻具5和取芯钻头6，所述定位钻杆4和随钻纠斜钻具5内设有测斜取芯钻具7及岩芯卡断器8，还设有通过钢丝绳9与送水器2连接的绞车10，其中定位钻杆4内设置有固定测斜取芯钻具7用的定位凹槽，所述取芯钻头6为环形结构，取芯钻杆3为内外平结构，钢丝绳 9与送水器2之间实现可靠密封，且钢丝绳9可沿送水器2前后滑动。所述测斜取芯钻具7包括依次连接的定位装置11、随钻定点测斜装置12、数电传输装置13和岩芯管14，所述岩芯管14为中空结构。

参见图2，所述定位装置11包括依次连接的定位仓15和定位连接头16，所述定位仓15内设有定位组件，所述定位组件能伸缩的伸入定位凹槽内以实现定位，所述定位组件包含一活动轴17，所述活动轴17的一端伸出定位仓15外以与一矛头18连接，所述活动轴17 的中部设有在定位仓15内壁前后滑动的中间凸缘，所述中间凸缘的前侧与定位仓15之间安装有第一弹簧19，所述活动轴17的另一端通过销轴同时与两根定位连杆20的一端铰接，两根定位连杆20的另一端分别通过销轴与两根定位杆21的一端铰接，两根定位杆21的另一端同时通过销轴铰接在定位仓15的中间，由此，所述定位连杆20 可围绕活动轴17上的销轴转动，并带动定位杆21转动，在定位装置 11进行座键时，在第一弹簧19的作用下，活动轴17相后移动，定位连杆20向外张开，带动定位杆21向外张开，并定位在定位钻杆4 的定位凹槽内；当拉动矛头18向前运动时，第一弹簧19压缩，活动轴17上移，定位连杆20向内收缩，带动定位杆21向内收缩，并从定位钻杆4的定位凹槽内脱离。

参见图3，所述随钻定点测斜装置12包括依次连接的测斜上连接头22、测压接头23、测斜外管24和测斜下连接头25；所述测斜下连接头25中安装有由第一锁紧螺母26固定的母同轴连接器27，还连接有探管骨架28，所述探管骨架28上安装有倾角传感器29、方位角传感器30、上向通讯模块31、测量控制模块32和下向通讯模块 33，所述测斜外管24内还安装有充电电源模块34；所述测压接头23 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35；所述轴向通孔内穿过螺旋电缆线36，螺旋电缆线36的一端与插接连接器37连接，另一端与充电电源模块34和上向通讯模块31连接；上向通讯模块31可通过插接连接器37与工控机进行双向数据通讯，充电电源模块34可通过插接连接器37进行充电；所述测斜上连接头22与定位装置11的定位连接头16连接。

参见图4，所述数电传输装置13包括依次连接的数电上连接头 38、数电外管39和数电下连接头40；所述数电下连接头40上连接有位于数电外管39内的数电骨架41，所述数电骨架41上安装有旋转变压器原边42、数电控制模块43、信号接收模块44、整压储能模块45和磁力发电装置46；所述数电外管39的外侧对应磁力发电装置46的位置安装有涡轮组件47；所述数电上连接头38上安装有由第二锁紧螺母48固定的公同轴连接器49；所述数电上连接头38与随钻定点测斜装置12上的测斜下连接头25进行连接，连接完成后，公同轴连接器49与母同轴连接器27导通；所述公同轴连接器49通过信号电缆与数电控制模块43连通，并将测量控制模块32的随钻造斜钻具控制指令，传达至数电控制模块43。

参见图5和图6，所述随钻纠斜钻具5包括旋转杆50；所述旋转杆50的一端外缘设置有凸台，以进行轴向限位，所述旋转杆50的外部设置有由两个相对设置的旋转密封轴承51支持的固定仓52，所述固定仓52中安装有旋转变压器副边53、驱动控制电路54和三组旋转支撑组件，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55、传动轴58、支撑翼57、支撑座56，每个支撑座56通过销轴铰接至一支撑翼57的一端；各支撑翼57的另一端通过销轴连接有传动轴58，各传动轴58通过销轴分别与其中一步进电机55的伸缩杆连接，所述三组步进电机55、传动轴58、支撑翼57、支撑座56 之间沿固定仓52径向间隔120°排列；所述固定仓52的外侧由密封管59封闭，并由设置于旋转杆50另一端外缘的限位块60进行定位，所述旋转杆50的另一端还可设置有安装岩芯卡断器8的定位台阶。

参见图7，近水平连续定向取芯超前地质探查***还可包括水平水力输送装置61，其包括依次连接的输送接头62、输送塞63和推送仓64，所述输送塞63整体呈纺锤形，外径略小于取芯钻杆3的内径，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65，活塞轴65与输送塞63之间密封，活塞轴65从推送仓64的轴向通孔中穿出并进入推送仓64，活塞轴 65与推送仓64之间安装有第二弹簧66，活塞轴65的伸出端通过销轴同时连接至两根推送连杆67的一端，两根推送连杆67的另一端分别通过销轴与两个推送钩68的一端连接，两根推送钩68的另一端通过销轴安装在推送仓64的中间；所述推送连杆67可围绕活塞轴65 上的销轴转动，并带动推送钩68转动。

参见图8，近水平连续定向取芯超前地质探查***还可包括水平水力打捞装置69，其包括依次连接的打捞塞70和打捞仓71；所述打捞塞70整体呈纺锤形，外径略小于取芯钻杆3的内径，内部设置有一个打捞轴72；所述打捞轴72的一端穿出打捞塞70与打捞接头73连接，另一端进入打捞仓71，并通过销轴同时与两根打捞连杆74的一端连接，所述打捞轴72与打捞仓71之间安装有第三弹簧75；两根打捞连杆74的另一端分别通过销轴与两个打捞钩76的一端连接，两个打捞钩76的另一端通过销轴安装在打捞仓71的中间；所述打捞连杆74可围绕打捞轴72上的销轴转动，并带动打捞钩76转动。

本发明还公开了一种近水平连续定向取芯超前地质探查方法，其可通过上述***实现，其可包括以下步骤：

步骤一：钻具下放。依次连接取芯钻头6、岩芯卡断器8、随钻纠斜钻具5、定位钻杆4、取芯钻杆3，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11、随钻定点测斜装置12、数电传输装置13和岩芯管14，然后将其放入取芯钻杆 3中；将钢丝绳9穿过送水器2与水平水力输送装置61的输送接头 62连接，然后将水平水力输送装置61放入取芯钻杆3中，并将送水器2与取芯钻杆3连接；开启泥浆泵1和绞车10，利用泥浆泵1通过送水器2向孔内钻具提供高压水，高压水从输送塞63进入，推动活塞轴65下移，推送连杆67向外张开，带动推送钩68向内收缩，并抓住定位装置11的矛头18，同时高压水作用在输送塞63上，推动水平水力输送装置61和测斜取芯钻具7向孔底移动，利用绞车10 控制下放速度；当测斜取芯钻具7到达孔底后，定位装置11座键在定位钻杆4的凹槽内，关闭泥浆泵1，活塞轴65在第二弹簧66的作用下复位，推送连杆67向内收缩，带动推送钩68向外张开，从而松开定位装置11的矛头18；采用绞车10向孔外上拉水平水力输送装置61至孔口；关闭绞车10，将送水器2从取芯钻杆3上卸下，从孔内取出并卸下水平水力输送装置61后，将送水器2与取芯钻杆3连接。

步骤三：定向取芯钻进。随钻定点测斜装置12将设定的随钻纠斜钻具5控制指令传输给数电传输装置13；开启泥浆泵1向孔内供水，高压水驱动数电传输装置13的涡轮组件47旋转，带到磁力发电装置46进行发电，并由整压储能模块45进行处理和存储；在数电控制模块43的控制下，由旋转变压器原边42将随钻纠斜钻具5控制指令和电能传输出去；由随钻纠斜钻具5上的旋转变压器副边53接收后，驱动控制电路54根据随钻纠斜钻具5控制指令调整三个步进电机55的伸缩杆状态，从而使部分支撑翼57撑开在取芯钻孔的孔壁上，部分支撑翼57缩回，在三个支撑翼57的合力作用下，固定仓52相对取芯钻孔不回转，旋转杆50相对取芯钻孔呈一定夹角，偏向取芯钻孔纠斜方向；在孔口钻机回转作用下，取芯钻杆3带到旋转杆50 和取芯钻头6向设计轨迹纠斜，钻取的圆柱状岩芯进入岩芯管14；当岩芯管14装满后，停止钻进，关闭泥浆泵1，将孔内所有钻具上提10cm左右，岩芯被岩芯卡断器8切断。

步骤四：定点测斜。随钻定点测斜装置12利用压力传感器35 实时监测钻孔供水情况，并处于休眠状态；当定向取芯钻进完成，压力传感器35检测到泥浆泵1关闭后，启动随钻定点测斜装置12测量钻孔倾角、方位角等轨迹参数，数据稳定后，随钻定点测斜装置12 再次进入休眠状态。

步骤五：测斜取芯钻具打捞。定点测斜完成后，将送水器2从取芯钻杆3上卸下；将钢丝绳9穿过送水器2与水平水力打捞装置69 的打捞接头73连接，然后将水平水力打捞装置69放入取芯钻杆3中，并将送水器2与取芯钻杆3连接；打开泥浆泵1和绞车10，利用泥浆泵1通过送水器2向钻孔供水，在绞车10控制下将水平水力打捞装置69推送至孔底；矛头18进入打捞仓71后，在水平水力打捞装置69的推动下，矛头18撑开打捞钩76，弹簧压缩；当矛头18进入打捞钩76后，第三弹簧75复位，矛头18被打捞钩76卡紧；关闭泥浆泵1，停止供水，通过绞车10上的钢丝绳9向外提拉水平水力打捞装置69，定位装置11从定位钻杆4中脱离，将测斜取芯钻具7一起打捞出钻孔；向外提拉测斜取芯钻具7时，打捞钩76在打捞接头 73的拉力和第三弹簧75的弹力双重作用下将矛头18紧紧锁死，避免测斜取芯钻具7脱落；将水平水力打捞装置69和测斜取芯钻具7 提到孔口后，关闭绞车10，将送水器2从取芯钻杆3上卸下，取出水平水力打捞装置69和测斜取芯钻具7。

步骤六：测斜数据分析与地质评价。将定位装置11从测斜取芯钻具7上卸下，通过插接连接器37将随钻定点测斜装置12与工控机连接，工控机读取其测量的钻孔轨迹参数后，计算出实钻轨迹，通过与设计轨迹对比，制定随钻造斜钻具控制指令，并写入随钻定点测斜装置12；同时将岩芯管14从测斜取芯钻具7上卸下，倒出其内的岩芯，按孔深顺序摆放好后，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。

由此，本发明的优点在于：

1、利用近水平定向钻孔取芯进行超前地质探查的方法，集合了定向钻进工艺随钻轨迹调控和绳索取芯工艺高效快速取芯优点，探查距离可达千米以上，探查精度可达钻孔深度的5‰以上，实现了连续定向取芯地质探查，提高了超前地质探查的精确性、探查距离和效率，降低了施工成本，为各类井巷隧工程设计与施工提供了保障。

2、采用测斜取芯钻具进行钻孔轨迹测斜、岩芯采取、随钻纠斜钻具供电与控制，利用定点测斜、基于压力控制间歇工作技术实现了钻孔轨迹随钻测量，提高了随钻定点测斜装置的工作时间，为钻孔轨迹控制提供了依据；利用涡轮发电技术、旋转变压器信号与电能传输技术，实现了控制指令和电能的非接触式传输，解决了相对运动设备之间近距离信号与电能传输难题，为随钻纠斜钻具精确控制提供了基础。

3、采用随钻纠斜钻具进行钻孔轨迹控制，利用直流电机实时调整三个支撑翼的工作姿态，实现了回转取芯钻进时的精准定向钻进，确保取芯钻孔沿设计轨迹延伸。

4、采用泥浆泵、送水器、绞车、水平水力输送装置和水平水力打捞装置解决了测斜取芯钻具近水平打捞和下放难题，实现了岩芯快速提取和连续取芯。

尽管本文较多地使用了泥浆泵1、送水器2、取芯钻杆3、定位钻杆4、随钻纠斜钻具5、取芯钻头6、测斜取芯钻具7、岩芯卡断器 8、钢丝绳9、绞车10、定位装置11、随钻定点测斜装置12、数电传输装置13、岩芯管1、定位仓15、定位连接头16、活动轴17、矛头 18、第一弹簧19、定位连杆20、定位杆21、测斜上连接头22、测压接头23、测斜外管24、测斜下连接头2、第一锁紧螺母26、母同轴连接器27、探管骨架28、倾角传感器29、方位角传感器30、上向通讯模块31、测量控制模块32、下向通讯模块33、充电电源模块34、压力传感器35、螺旋电缆线36、插接连接器37、数电上连接头38、数电外管39、数电下连接头40、数电骨架41、旋转变压器原边42、数电控制模块43、信号接收模块44、整压储能模块45、磁力发电装置46、涡轮组件47、第二锁紧螺母48、公同轴连接器49、旋转杆 50、旋转密封轴承51、固定仓52、旋转变压器副边53、驱动控制电路54、步进电机55、支撑座56、支撑翼57、传动轴58、密封管59、限位块60、水平水力输送装置61、输送接头62、输送塞63、推送仓 64、活塞轴65、第二弹簧66、推送连杆67、推送钩68、水平水力打捞装置69、打捞塞70、打捞仓71、打捞轴72、打捞接头73、打捞连杆74、第三弹簧75、打捞钩76等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (9)

1.一种近水平连续定向取心超前地质探查***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，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***，其特征在于：近水平连续定向取芯超前地质探查***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***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。

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