CN103352671A - 一种绳索取心钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绳索取心钻具，包括外管总成、内管总成；所述外管总成中设有扩孔器（23），所述内管总成中设有内管（14）和第三层岩心管（15），其特征在于，所述外管总成中的扩孔器（23）下端连接外加接头（16），所述外加接头（16）下端连接有外钻头（19）；所述内管总成的内管（14）下端连接内钻头（20），所述内钻头（20）相对于外钻头（19）向前凸出；内、外钻头花键式插接，且内钻头能随内管总成一起打捞；所述第三层岩心管（15）内侧下部设有卡簧座（18）及卡簧，所述第三层岩心管（15）外侧设有拦簧（17），该钻具在应对裂隙发育、硬脆碎、软硬互层等复杂地层时可最大限度提高钻头寿命，增大提钻间隔，且岩心采取率高等技术效果。

Description

一种绳索取心钻具

技术领域

本发明涉及钻探工程领域，特别是一种应用于裂隙发育、硬脆碎、软硬互层等复杂地层的绳索取心钻具。

背景技术

绳索取心钻具是一种可不提钻头和钻具从孔底取出岩心的钻探工具，目前已广泛应用于国内外固体矿产岩心钻探施工当中，拥有纯钻时间长、劳动强度低、钻探质量高、孔内事故少、钻探成本低等优点。

常规的绳索取心钻具由外管总成及内管总成组成，合在一起统称为双管，外管总成包括弹卡挡头、弹卡室、扩孔器及钻头，内管总成包括捞矛头、弹卡钳、内管、卡簧、调节机构、悬挂机构、单动机构、到位报信机构、岩心堵塞报信机构等。进行钻探工作时，内管总成可随外管总成进行下放，也可在绳索钻杆内单独下放。在钻进过程中，可用钢丝绳下入打捞器，将充满岩心的内管打捞上来，从而实现不提钻打捞岩心，有效节省了钻探辅助时间。

但对于常规的绳索取心钻具，当遇到硬脆碎、软硬互层等复杂地层时，钻头的工作环境十分恶劣，在这种复杂的工作条件下，钻头消耗过快，钻具钻进速度慢、提钻间隔较短，此外，由于常规绳索取心钻具缺乏保护岩心的机构，使得破碎的样品易被冲蚀和容易脱落，降低了岩心采取率。易导致钻孔报废。

因此，如何提供一种绳索取心钻具，使其在应用于硬脆碎、软硬互层等复杂地层时，能够保证钻进速度快，提钻间隔长，钻头部分耐用，更换方便，并且能够保护提取上来的岩心不易脱落丢失，从而提高岩心采取率，是本领域所需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种绳索取心钻具，该钻具在应对裂隙发育、硬脆碎、软硬互层等复杂地层时可达到钻头部分耐用，更换方便，岩心采取率高等技术效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种绳索取心钻具，包括外管总成、内管总成；所述外管总成中设有扩孔器，其特征在于，所述外管总成中的扩孔器下端连接外加接头，所述外加接头下端连接有外钻头；所述内管总成的内管下端连接内钻头，所述内钻头相对于外钻头向前凸出。

可选地，所述内管内侧设有第三层岩心管，所述第三层岩心管内侧下部设有卡簧座及卡簧，所述第三层岩心管外侧设有拦簧。

可选地，所述内管下端设有拦簧圈，所述拦簧圈固定连接所述拦簧。

可选地，所述外钻头设有内花键；所述内钻头设有可与所述外钻头相啮合的外花键。

可选地，所述内花键、外花键上均设有倒角结构。

可选地，所述外管总成中的扩孔器下端连接钻头座，所述钻头座内侧固定连接内钻头，所述钻头座外侧固定连接外钻头。

可选地，所述内钻头和外钻头之间的阶梯高度可通过加、减垫片调节。

可选地，所述内管总成中设有滑动轴、滑动套、悬挂环，所述悬挂环挂在滑动轴的下部，所述滑动轴悬挂在滑动套上，所述滑动套下端连接内管的上端。

可选地，所述滑动轴上设有“O”型密封圈。

可选地，所述O”型密封圈上方设有泄水孔。

本发明所提供的绳索取心钻具，具有如下有益效果：

内外两层钻头成阶梯布局，内钻头超前起到掏槽作用，为外钻头创造自由面，从而使外钻头相对工作条件优越些，不容易损坏，提高钻进速度，延长使用寿命，同时也可起到隔水防岩心被冲刷的作用；内钻头可随内管总成打捞至地表更换，实现内钻头不提钻换钻头的技术方案。

岩心管内外实现了取心、护心的一体化结构。岩心管内侧采用卡簧取心机构，以便遇到完整岩心时拉断岩心，岩心管外侧增设拦簧护心机构，打捞岩心时，使隐藏在外侧的拦簧簧爪向下并收拢托住岩心，从而防止破碎的样品因脱落而丢失。

附图说明

图1为本发明所提供绳索取心钻具钻进时的工作原理结构简图；

图2为本发明所提供绳索取心钻具打捞时的工作原理结构简图；

图3为带有导向倒角的外钻头花键自动导正结构图；

图4为图3所示外钻头A面的剖视图；

图5为带有导向倒角的内钻头花键自动导正结构图；

图6为图5所示内钻头A面的剖视图；

图7为内、外钻头花键式交叉消除岩墙结构图；

图8为分体式阶梯钻头结构图。

图中：

1.捞矛头  2.弹卡挡头  3.回收管  4.弹卡室  5-1.张簧  5-2.弹卡钳5-3.弹卡架  6.“O“型密封圈  7.孔  8.滑动套  9.滑动轴  10.悬挂环  11.外管  12.钢球  13.孔  14.内管  15.第三层岩心管  16.外加接头  17.拦簧18.卡簧座  19.外钻头  20.内钻头  21.钻头座  22.拦簧座  23.扩孔器24.孔  25.拦簧圈

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

请参考图1所示的钻具左侧结构形式，该结构形式提供了一种内钻头不提钻换钻头拦簧护心绳索取心钻具。钻具由外管总成和内管总成组成。

外管总成包括弹卡挡头2、弹卡室4、外管11、扩孔器23、外加接头16、外钻头19，其中外钻头为带有倒角的内花键钻头（如图3、图4），上述各部分按照从上至下的顺序依次用丝扣相连接。

内管总成由上至下依次设置捞矛头1、张簧5-1、弹卡钳5-2、回收管3、弹卡架5-3、上述部件组合形成了内管总成中的弹卡机构，安装时，先将回收管3安装于弹卡架5-3上，然后将张簧5-1和弹卡钳5-2装入回收管3和弹卡架5-3的槽中，最后用圆柱形弹性销固定。此时拉动捞矛头1，回收管3上移，使弹卡钳5-2收缩，回收管下移，弹卡钳5-2张开。该弹卡机构的作用是当内管总成下放时，弹卡钳5-2在张簧5-1的作用下张开一定角度，当内管总成达到弹卡室4时，内管总成上方有弹卡挡头2，使其不能上下串动，两侧有弹卡室4，使弹卡钳5-2不能继续扩张。

弹卡架5-3的下方设有滑动轴9、滑动套8、悬挂环10，其中悬挂环10挂在滑动轴9的下部，滑动轴9悬挂在滑动套8上，滑动套8下端丝扣连接内管14的上端，上述各部分组成了内管总成中的岩心管悬挂机构。

内管14下端丝扣连接内钻头20，当内钻头20需要更换时，因其与内管相连，故可随内管总成一起打捞上来，实现不提钻换钻头的技术方案，节省了换钻头的时间，内钻头20为带有倒角的外花键钻头（如图5、图6），该内钻头20与上述外管总成中的外钻头19通过花键相啮合，同步回转破碎岩石，当打捞内钻头20时，该花键结构可有效消除内外钻头之间所产生的岩墙（如图7），在内钻头20更换完毕重新投放时，内外花键上的倒角可保证内、外钻头20、19迅速进入啮合状态。

内管14内侧设有第三层岩心管15，两层管之间设有拦簧17，拦簧17可在打捞时露出拦簧簧爪，防止岩心脱落。内管14和内钻头20的丝扣连接处嵌入拦簧17所在的拦簧圈25中，拦簧圈25兼做扶正第三层岩心管15和固定拦簧的作用。第三层岩心管15内侧下部设有卡簧座18，其上设有卡簧，以便遇到完整岩心时拉断岩心，从而达到取心、护心一体化的技术效果。

工作时，在绳索取心钻具钻进的过程中，内、外钻头20、19在花键的作用下同步回转破碎岩石，此时，拦簧被第三层岩心管15撑开，隐蔽在卡簧座18外侧，在打捞岩心时，弹卡机构带动滑动轴9上移，滑动套相对下移至悬挂环10的台阶上，此时内管14和拦簧17同步下落，露出簧爪，簧爪收拢托在岩心管下端，防止岩心脱落。当需要更换内钻头20时，因其设置于内管总成内，故可以随内管总成一起打捞上来，无需将钻具整体提取，更换完毕后重新投放即可。

作为对该绳索取心钻具的进一步完善，在滑动轴9上设有“O”型密封圈6，泵送时起到活塞作用，加快投放速度，当内管总成到位后，于“O”型圈相对位置的钻杆内径突然变大泄水，地表泵压波动变化指示投放到位信息。为了避免“O”型圈带来的抽吸效应，可使回收管3受拉后露出泄水孔孔24，使上下串通，一方面打捞时防抽吸、绳索悬挂投放时便于送入，另一方面可有效减小井内波动压力，有利保护孔壁的稳定。内管总成中设有的孔7、孔13也可起到类似的效果。

此外，在第三层岩心管15上部与悬挂环10之间，可设置到位报信机构、岩心堵塞报警机构、调节结构、单动结构，内管保护机构等，如在滑动轴9下方设有钢球12，当内管总成下放到外管总成中的特定位置时，此时冲洗液的通路被堵，迫使冲洗液改变流向，使钢球12向下运动，打开通道，此时地面压力表上的压力会明显上升，表示内管总成已达到指定位置，可进行钻取工作，由于这些机构均为本领域常规技术手段，并不是本绳索取心钻具的特征技术，故在此不进行赘述，附图中也省略未予标出。

实施例2

请参考图1所示的钻具右侧结构形式，该结构形式提供了一种分体式阶梯钻头拦簧护心绳索取心钻具。钻具分外管总成和内管总成。扩孔器23上部同实施例1的绳索取心钻具，扩孔器23下部由丝扣连接钻头座21，钻头座21下端的内、外侧均带有螺纹，外螺纹与外钻头19连接，内螺纹与内钻头20连接，组成该种钻具结构形式的外管总成；内管总成同第实施例1中结构基本一样，所不同的是内管14下端用拦簧座22取代了带有倒角的外花键内钻头20，钻进状态（如图1右侧）与打捞状态（如图2右侧）同实施例1。分体阶梯式的钻头结构如图8所示，该分体式结构可避免地层沙化严重容易造成内外钻头相互卡塞对绳索打捞的影响，内外钻头形成的阶梯高度可根据地层特点加、减垫片调，从而最大限度地防止岩心被冲刷，提高钻头工作的稳定性和钻头工作效率。分体式阶梯钻头结构也消除了整体阶梯钻头制造上的困难。

除了以上两种具体实施方案外，当遇到其他类型的地层时，只要在本钻具的扩孔器23以下，连接其他适用于该地层结构的绳索取心钻头即可进行相应的钻取工作。

以上对本发明所提供的绳索取心钻具进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种绳索取心钻具，包括外管总成、内管总成；所述外管总成中设有扩孔器（23），所述内管总成中设有内管（14），其特征在于，所述外管总成中的扩孔器（23）下端连接外加接头（16），所述外加接头（16）下端连接有外钻头（19）；所述内管总成的内管（14）下端连接内钻头（20），所述内钻头（20）相对于外钻头（19）向前凸出。

2.根据权利要求1所述的绳索取心钻具，其特征在于，所述内管（14）内侧设有第三层岩心管（15），所述第三层岩心管（15）内侧下部设有卡簧座（18）及卡簧，所述第三层岩心管（15）外侧设有拦簧（17）。

3.根据权利要求2所述的绳索取心钻具，其特征在于，所述内管（14）下端设有拦簧圈（25），所述拦簧圈（25）固定连接所述拦簧（17）。

4.根据权利要求1所述的绳索取心钻具，其特征在于，所述外钻头（19）设有内花键；所述内钻头（20）设有可与所述外钻头（19）相啮合的外花键。

5.根据权利要求4所述的绳索取心钻具，其特征在于，所述内花键、外花键上均设有导向倒角结构。

6.根据权利要求1所述的绳索取心钻具，其特征在于，所述外管总成中的扩孔器（23）下端连接钻头座（21），所述钻头座（21）内侧固定连接内钻头（20），所述钻头座外侧固定连接外钻头（19）。

7.根据权利要求6所述的绳索取心钻具，其特征在于，所述内钻头（20）和外钻头（19）之间设有垫片。

8.根据权利要求1-7任一所述的绳索取心钻具，其特征在于，所述内管总成中设有滑动轴（9）、滑动套（8）、悬挂环（10），所述悬挂环（10）挂在滑动轴（9）的下部，所述滑动轴（9）悬挂在滑动套（8）上，所述滑动套（8）下端连接内管（14）的上端。

9.根据权利要求8所述的绳索取心工具，其特征在于，在所述滑动轴（9）上设有“O”型密封圈（6）。

10.根据权利要求9所述的绳索取心工具，其特征在于，所述O”型密封圈（6）上方设有泄水孔（24）。

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