CN102587855A - 一种适用于极破碎、软弱地层的取心钻具 - Google Patents
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Abstract
一种适用于极破碎、软弱地层的取心钻具，它包括绳索取心钻具、接手、无泵循环取心钻具、卡簧座、超前侧喷钻头，无泵循环取心钻具由接头、单向阀、防堵锥网和内管组成，防堵锥网为密布互不连通的轴向通路，单向阀与接头间采用丝扣连接，防堵锥网与单向阀采用过盈配合连接，内管下部连接卡簧座，卡簧座内设有爪簧；超前侧喷钻头的钢体采用变径钢体，在钢体变径处均匀分布由内向外的斜水口，在斜水口的四周填充有保径材料，在变径钢体的尾部设有钻头胎体，且超前侧喷钻头均匀分布有水口和水槽。能满足在极破碎、软弱地层中施工提高取心率的需要，在不需增加钻探设备和实施绳索取心钻进工艺的前提下，实现岩(矿)心采取率达到95％以上的目标。
Description
技术领域
本发明涉及一种钻探用的取心钻具，特别是涉及一种适用于极破碎、软弱地层的取心钻具。
背景技术
随着资源勘探、深海钻探技术的发展，对钻探效率和质量的要求也越来越高，但是，在矿产资源勘查中采用常规的岩心钻探方法在硬、脆、碎、漏、坍、软弱易冲蚀等复杂地层的施工中仍存在很大难度。虽然，目前已经有一些办法可以解决此类复杂地层钻进效率低、岩矿心采取率低、钻孔质量差、钻头寿命低、孔底事故多、钻探成本高等问题，但是对于极破碎、软弱地层中取心率低的问题，一直是国内、外钻探领域亟待解决的难题。
单管无泵钻具虽然能提高在极破碎、软弱地层中的采心率，但因要提钻取心，施工效率低，劳动强度大，频繁提钻影响孔壁稳定。
在软弱、易冲蚀地层中钻进，因冲洗液经过卡簧座后从钻头内流(喷)出，很容易冲蚀进入钻头内或钻头前面的岩(矿)心。即使采用底喷钻头，冲洗液从钻头底部喷出后，也容易把尚未进入钻头的软弱岩(矿)心冲蚀掉，造成岩(矿)心采心率低。
在破碎、软弱地层中钻进，因岩(矿)心易堵塞磨失、冲蚀，为保证采心率，要求回次进尺不能超过1米，特别难采地层回次进尺不能超过0.5米。绳索取心钻具内管一般为3米长，在孔内有水的情况下，内管中岩(矿)心上部就有至少2米的水柱，打捞岩(矿)心时水柱往往把岩(矿)心压出内管造成空管。
发明内容
本发明的目的就是提供一种克服现有技术缺陷的用于极破碎、软弱地层的取心钻具。
本发明的技术方案是通过以下途径实现的，它包括绳索取心钻具、接手、无泵循环取心钻具、卡簧座、超前侧喷钻头，其中，无泵循环取心钻具由接头、单向阀、防堵锥网和内管组成，防堵锥网为密布互不连通的轴向通路，单向阀与接头间采用丝扣连接，防堵锥网与单向阀采用过盈配合连接，内管下部连接卡簧座，卡簧座内设有爪簧；超前侧喷钻头的钢体采用变径钢体，在钢体变径处均匀分布由内向外的斜水口，在斜水口的四周填充有保径材料，在变径钢体的尾部设有钻头胎体，且超前侧喷钻头均匀分布有水口和水槽。
本发明能满足在极破碎、软弱地层中施工提高取心率的需要，在不需增加钻探设备和实施绳索取心钻进工艺的前提下，实现采取率达到95％以上的目标。
本发明具有如下特点：
1、在极破碎、软弱地层的岩心钻探中，可以有效地提高取心率。
2、防堵锥网保证了内管良好的机动性，延长绳索取心钻具寿命。
3、超前侧喷钻头的设计，显著降低了冲洗液对岩(矿)心的冲刷，这不仅可以用于极破碎、软弱地层中，还可以用于脆、漏、塌、水敏等复杂地层中。
4、克服了爪簧容易磨损的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为无泵循环取心钻具内管总成的结构示意图。
图3为超前侧喷钻头的结构示意图。
图中：绳索取心钻具1、接手2、无泵循环取心钻具3、外管总成4、超前侧喷钻头5，接头6、单向阀7、防堵锥网8、内管9、爪簧10、卡簧座11、变径钢体12、斜水口13、水口14。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。
如图1、2、3所示，本发明包括绳索取心钻具1、接手2、无泵循环取心钻具3、卡簧座11、超前侧喷钻头5，其中，无泵循环取心钻具3由接头6、单向阀7、防堵锥网8和内管9组成，防堵锥网8为密布互不连通的轴向通路，单向阀7与接头6间采用丝扣连接，防堵锥网8与单向阀7采用过盈配合连接，内管9下部连接卡簧座11，卡簧座内设有爪簧10；
超前侧喷钻头5的钢体采用变径钢体12，在钢体变径处均匀分布由内向外的斜水口13，在斜水口13的四周填充有保径材料，在变径钢体12的尾部设有钻头胎体，且超前侧喷钻头5均匀分布有水口14和水槽，水口和水槽的数量根据钻具的尺寸进行设定。
通过结构改变，实现了：
1、超前侧喷钻头改变了冲洗液的流向，冲洗液从钻头侧面喷出，保证了进入钻头的岩(矿)心不被冲蚀；钻头超前部分罩住尚未进入钻头的岩(矿)心，同时减弱了冲洗液的流速，有效地保护了钻头前部的岩(矿)石。
2、减短了内管长度，又用无泵接手隔离了上部的水，大大减小了岩(矿)心上部的水压，能有效提高采心率。无泵接手使其下部内管处于密封状态，当岩(矿)心下滑时上部即形成负压对岩(矿)产生吸力，阻止其下滑。
3、在破碎、软弱地层中钻进取心，卡簧实际上已失去了作用。爪簧在岩心上行时张开，下行时收拢，保证岩心只能进，不能出。
4、把无泵循环钻具和绳索取心钻具合二为一，即可提高岩(矿)心采取率，又可提高钻进效率，稳定孔壁，减轻劳动强度。
本发明的具体使用方法：
1、绳索取心无泵钻进
当遇到极破碎、软弱易冲蚀采心不牢的地层时，将内管总成打捞上来，换成绳索取心无泵循环钻具进行无泵钻进。
无泵循环钻进不用水泵送水，通过钻具上下串动及无泵接手的作用在孔底形成局部反循环。无泵钻进的钻进参数是钻压、转速、串动频率和串动高度。钻压不宜过大，一般为2～4kN，否则可能造成岩心堵塞或糊钻。转速也不宜过快，以便保护岩矿心，一般在100～200rpm。串动频率一般为5～10次/min，串动高度一般为15～20cm，视孔底岩粉多少和孔壁稳定程度而定。钻进过程中要不停地串动钻具，并且快提快落，以增强反循环效果。钻进结束，用打捞器打捞内管取心。
通过钻具上下串动形成孔底局部反循环，由于极破碎岩层中存在粒径接近内外管环状间隙的细小颗粒，如果进入内外管间隙，会导致内外管机械摩擦增大，甚至内管完全卡死无法打捞。防堵锥网可以有效地隔离这些细小颗粒，把它们过滤在内管之中，从而提高钻具的寿命，防止卡内管。
采用绳索取心无泵钻进能很好地保证采心率，不需提大钻。但进尺较慢，而且要求孔内水位必须高于无泵接手1-3米，否则无法形成孔底局部反循环。
2、超前侧喷钻头+绳索取心无泵钻具钻进
当遇到极破碎、软弱易冲蚀地层时，普通绳索取心钻进因冲洗液对岩矿心的冲蚀大，岩矿心在进入内管前就被冲蚀，造成采心率低；绳索取心无泵钻进进尺较慢，且孔内水位太低时不能实施。在这种情况下，可用超前侧喷钻头+绳索取心无泵钻具钻进。
破碎、软弱地层岩(矿)心采取率低的原因：一是岩(矿)心在进入钻头前被冲蚀、磨损；二是岩(矿)心进入钻头后、进入内管前被冲蚀；三是岩(矿)心已进入内管，因卡不牢在打捞过程中从内管中流出。
使用超前侧喷钻头+绳索取心无泵钻具钻进，能很好地将上述三个问题一起解决。
Claims (1)
1.一种适用于极破碎、软弱地层的取心钻具，包括绳索取心钻具(1)、接手(2)、无泵循环取心钻具(3)、卡簧座(11)、超前侧喷钻头(5)，其特征在于：
A)所述的无泵循环取心钻具(3)由接头(6)、单向阀(7)、防堵锥网(8)和内管(9)组成，防堵锥网(8)为密布互不连通的轴向通路，单向阀(7)与接头(6)间采用丝扣连接，防堵锥网(8)与单向阀(7)采用过盈配合连接，内管(9)下部连接卡簧座(11)，卡簧座内设有爪簧(10)；
B)所述的超前侧喷钻头(5)的钢体采用变径钢体(12)，在钢体变径处均匀分布由内向外的斜水口(13)，在斜水口(13)的四周填充有保径材料，在变径钢体(12)的尾部设有钻头胎体，且超前侧喷钻头(5)均匀分布有水口(14)和水槽。
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