CN102155178A - 大口径煤层气取芯钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大口径煤层气取芯钻具，包括外管总成与内管总成，所述内管总成套装在外管总成的内部；所述外管总成包括弹卡挡头、弹卡室、第一外管、扶正接头、第二外管与钻头，所述第一外管与第二外管通过扶正接头相连，弹卡挡头设置在最外端，与内部的弹卡室相连；所述弹卡室与第一外管之间设置座环，所述第二外管的末端连接钻头；所述内管总成由打捞机构、弹卡机构、悬挂机构、调节机构、缓冲机构、单动机构及容纳与卡取岩芯机构依次连接构成，所述容纳与卡取岩芯机构包括内管、挡圈、卡簧与卡簧座组成。本发明结构新颖，相比以前拆装钻具更方便，并且大大提高了采取率与准确率。

Description

大口径煤层气取芯钻具

技术领域

本发明涉及探矿用钻具，特别涉及一种大口径煤层气取芯钻具。

背景技术

目前常用的取芯钻具主要有绳索取芯钻具于单双管取芯钻具，它的任务是获取真实准确的岩心样品，以便客观地评价所勘探的矿产资源储量情况。以上所述钻具的结构通常较复杂，设备维护或保养不方便。如专利公开号为CN1049542公开的绳索取芯钻具，它包括捞矛头、弹卡挡头、回收管、弹卡架、轴承座、卡簧座、钻头等组成，该钻具主要是根据空心圆柱弹性体轴向受压时，其轴向长度减小，直径变大，用一个较长的弹性体和一个内径稍大于弹性体外径的套，调整套的位置，使弹性体部分进入套中或从套中完全退出，以调整弹性体可产生径向变形的自由面长度，从而改变所需压力的办法，实现对岩芯堵塞报信压力的调节。这种调节方式对作业员的专业技术要求高，且费时费力，在工作现场很难进行，拆装钻具的工艺也比较复杂。

专利公开号为CN101215959A公开了一种双管强制取芯钻具，它的活塞壳体内设有活塞，活塞上部装有销阀，活塞下部设有活塞出水孔，活塞出水孔、滑阀、岩粉管连接、岩芯管连接、长心筒依次连接，内钻头短接的上部为锥形。在钻进过程中既可以主动卡紧岩芯，又可借助过滤器、岩粉导管、岩粉管等装置获取岩粉，从而提高采芯率。该双管强制取芯钻具一定程度上提高了采取率与准确率，但是该钻具设备适用性较局限，在钻进过程中需要借助过滤器、岩粉导管、岩粉管等装置获取岩粉，功能不齐全，没有做到一体化。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供一种大口径煤层气取芯钻具，拆装钻具方便，并且大大提高了采取率与准确率。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

大口径煤层气取芯钻具，包括外管总成与内管总成，所述内管总成套装在外管总成的内部；

所述外管总成包括弹卡挡头、弹卡室、第一外管、扶正接头、第二外管与钻头，所述第一外管与第二外管通过扶正接头相连，弹卡挡头设置在最外端，与内部的弹卡室相连；所述弹卡室与第一外管之间设置座环，所述第二外管的末端连接钻头；

所述内管总成由打捞机构、弹卡机构、悬挂机构、调节机构、缓冲机构、单动机构及容纳与卡取岩芯机构依次连接构成，所述容纳与卡取岩芯机构包括内管、挡圈、卡簧与卡簧座组成。

进一步，所述外管总成的钻头的内侧与第二外管的接触处设置扶正环。

所述打捞机构由捞矛头、捞矛座、回收管等组成，其作用是当提取岩芯时，打捞器上的打捞钩抓住捞矛头，提升时迫使回收管压迫弹卡合拢，从而脱离弹卡挡头的限制，进入回收管内。此时内管总成处于自由状态，可以被提出孔外。

所述弹卡机构由弹卡架、弹卡、弹卡挡头和弹卡室等件组成，所述弹卡连接在弹卡座上，所述弹卡架上设置所述弹卡座；

其作用是内管总成进入外管总成后，弹卡借助弹簧的弹力张开，从而贴在弹卡室的内壁上，上部受弹卡档头的限制，在钻进时内管总成不会向上窜动。

所述悬挂机构由座环和悬挂环组成，其作用是当内管总成到位后，悬挂环坐落在座环上，从而保证卡簧座与钻头内台阶之间有一定的距离，以便外管单动灵活。

所述调节机构由螺母、调节接头和弹簧套等组成，其作用是调节内管总成中卡簧座与钻头内台阶之间的间隙，最大调节范围为20mm，保证其间隙量为2-3mm。

所述缓冲机构由弹簧及碟簧套等件组成，其作用是在卡取岩芯时，起缓冲作用来保护内管和卡簧座。

所述单动机构由轴、轴承座、轴承和轴套等部件组成，其作用是分离内管和外管，通过两推力轴承，实现钻具单动，内管相对外管静止。

所述容纳与卡取岩芯机构由内管、挡圈、卡簧和卡簧座等部件组成，其作用是容纳和卡取岩芯。

所述卡簧座、内管和内管总成的上部连接必须同轴，内管应光滑平直，不得有弯曲或局部出现凹坑等现象。

其中，所述外管总成装配过程是：首先，连接变径接头和弹卡接头；然后，放入座环连接短内管；再连接扶正接头；接着，连接短内管；最后，连接钻头，所述钻头内放入扶正环。

所述外管总成的所有螺纹连接处，要涂抹扣油并使用钻机大钳拧紧。

进一步，该钻具还包括打捞器部分，由打捞机构、送入机构与安全脱卡机构组成。

打捞器是绳索取芯钻具中必不可少的专用工具，具备打捞，送入和安全脱卡等功能，其结构和工作原理如下：

(1)打捞机构

由打捞钩、捞钩架和重锤等部件组成。捞取岩芯时，将打捞器放入钻杆内，靠重锤作用快速下降，到达内管总成上端时，打捞钩抓住矛头，从而将内管总成提升到地面。

(2)送入机构

当钻孔内无冲洗液或水位很低时，内管总成不能直接投放。此时可用打捞器卡着内管总成将内管总成送入孔底。当内管总成到位时，再将脱卡管投下罩住打捞钩的尾部，使打捞钩的上部斜面受惯性力的径向分力作用，使其下部张开，释放捞矛头。脱卡以后，提出打捞器，内管总成便留在孔底。

(3)安全脱卡机构

由脱卡管和安全销等部件组成，其作用是打捞岩芯时，如果内管总成遇阻提不上来，则沿钢丝绳投下脱卡管，使打捞钩释放捞矛头而实现安全脱卡；或反复提拉钢丝绳，使安全销断裂而实现安全脱卡。

内外管总成的装配与调整：

1、将内管总成装入外管总成时，弹卡自如地进入弹卡室，座环应当挂住悬挂环；

2、调节内管总成的长度：当悬挂环与座环接触时，卡簧座与钻头内台阶的轴向间隙应当保持在20mm，调整合适后，采用锁紧螺母将接头固定；

3、弹卡与弹卡挡头的顶面应保持在一定的间隙，若该间隙过小，弹卡则不能自由地进入弹卡室，使钻具在钻进时不能定位；若间隙过大，则在钻进过程中就会加大卡簧座与钻头内台阶的间隙，影响岩矿芯的采取率。

本发明的有益效果是，设备结构简单，便于维护，操作方便，安全系数高，提高了岩芯的采取率，准确性更高。

附图说明

图1为本发明钻具外管的结构示意图；

图2为本发明钻具内管的结构示意图。

具体实施方式：

为了使本发明的创作特征、技术手段与达成目的易于明白理解，以下结合具体实施例进一步阐述本发明。

实施例：

参看图1与图2，大口径煤层气取芯钻具，包括外管总成1与内管总成2，所述内管总成2套装在外管总成1的内部；

如图1所示，外管总成1包括弹卡挡头11、弹卡室12、第一外管14、扶正接头15、第二外管16与钻头18，所述第一外管14与第二外管16通过扶正接头15相连，弹卡挡头11设置在最外端，与内部的弹卡室相连12；所述弹卡室12与第一外管14之间设置座环13，所述第二外管16的末端连接钻头18；

外管总成1的钻头18的内侧与第二外管16的接触处设置扶正环17。

其中，所述外管总成1装配过程是：首先，连接弹卡挡头11和弹卡室12；然后，放入座环13连接第一外管14；再连接扶正接头15；接着，连接第二外管16；最后，连接钻头18，所述钻头18内放入扶正环17。

所述外管总成1的所有螺纹连接处，要涂抹扣油并使用钻机大钳拧紧。

如图2所示，内管总成2由打捞机构21、弹卡机构22、悬挂机构23、调节机构24、缓冲机构25、单动机构26及容纳与卡取岩芯机构27依次连接构成，所述容纳与卡取岩芯机构27包括内管、挡圈、卡簧与卡簧座组成。

打捞机构21由捞矛头、捞矛座、回收管等组成，其作用是当提取岩芯时，打捞器上的打捞钩抓住捞矛头，提升时迫使回收管压迫弹卡合拢，从而脱离弹卡挡头的限制，进入回收管内。此时内管总成处于自由状态，可以被提出孔外。

弹卡机构22由弹卡架、弹卡、弹卡挡头和弹卡室等件组成，其作用是内管总成进入外管总成后，弹卡借助弹簧的弹力张开，从而贴在弹卡室的内壁上，上部受弹卡档头的限制，在钻进时内管总成不会向上窜动。

悬挂机构23由座环和悬挂环组成，其作用是当内管总成到位后，悬挂环坐落在座环上，从而保证卡簧座与钻头内台阶之间有一定的距离，以便外管单动灵活。

调节机构24由螺母、调节接头和弹簧套等组成，其作用是调节内管总成中卡簧座与钻头内台阶之间的间隙，最大调节范围为20mm，保证其间隙量为2-3mm。

缓冲机构25由弹簧及碟簧套等件组成，其作用是在卡取岩芯时，起缓冲作用来保护内管和卡簧座。由于内管总成2是悬挂的，卡簧座和钻头内台阶之间留有一定的距离。如果没有缓冲机构25，由钻机施加的岩芯卡断力将通过悬挂机构传到内管和卡簧座，容易损坏这些零部件，所述缓冲机构25的作用使岩芯卡断力经过缓冲弹簧压缩，实现内管总成2伸长，卡簧座落在钻头内台阶上，岩芯卡断力则由钻头向上传给卡簧座和卡簧，将岩芯卡断，从而预防损伤内管和卡簧及其螺纹。

单动机构26由轴、轴承座、轴承和轴套等部件组成，其作用是分离内管和外管，通过两推力轴承，实现钻具单动，内管相对外管静止。

容纳与卡取岩芯机构27由内管、挡圈、卡簧和卡簧座等部件组成，其作用是容纳和卡取岩芯。

所述卡簧座、内管和内管总成的上部连接必须同轴，内管应光滑平直，不得有弯曲或局部出现凹坑等现象。

进一步，该钻具还包括打捞器部分，由打捞机构、送入机构与安全脱卡机构组成。

打捞器是绳索取芯钻具中必不可少的专用工具，具备打捞，送入和安全脱卡等功能，其结构和工作原理如下：

打捞机构：

由打捞钩、捞钩架和重锤等部件组成。捞取岩芯时，将打捞器放入钻杆内，靠重锤作用快速下降，到达内管总成上端时，打捞钩抓住矛头，从而将内管总成提升到地面。

送入机构：

当钻孔内无冲洗液或水位很低时，内管总成不能直接投放。此时可用打捞器卡着内管总成将内管总成送入孔底。当内管总成到位时，再将脱卡管投下罩住打捞钩的尾部，使打捞钩的上部斜面受惯性力的径向分力作用，使其下部张开，释放捞矛头。脱卡以后，提出打捞器，内管总成便留在孔底。

安全脱卡机构：

由脱卡管和安全销等部件组成，其作用是打捞岩芯时，如果内管总成遇阻提不上来，则沿钢丝绳投下脱卡管，使打捞钩释放捞矛头而实现安全脱卡；或反复提拉钢丝绳，使安全销断裂而实现安全脱卡。

内外管总成的装配与调整：

首先，将内管总成装入外管总成时，弹卡自如地进入弹卡室，座环应当挂住悬挂环；

接着，调节内管总成的长度：当悬挂环与座环接触时，卡簧座与钻头内台阶的轴向间隙应当保持在20mm，调整合适后，采用锁紧螺母将接头固定；

然后，弹卡与弹卡挡头的顶面应保持在一定的间隙，若该间隙过小，弹卡则不能自由地进入弹卡室，使钻具在钻进时不能定位；若间隙过大，则在钻进过程中就会加大卡簧座与钻头内台阶的间隙，影响岩矿芯的采取率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (8)

1.大口径煤层气取芯钻具，其特征在于，包括外管总成与内管总成，所述内管总成套装在外管总成的内部；

所述外管总成包括弹卡挡头、弹卡室、第一外管、扶正接头、第二外管与钻头，所述第一外管与第二外管通过扶正接头相连，弹卡挡头设置在最外端，与内部的弹卡室相连；所述弹卡室与第一外管之间设置座环，所述第二外管的末端连接钻头；

所述内管总成由打捞机构、弹卡机构、悬挂机构、调节机构、缓冲机构、单动机构及容纳与卡取岩芯机构依次连接构成，所述容纳与卡取岩芯机构包括内管、挡圈、卡簧与卡簧座组成。

2.根据权利要求1所述的大口径煤层气取芯钻具，其特征在于，所述外管总成的钻头的内侧与第二外管的接触处设置扶正环。

3.根据权利要求1所述的大口径煤层气取芯钻具，其特征在于，所述打捞机构由捞矛头、捞矛座与回收管连接组成。

4.根据权利要求1所述的大口径煤层气取芯钻具，其特征在于，所述弹卡机构由弹卡架、弹卡、弹卡挡头与弹卡座共同构成，所述弹卡连接在弹卡座上，所述弹卡架上设置所述弹卡座。

5.根据权利要求1所述的大口径煤层气取芯钻具，其特征在于，所述悬挂机构由座环与悬挂环组成。

6.据权利要求1所述的大口径煤层气取芯钻具，其特征在于，所述调节机构由螺母、调节接头与弹簧套组成，通过该组件可调节内管总成中卡簧座与钻头内台阶之间的间隙。

7.据权利要求1所述的大口径煤层气取芯钻具，其特征在于，所述缓冲机构碟簧与碟簧套组成，用于保护内管与卡簧座。

8.据权利要求1所述的大口径煤层气取芯钻具，其特征在于，所述单动机构由轴、轴承、轴承座与轴套组成。

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