CN1030341C - 复杂地层用金刚石钻具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复杂地层用金刚石钻具，包括导正机构、单向阀机构、双级单动机构，内管机构和外管机构。其中内管为磨光整体式内管或磨光开口钩头钢质卡箍半合管。本发明单动性能好、岩心采取率高，取心质量好，可钻取原结构状的近似原状岩样，适用于松散地层、破碎地层及其它地层进行岩心钻探和随钻取样。

Description

本发明涉及一种钻进工具，特别是涉及一种复杂地层用金刚石钻具。

目前钻进中所用的金刚石钻具一般由导正机构，单动机构、内管机构及外管机构四部分组成。使用这类钻具在砂卵石地层或破碎地层，特别是在砂层钻进时，孔底有时沉积较多的砂子，由于浆液粘度高，在钻具快速下钻过程中，浆液以高速从钻头底部通过内外管环状间隙，进入单动接头并从钻杆内上返，甚至从孔口钻杆中喷射出来，从而将大量砂子带入钻杆内，沉积在钻杆底部、单动接头及内外管之间，阻塞过水通道，造成蹩泵或影响单动性能，被迫重新起钻。另外现在所用钻具中的内管一般为普通圆管，内壁粗糙，岩心进入内管阻力大，以后进行过一些改进，如采用半合管，用防水尼龙胶带纸缠绕组装，或采用自锁式半合管（探矿工程1988年5期P36），即沿钢管轴向以斜锯齿形状切割成两半构成，扣合后两端回箍以丝扣连接，防止轴向串动，达到自锁目的。但是这两种类型的半合管都存在一定的缺点，前者由于尼龙胶带纸有弹性，钻进时易被胀开，后者虽然克服了尼龙胶带纸缠绕半合管易被胀开的缺点，并减小了岩心进入内管的阻力，但是当发生岩心堵塞时，半合管亦会出现缝隙，影响岩矿心采取率，此种结构的钻具主要用于基岩破碎地层及煤系地层的钻进和取心，不适于砂卵石覆盖层。

本发明的目的在于克服由于过水通道阻塞而造成的蹩泵现象， 更好地保证其单动性能，同时减小内管对岩心的摩擦阻力，以提高取心质量和钻进效率，提供一种在导正机构及双级单动机构之间增设有单向阀机构，并采用磨光内管的复杂地层用金刚石钻具。

本发明复杂地层用金刚石钻具包括导正机构、单向阀机构、双级单动机构、内管机构及外管机构。

其中导正机构由导正管接头和导正管组成，二者为螺纹联接。其作用是减小内外管部分长度，保证钻具的刚度及单动性能，同时又保证粗径钻具整体长度，防止斜孔。

单向阀机构由上阀座，与上阀座连接的下阀座，与上下阀座所构成的阀腔配合，其上端为圆锥形，下端为圆柱形的阀体，以及设置在阀体下端阀腔内的阀用弹簧组成。其作用是下钻时，由于弹簧的弹力将阀体上顶，封闭了过水通道，孔底浆液不能从钻杆内上返，从而避免将砂子带入钻具内。钻进中，冲洗液压缩弹簧、阀体下行，则过水通道畅通无阻。

双级单动机构分为上单动接头和下单动接头。上单动接头包括与导正管和上阀座以螺纹形式连接的外管接头、轴、轴承支座、两盘轴承、压盖及密封圈。下单动接头包括带有调节螺母的调节轴套、轴承套、两盘轴承及密封圈。上述轴承一般均采用推力轴承。上单动接头的轴与下单动接头的调节轴套通过螺纹联接，调整调节螺母，可控制内管总成与钻头内台阶的距离。采用双级单动机构与一级单动机构相比，可避免长时间高速钻进时，各种影响单动性能的因素都集中于一个单动付上，更好地保证钻具的单动效果，提高采取岩心的质量和钻进效率。

内管机构由连接双级单动机构及内管的接头、内管、与内管下端滑动配合的定中器、卡簧座及卡簧组成。内管为内壁磨光内管，其粗糙度一般为6.3-0.8。磨光内管可分为两类，即整体式 内管和半合管。该半合管外周不同长度位置上有环槽，其中一块半合管环槽上开有两条近轴向梯形槽缝，槽缝上有与其相配合的两端带钩的开口卡箍将半合管抱紧，每道环槽中的梯形槽缝上一般配置1-2个卡箍。此半合管主要用于地质和试验需要保护原结构状态岩样的重要取样地段钻进和取岩心。内管下端的定中器有利于保障外管的单动性能，并提高卡簧座寿命。卡簧座通过卡簧起卡取岩心作用。

外管机构由与外管接头螺纹联接的外管、与外管螺纹联接的扩孔器、及与扩器孔螺纹联接的金刚石钻头组成。

本发明复杂地层用金刚石钻具的优点在于，其一由于在导正机构与双级单动机构之间增加了单向阀机构，钻进时避免浆液高速上返，将大量砂子带入钻杆内，沉积在钻杆底部、单动接头及内外管之间，堵塞过水通道而造成蹩泵及影响单动性能。其二是由于采用整体式磨光内管及该种结构的半合管，减小了岩心进入内管的阻力，减少岩心堵塞，不仅增加回次进尺25-100%，而且减少岩心的自磨磨损，提高了岩心的采取率及取心质量，本发明配合SM植物胶冲洗液钻进松散砂卵石地层，使取出保持圆柱状的原结构状岩样的回次数达60%以上，部分孔段可达100%;钻进基岩的破碎地层、风化地层、软弱夹层和水敏性地层时，岩心采取率达96%以上，部分可达100%。

本发明复杂地层用金刚石钻具尤其适用于末胶结松散砂卵石覆盖层和各种破碎地层进行钻进及钻取原结构岩心样。

下面结合附图详细说明本发明实施例。

图1：本发明结构示意图

图2：单向阀机构结构示意图

图3：半合管结构示意图

图4：卡箍示意图

图5：内管机构结构示意图

本发明复杂地层用金刚石钻具包括导正机构，单向阀机构、双级单动机构、内管机构和外管机构。导正机构由导正管接头1和导正管2组成、二者为螺纹联接。单向阀机构包括上阀座3、与上阀座3连接的下阀座4、与阀腔滑动配合的阀体5、及设置在阀体4下端阀腔内的阀用弹簧6。双级单动机构分为上单动接头和下单动接头，上单动接头包括与导正管2及上阀座3螺纹联接的外管接头7、轴8、轴承支座9、推力轴承10、11、压盖12和密封圈13，下单动接头包括带有调节螺母14的调节轴套15、轴承套16、推力轴承17、18及O型密封圈19。内管机构由内管20、与双级单动机构及内管20连接的接头21、与内管20下端滑动配合的定中器22、卡簧座23及卡簧24组成，内管20为开口钩头钢质卡箍半合管（如图3、图4所示），其结构为其中一块半合管环槽29上开有两条近轴向梯形槽缝28，槽缝28上有一个与其相配合的两端带钩的开口卡箍30将半合管抱紧。外管机构由与外管接头7螺纹联接的外管26、与外管26螺纹联接的扩孔器25、与扩孔器25螺纹联接的金刚石钻头27组成。

Claims (3)

1、一种复杂地层用金刚石钻具，包括导正机构、双级单动机构、内管机构及外管机构，其特征在于导正机构与双级单动机构之间连接有单向阀机构，内管机构中的内管为内壁磨光内管，其中单向阀机构由上阀座，与上阀座连接的下阀座，与上下阀座所构成的阀腔配合，其上端为圆锥形，下端为圆柱形的阀体，以及设置在阀体下端阀腔内的阀用弹簧组成。

2、如权利要求1所述的复杂地层用金刚石钻具，其特征在于内管机构中的磨光内管为半合管，结构为半合管外周不同长度位置上有环槽，其中一块半合管每道环槽上开有两条近轴向梯形槽缝，槽缝上有与其相配合的两端带钩头的开口卡箍将半合管抱紧。

3、如权利要求1或2所述的复杂地层用金刚石钻具，其特征在于磨光内管的粗糙度为6.3-0.8。

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