一种岩芯信息快速获取的钻进方法

技术领域

本发明属于地质勘探技术领域，具体涉及一种岩芯信息快速获取的钻进方法。

背景技术

取芯钻进主要包括以下三个环节：一是环形破碎井底岩石形成岩芯；二是保护岩芯，在钻进取芯时，对已形成的岩心要加以保护，避免循环的钻井液冲蚀岩心及钻杆转动的机械碰撞、损坏岩芯；三是取出岩心：在钻进取芯到一定长度后（通常为一根单根长度，也可以进行长筒取芯达数十米），要从所形成岩芯的底部割断并夹紧，在起钻时随钻具一同提升到地面。

目前，对于岩芯的信息获取都是在完成上述三个环节之后，将岩芯放置在岩芯箱内，然后再对取出的岩芯进行分析从而获取岩芯信息（例如RQD值、岩芯采取率等等）。这种方式在实际使用过程中存在着如下问题：

1、已经获取的岩芯在钻进过程中伴随着机械碰撞、钻井液的冲蚀存在着破碎的风险，导致获取的岩芯不能准确的反应地质构造；

2、从钻具中取出岩芯（特别是对于长度较长的岩芯）所花费的时间较长，延长了岩芯信息的获取时间；

3、通过对已经获取到的岩芯信息只能用于以后的钻进指导和参考，并不能对当次钻进作业（即获取该岩芯的钻进作业）并没有任何指导意义。

发明内容

本发明为了解决现有获取岩芯信息时间较长，并且获取到的岩芯信息不够准确的问题，而提供一种岩芯信息快速获取的钻进方法，在利用取芯钻头进行钻进时即可获取到岩芯信息，一方面便于快速的获取到岩芯信息并依据该岩芯信息指导当次钻进作业，另一方面降低了获取到的岩芯在钻进过程中被损坏的风险，从而提高岩芯信息的准确性以更加准确的反映地质构造。

为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种岩芯信息快速获取的钻进方法，包括取芯钻头，其特征在于，基于该取芯钻头的钻进方法包括如下：

（1）通过取芯钻头上的激光探头检测取芯钻头上的取芯通道内的岩芯是否为设定尺寸的岩芯；

（2）若激光探头判断出岩芯未满足设定尺寸，则取芯钻头正常钻进；若激光探头判断出岩芯满足设定尺寸，则向取芯钻头内的进液通道内输出喷淋水，喷淋水依次填充下排胶囊使得下排胶囊包覆住取芯通道内的岩芯；然后喷淋水输送至喷嘴通过喷嘴对岩芯的四周进行喷淋;当喷淋水输送至喷嘴的时候，通过下排胶囊与岩芯的遮挡作用将喷淋水引流出取芯钻头的出液通道并通过出液通道排出；

(3)取芯钻头上的CCD相机对取芯通道内的岩芯的四周进行拍照并将岩芯的照片传输给外部的控制系统，控制系统对岩芯照片进行分析从而获得岩芯信息。

在一些实施例中，所述CCD相机间隔性的对取芯通道内的岩芯进行拍照。

在一些实施例中，所述控制系统能够获取到取芯钻头钻进的深度，所述控制系统依据钻进的深度控制CCD相机进行拍照。

在一些实施例中，在进液通道和出液通道中安装有流量计，通过流量计计算进液通道和出液通道中的流量，并将流量计的数据传输给控制系统，控制系统以流量计的数据作为参考数据之一来调整和配伍钻井液。

在一些实施例中，所述取芯钻头包括钻头本体和接头，所述钻头本体的中部具有取芯通道，其特征在于，所述钻头本体上沿着钻头本体的长度方向上开设有进液通道和出液通道，所述进液通道和出液通道分别经管道与外部的水源系统连通，所述取芯通道的内壁上安装有用于与进液通道相互连通的多个喷嘴和用于与进液通道相互连通的两排胶囊，两排胶囊为上排胶囊和下排胶囊，上排胶囊和下排胶囊在注入水之后能够膨胀并包覆在取芯通道中的岩芯的外围，所述喷嘴安装在两排胶囊之间的取芯通道的内壁上，位于下排胶囊下方的取芯通道上安装有至少两组相互对应设置的激光探头，位于上排胶囊上方的取芯通道上安装有多个用于对取芯通道中的岩芯进行拍照的CCD相机，所述CCD相机和激光探头与外部的控制系统电连接；下排胶囊上方的取芯通道开设有与出液通道相互连通的出液口。

在一些实施例中，所述进液通道将喷淋水沿着下排胶囊、喷嘴和上排胶囊的先后顺序依次将喷淋水输送给下排胶囊、喷嘴和上排胶囊。

在一些实施例中，所述下排胶囊与喷嘴之间的进液通道、喷嘴与上排胶囊之间的进液通道之间均配设有用于切断或者连通进液通道的压力阀。

在一些实施例中，所述上排胶囊和下排胶囊均设置有进口和出口，所述下排胶囊的进口与进液通道连通，所述下排胶囊的出口与喷嘴通过进液通道连通，所述上排胶囊的出口经开设在钻头本体中的回流通道连通，回流通道与进液通道连通，所述回流通道内安装有压力阀和单向阀。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的岩芯信息快速获取的钻进方法在使用过程中，首先通过激光探头去检测岩芯的尺寸，若此段的岩芯截面尺寸没有满足设计要求，则取芯钻头持续钻进直至激光探头检测到岩芯的尺寸满足设定要求时，激光探头将信息传递给外部的控制系统，外部的控制系统控制外部的水泵向进液通道内输入一定压力的喷淋水，喷淋水通过进液通道首先进入到下排胶囊内对下排胶囊进行填充，从而使得下排胶囊膨胀凸起对岩芯进行夹持和包覆（其中，下排胶囊还会对粘附在岩芯外壁上的钻井液进行擦拭）；然后喷淋水对岩芯的四壁进行喷淋清洗，与此同时喷淋水继续通过进液通道进入到上排胶囊，利用上排胶囊对岩芯进行夹持和包覆，取芯钻头在钻进过程中伴随着不断的钻进，岩芯相对于取芯钻头会有一个相对的移动，上排胶囊利用这个相对移动对岩心的外壁进行摩擦擦拭（主要是去除岩芯外壁上的喷淋水），然后利用CCD相机对岩芯进行拍照，CCD相机将拍摄的图片信息发送给外部的控制系统，工作人员利用岩芯的图片获取到岩芯信息，从而及时快速的获取到岩芯信息，工作人员依照这个岩芯信息还可以调节取芯钻头钻进的速度。本发明相比于现有技术将岩芯从取芯钻头上取出之后获取岩芯信息的方式，一方面，在取芯钻头的取芯通道内形成了岩芯后即可获取到岩芯信息，大大提高了岩芯信息获取的速度；另一方面，由于先通过拍照的方式获取到了岩芯信息，即使岩芯在后续的钻进过程中由于机械碰撞、取芯过程中的碰撞而损坏也并不影响已经获取到的岩芯信息，相比于现有技术获取岩芯信息的方式，排出了由于机械碰撞过程中而造成的岩芯破碎等问题，能够提高岩芯信息的准确性。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图；

图2为本发明的剖视图结构示意图，在该示意图中，胶囊未被喷淋水充满而收纳在取芯通道的内壁；

图3为本发明另一状态下的剖视图结构示意图，在该示意图中，胶囊处于充满膨胀状态；

图4为本发明一状态下的剖视图结构示意图，在该示意图中，胶囊处于充满膨胀状态并挤压取芯通道内的岩芯并包覆在岩芯的外围；

图中标记：1、钻头本体，2、刀翼，3、切削齿，4、取芯通道，5、冷却通道，6、进液通道，7、出液通道，8、线束通道，9、激光探头，10、下排胶囊，11、喷头，12、上排胶囊，13、CCD相机，14、岩芯。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合附图1至附图4，本发明的岩芯信息快速获取的钻进方法，包括取芯钻头，基于该取芯钻头的钻进方法包括如下：

（1）通过取芯钻头上的激光探头9检测取芯钻头上的取芯通道4内的岩芯14是否为设定尺寸的岩芯；优选的，激光探头9安装在取芯通道4的内壁上，激光探头上端和下端的取芯通道4的内壁上均设置有挡环，挡环的外边缘延伸出取芯通道4的内壁，通过挡环对激光探头9的上端和下端进行遮挡，放置钻井液喷溅为沾污激光探头9。

其中，激光探头9属于限于技术产品，包括发射端和接收端，发射端和接收端分别设置在取芯通道4对应的侧壁上，利用激光探头9对岩芯的截面尺寸进行检测，因为岩芯在形成过程中，有可能是碎石并不是完整的岩芯，因此通过激光探头9对岩芯的截面尺寸进行检测。

在具体实施过程中，可以沿着取芯通道4的侧壁分别设置多个发射端和多个对应的接收端，以便于对岩芯不同面进行检测，以便于获取不同岩芯的不同面。优选的，设计两组激光探头7即可。

优选的，钻头本体1上开设有线束通道8，激光探头9、CCD相机13的线束通过线束通道8与外部的控制系统连接，从而将数据传输给控制系统。

其中，激光探头9采用设定的时间间隔周期性的对岩芯14进行探测。

（2）若激光探头9判断出岩芯未满足设定尺寸，则取芯钻头正常钻进，在这种情况下，外部的水源系统（主要由水源、管道和水泵构成）不向进液通道6中通入喷淋水，由于没有喷淋水的涌入，上排胶囊12、喷嘴11和下排胶囊10均不工作（即喷嘴11不喷出水，上排胶囊12、下排胶囊10均不充水而处于压缩状态）；若激光探头9判断出岩芯满足设定尺寸，则向取芯钻头内的进液通道6内输出喷淋水，喷淋水依次填充下排胶囊10使得下排胶囊10包覆住取芯通道4内的岩芯14；然后喷淋水输送至喷嘴11通过喷嘴11对岩芯的四周进行喷淋;当喷淋水输送至喷嘴11的时候，通过下排胶囊10与岩芯14的遮挡作用将喷淋水引流出取芯钻头的出液通道7并通过出液通道7排出；优选的出液通道7通过管道与外部的水泵连通，从而通过外部水泵的抽吸作用将出液通道7中的喷淋水抽出。

(3)取芯钻头上的CCD相机13对取芯通道内的岩芯14的四周进行拍照并将岩芯的照片传输给外部的控制系统，控制系统对岩芯照片进行分析从而获得岩芯信息。

其中，如何控制系统如何将获取到的CCD相机的照片进行分析，对于本领域的技术人员来说是清楚和明白的。例如控制系统通过显示模块直接显示CCD相机拍摄的照片，工作人员便可以直观的看出一些岩芯信息（例如岩芯属于什么岩石类型）；控制系统也可以对CCD相机的照片进行图像处理，从而获取到岩芯信息，例如控制系统采用本申请人于2022年3月24日公开的一种快速获取岩芯采取率及RQD值的方法（申请号为202210291807.X）中的技术对CCD相机拍摄的照片进行处理从而获取到岩芯信息，从而使得工作人员能够快速的获取到岩芯信息，工作人员依照获取到的岩芯信息也能够反馈调节钻进过程，例如依据获取的岩芯信息调整钻井液的组分、以及调节取芯钻头的转速以及控制取芯钻头的下压力等等，进而依照获取到的岩芯信息调控、指导本次钻进过程。而现有技术中，由于通过岩芯14从取芯钻头中取出之后，才能获取到岩芯信息，因此获取到该地层的地层结构信息，因此，只能指导后续的钻进过程，对于本次钻进（即获取到当次岩芯的钻进过程）并不能起到指导、调控的作用。而本申请在钻进过程中即可获取到岩芯信息，便能够对本次钻进进行指导和调控，从而及时调整钻进过程（例如针对不同地质结构采用不同的钻井液、钻进速度、钻进下压力等等），进而提高钻进效果。

在一些实施例中，所述CCD相机13间隔性的对取芯通道内的岩芯进行拍照。即是说，本发明的CCD间隔性的对取芯通道4内的岩芯14进行拍照（即无论喷嘴、上排胶囊、下排胶囊是否参与工作，CCD相机13均是间隔性的对岩芯14进行拍照），从而获取到整个岩芯14照片。

在一些实施例中，所述控制系统能够获取到取芯钻头钻进的深度，所述控制系统依据钻进的深度控制CCD相机进行拍照。由于取芯钻头钻进的深度能够随时掌握，因此，能够将钻进的深度信息传输给控制系统，从而利用控制系统控制CCD相机13进行拍照，例如，取芯钻头每钻进10cm并将信息传输给控制系统，控制系统则控制CCD相机13进行拍照，从而对该岩芯段的10cm范围内的岩芯进行拍照。其中，本发明讲述的控制系统，对于控制CCD相机、激光探头9工作的控制系统，对于控制领域的技术人员来说，属于非常常规的技术，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。

本发明在具体过程中，存在着当激光探头9探测到岩芯14的截面尺寸满足设定要求，而激光探头的下一次探测探测到岩芯14的截面尺寸未满足设定要求的情况。在这种情况下，控制系统还可以依据激光探头9在设定的时间范围（或者取芯钻头在设定的钻进深度）来控制水源系统是否为进液通道6通入喷淋水（即控制喷嘴11、上排胶囊12和下排胶囊10是否参与工作）。

即是说，上排胶囊、下排胶囊和喷嘴的工作状态与激光探头9的检测数据息息相关。而激光探头的工作状态（或者工作周期）与钻进深度也有一定的关系。因此，在实际使用过程中，可以依据取芯钻头钻进的深度来作为一个节点（因为伴随着地层结构的不断变化，钻进的效率也会发生变化，因此，为了便于进行控制，可以设定一个深度来做为判断的依据），在这个深度范围内设定激光探头9的工作频数（例如每钻进10cm，激光探头探测5次），然后依据这个激光探头9探测的数据再来判断喷嘴11、上排胶囊12和下排胶囊10是否参与工作。

本发明在具体实施过程中，当喷嘴11、上排胶囊12和下排胶囊10由工作状态转换为非工作状态时，外部的水源系统应当关闭进液通道6，同时利用外部的水源系统对出液通道7进行抽吸，从而排出出液通道7、上排胶囊、下排胶囊内的喷淋水，从而使得上排胶囊12和下排胶囊10收缩而收纳在取芯通道的内壁上，从而避免上排胶囊和下排胶囊接触岩芯14。

在一些实施例中，在进液通道6和出液通道7中安装有流量计，通过流量计计算进液通道6和出液通道7中的流量，并将流量计的数据传输给控制系统，控制系统以流量计的数据作为参考数据之一来调整和配伍钻井液。由于上排胶囊12、下排胶囊10与岩芯之间可能会存在着缝隙，因此从这个缝隙中会有少量的喷淋水进入到岩芯14的根部进而混入到钻井液中，从而会稀释钻井液，因此，通过流量计和来监测损失的喷淋水，并作为一个钻井液的一个依据来调整钻井液的配伍。

当然，在实际钻进过程中，工作人员也会定期或者不定期对钻井液进行检测，从而确保钻井液在规范要求之内。

在一些实施例中，所述取芯钻头包括钻头本体1和接头，接头用于与钻杆连接，所述钻头本体1的中部具有取芯通道4，所述钻头本体1上沿着钻头本体1的长度方向上开设有进液通道6和出液通道7，所述进液通道6和出液通道7分别经管道与外部的水源系统连通，所述取芯通道4的内壁上安装有用于与进液通道6相互连通的多个喷嘴11和用于与进液通道相互连通的两排胶囊，两排胶囊为上排胶囊12和下排胶囊10，上排胶囊12和下排胶囊10在注入水之后能够膨胀并包覆在取芯通道4中的岩芯14的外围，所述喷嘴11安装在两排胶囊之间的取芯通道4的内壁上，位于下排胶囊10下方的取芯通道4上安装有至少两组相互对应设置的激光探头9，位于上排胶囊12上方的取芯通道4上安装有多个用于对取芯通道中的岩芯进行拍照的CCD相机13，所述CCD相机13和激光探头9与外部的控制系统电连接；下排胶囊10上方的取芯通道开设有与出液通道7相互连通的出液口，即下排胶囊上方的取芯通道4的内壁上开设有与出液通道7相互连通的出液口，当下排胶囊10包覆在岩芯14的外围的时候，通过下排胶囊10的遮挡作用，能够使得喷淋水流向出液口，从而通过出液通道7排出。其中下排胶囊10包覆在岩芯14外围的时候，下排胶囊10还能够对岩芯14的外围进行擦拭，从而防止岩芯1上包覆的碎屑和钻井液进入到下排胶囊10的上方而堵塞出液口。

优选的，出液口配设有过滤网，通过设置过滤网防止碎屑和杂质堵塞出液口。

其中，本发明的上排胶囊12和下排胶囊10采用具有一定弹性的乳胶制作而成，每一个胶囊呈半环形状，从而使得两个胶囊能够形成一个环形结构并包覆在岩芯14的外围。

优选的，每一个胶囊的侧端面设置或者包覆有非弹性材料，从而使得胶囊的侧端面不具有变形的特点，从而便于两个胶囊贴合性更好，尽可能的减少喷淋水从两个胶囊的侧端面流出。胶囊用于与岩芯14接触的面涂覆有耐磨层，以防止胶囊在与岩芯14接触的过程中损坏，提高胶囊的使用寿命。

在具体实施过程中，取芯通道4的内壁上设置有形状大小不同的安装腔，便于安装上排胶囊、下排胶囊、喷嘴、激光探头和CC相机。

在具体实施过程中，进液通道、出液通道和线束通道可以采用先加工后采用堵头进行封堵的形式，从而便于形成所需要的进液通道、出液通道和线束通道。

其中，本发明的钻头本体1上还开设有冷却通道5，通过冷却通道5输入钻井液对切削齿3进行冷却，本发明的冷却通道5的设计，能够避免钻井液腐蚀、冲蚀岩芯。

结合附图1至附图4，在一些实施例中，所述进液通道6将喷淋水沿着下排胶囊10、喷嘴11和上排胶囊12的先后顺序依次将喷淋水输送给下排胶囊10、喷嘴11和上排胶囊12。

在一些实施例中，所述下排胶囊10与喷嘴11之间的进液通道6、喷嘴11与上排胶囊12之间的进液通道6之间均配设有用于切断或者连通进液通道的压力阀。即是说利用压力阀来进行控制，从而确保下排胶囊能够处于充满的状态以便于包覆在岩芯14的外围；以及确保喷嘴11具有足够的压力对岩芯14的外壁进行喷淋冲洗。

在一些实施例中，所述上排胶囊12和下排胶囊10均设置有进口和出口，所述下排胶囊10的进口与进液通道6连通，所述下排胶囊10的出口与喷嘴11通过进液通道连通，所述上排胶囊12的出口经开设在钻头本体中的回流通道连通，回流通道与进液通道连通，所述回流通道内安装有压力阀和单向阀，通过压力阀和单向阀能够确保喷淋水不会反向流动，并且当达到设定值之后才能再次流向进液通道，从而确保下排胶囊、喷嘴和上排胶囊中的水压在设定的范围内。

本发明的岩芯信息快速获取的钻进方法在使用过程中，首先通过激光探头去检测岩芯的尺寸，若此段的岩芯截面尺寸没有满足设计要求，则取芯钻头持续钻进直至激光探头检测到岩芯的尺寸满足设定要求时，激光探头将信息传递给外部的控制系统，外部的控制系统控制外部的水泵向进液通道内输入一定压力的喷淋水，喷淋水通过进液通道首先进入到下排胶囊内对下排胶囊进行填充，从而使得下排胶囊膨胀凸起对岩芯进行夹持和包覆（其中，下排胶囊还会对粘附在岩芯外壁上的钻井液进行擦拭）；然后喷淋水对岩芯的四壁进行喷淋清洗，与此同时喷淋水继续通过进液通道进入到上排胶囊，利用上排胶囊对岩芯进行夹持和包覆，取芯钻头在钻进过程中伴随着不断的钻进，岩芯相对于取芯钻头会有一个相对的移动，上排胶囊利用这个相对移动对岩心的外壁进行摩擦擦拭（主要是去除岩芯外壁上的喷淋水），然后利用CCD相机对岩芯进行拍照，CCD相机将拍摄的图片信息发送给外部的控制系统，工作人员利用岩芯的图片获取到岩芯信息，从而及时快速的获取到岩芯信息，工作人员依照这个岩芯信息还可以调节取芯钻头钻进的速度。本发明相比于现有技术将岩芯从取芯钻头上取出之后获取岩芯信息的方式，一方面，在取芯钻头的取芯通道内形成了岩芯后即可获取到岩芯信息，大大提高了岩芯信息获取的速度；另一方面，由于先通过拍照的方式获取到了岩芯信息，即使岩芯在后续的钻进过程中由于机械碰撞、取芯过程中的碰撞而损坏也并不影响已经获取到的岩芯信息，相比于现有技术获取岩芯信息的方式，排出了由于机械碰撞过程中而造成的岩芯破碎等问题，能够提高岩芯信息的准确性。