CN103726790A - 一种室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头，主要由刚性胎体、弹簧、导流冲击片、第一定位插销、第二定位插销、硬质合金胎体组成，所述刚性胎体包括连接螺纹、主流道、腔体、滑动通道和螺旋返排流道，所述连接导流冲击片的弹簧被第一定位插销、第二定位插销压缩并固定于腔体内，所述主流道与导流冲击片上的导流孔连通，所述滑动通道有左侧卡槽和右侧卡槽，所述螺旋返排流道分布返排孔；所述硬质合金胎体上对称镶有硬质合金牙齿，硬质合金胎体下部有作为流体通道的齿槽。本发明利用螺旋流道的离心作用分离破碎岩屑，利用弹簧的压缩形变实现钻头取心后解卡，解决了取心过程中钻头遇阻和取心结束后钻头遇卡的问题，提高了取心效率和质量。

Description

一种室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头

技术领域

本发明涉及一种室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头，可减少取心过程中钻头遇阻和解除取心结束后钻头遇卡，提高取心效率和质量。

背景技术

室内岩石力学实验是研究岩石基本力学性能的基础性试验，广泛应用于生产和科研领域，岩石取心是其必备工作之一，岩石取心过程中钻头遇阻和取心结束后钻头遇卡是影响岩石取心效率和质量的主要原因。

室内岩石取心遇阻遇卡的主要危害包括四个方面：1、降低钻头钻进速度，钻头破岩后产生大量岩屑，岩屑未能形成有效的返排通道导致钻头遇阻，降低钻头钻进速度；2、降低钻头使用寿命，钻头遇阻后钻头与岩样的强烈摩擦导致钻头温度急剧升高，降低钻头使用寿命；3、钻头牙齿崩落，钻头遇阻后在钻头胎体巨大的扭矩作用下导致钻头端部破岩牙齿崩落，不仅降低破岩效率，而且可能威胁到操作人员安全；4、难以获得完整岩样，取心过程中遇阻导致钻头破岩处温度升高，对于含结晶水较多的泥页岩或者是胶结较差的砂岩岩样而言，温度升高可能导致岩样解体，同时，取心结束后一旦遇卡，岩样也很难取出，同样难以获得完整的柱状岩心。

现在室内岩石力学实验所采用的取心钻头未考虑取心过程中钻头遇阻和取心结束后钻头遇卡的情况，也没有其他有效措施减少取心遇阻遇卡的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头，利用螺旋流道的离心作用分离破碎岩屑，利用弹簧的压缩形变实现钻头取心后解卡，从而解决了取心过程中钻头遇阻和取心结束后钻头遇卡的问题，提高了取心效率和质量。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案。

一种室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头，主要由刚性胎体、弹簧、导流冲击片、第一定位插销、第二定位插销、硬质合金胎体组成，所述刚性胎体包括连接螺纹、主流道、腔体、滑动通道和螺旋返排流道，所述连接导流冲击片的弹簧被第一定位插销、第二定位插销压缩并固定于刚性胎体的腔体内，所述主流道与导流冲击片上的导流孔连通，流体通过主流道进入腔体上部，再通过导流孔进入腔体下部，所述滑动通道有左侧卡槽和右侧卡槽，所述螺旋返排流道分布返排孔；所述硬质合金胎体上对称镶有硬质合金牙齿，硬质合金胎体下部有作为流体通道的齿槽。

所述取心钻头通过连接螺纹安装在台式取心钻台上，带动刚性胎体上的硬质合金胎体旋转，硬质合金胎体上的硬质合金牙齿实现破岩并产生大量岩屑；流体通过主流道进入腔体上部，再通过导流冲击片上的导流孔进入腔体下部，流体冷却和润滑硬质合金牙齿后，携带岩屑返排；一部分流体和岩屑形成的混合物通过齿槽和刚性胎体外部连通形成的第一减阻返排通道返出；另一部分流体和岩屑形成的混合物通过螺旋返排流道的返排孔与刚性胎体外部连通形成的第二减阻返排通道，通过离心作用返出；钻取岩心前导流冲击片将弹簧压缩，由第一定位插销和第二定位插销固定，完钻后若岩样在腔体中遇卡，则同时释放第一定位插销和第二定位插销，导流冲击片在弹簧的推动下撞击岩样，岩样通过滑动通道返出，实现解卡。

螺旋形流道主要应用于喷嘴、离心泵以及分离器等过程装备，理论和实验研究表明，流体在旋转钢筒中的运动为螺旋运动，钢筒壁对流体产生向心力，流体反作用产生离心力，同时，由于流体本身具有一定的粘滞阻力，沿着流体运动方向，具有螺旋流道的钢筒内壁相比无螺旋流道的钢筒内壁而言更有利于减小这种粘滞阻力，有利于流体过程分离。

导流冲击片和弹簧均采用高强度防腐材料，有效抵抗岩样的撞击和防止流体腐蚀。

所述弹簧应具有足够大的弹劲系数，保证钻头遇卡后岩样的顺利返出。

所述导流冲击片的导流孔对称设置4个，保证流体在腔体中的顺利流动。

所述硬质合金胎体上对称镶有4个硬质合金牙齿，可保证足够的齿槽间距和良好的破岩效果。

破碎岩屑为微米级别，返排孔为厘米级别，直径足够大，保证岩屑或岩屑团的顺利返出。

附图说明

图1为本发明室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头的结构示意图。

图2为本发明室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头的右视图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参见图1、图2。

一种室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头，主要由刚性胎体1、弹簧2、导流冲击片3、第一定位插销4、第二定位插销6、硬质合金胎体5组成，所述刚性胎体1包括连接螺纹7、主流道8、腔体16、滑动通道和螺旋返排流道10，所述连接导流冲击片3的弹簧2被第一定位插销4、第二定位插销6压缩并固定于刚性胎体的腔体16内，所述主流道8与导流冲击片上的导流孔9连通，所述滑动通道有左侧卡槽15和右侧卡槽14，所述螺旋返排流道10分布返排孔11；所述硬质合金胎体5上对称镶有硬质合金牙齿13，硬质合金胎体下部有作为流体通道的齿槽12。

钻头钻取岩样时，钻进进尺需留一定余量，避免取心岩样上顶部过于接近导流冲击片和第一定位插销以及第二定位插销，造成岩样对导流冲击片和第一定位插销以及第二定位插销的磨蚀。

本发明需和台式取心钻台配套使用，但本发明的部件并不包括台式取心钻台，附图中也未出示台式取心钻台。

Claims (3)

1.一种室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头，主要由刚性胎体（1）、弹簧（2）、导流冲击片（3）、第一定位插销（4）、第二定位插销（6）、硬质合金胎体（5）组成，其特征在于，所述刚性胎体（1）包括连接螺纹（7）、主流道（8）、腔体（16）、滑动通道和螺旋返排流道（10），所述连接导流冲击片（3）的弹簧（2）被第一定位插销（4）、第二定位插销（6）压缩并固定于刚性胎体的腔体（16）内，所述主流道（8）与导流冲击片上的导流孔（9）连通，所述滑动通道有左侧卡槽（15）和右侧卡槽（14），所述螺旋返排流道（10）分布返排孔（11）；所述硬质合金胎体（5）上对称镶有硬质合金牙齿（13），硬质合金胎体下部有作为流体通道的齿槽（12）。

2.如权利要求1所述的室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头，其特征在于，所述导流冲击片的导流孔对称设置4个。

3.如权利要求1所述的室内岩石力学实验专用减阻解卡取心钻头，其特征在于，所述硬质合金胎体上对称镶有4个硬质合金牙齿。

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