CN108412429B - 一种石油勘探钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石油勘探钻具，包括石油勘探钻杆，所述石油勘探钻杆下端设置有勘探连接头，所述勘探连接头与石油转换接头连接或者取芯转换接头连接；石油转换接头与石油钻头连接，所述取芯转换接头与绳索取芯钻具连接。本发明的钻具把以往的单一勘探改变成综合性勘探，在某些需要获取地质岩芯的地层也可以进行取芯作业，可以将传统的仅能全面钻进的钻具改变既可以全面钻进也可以取芯作业的多功能钻具。
Description
技术领域
本发明涉及钻具的技术领域，尤其涉及一种石油勘探钻具。
背景技术
石油勘探是为了寻找和查明油气资源，而利用各种勘探手段了解地下的地质状况，认识生油、储油、油气运移、聚集、保存等条件，综合评价含油气远景，确定油气聚集的有利地区，找到储油气的圈闭，并探明油气田面积，搞清油气层情况和产出能力的过程。不需要获取地质岩心，这种钻探方法从现在的角度来看，
然而以前的石油钻探方法是全面钻进，对资源是一种浪费，要改变这种现状就需要把以前的单一勘探改变成综合性勘探，结合地层的实际情况和勘查的结果，在某些地层也需要获取地质岩心，以探明地下有无其他矿产及分布情况。但石油钻探设备与地质钻探设备不一样，钻进工艺也不同，在不改变石油钻进设备的情况下，要把这二种工艺结合起来，各为所用是当前急需要解决的事情。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种在石油勘探过程中可以实现取芯勘探的石油勘探钻具。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种石油勘探钻具，包括石油勘探钻杆，所述石油勘探钻杆下端设置有勘探连接头(64)，所述勘探连接头(64)与石油转换接头(63)连接或者取芯转换接头(66)连接；石油转换接头(63)与石油钻头(65)连接，所述取芯转换接头(66)与绳索取芯钻具连接。本发明的钻具把以往的单一勘探改变成综合性勘探，在某些需要获取地质岩芯的地层也可以进行取芯作业，可以将传统的仅能全面钻进的钻具改变既可以全面钻进也可以取芯作业的多功能钻具，而且还节省了大量的人力与物力，降低了钻探成本，同时在不影响石油钻进的情况下能够获取地质岩心成为可能。
作为优选的，所述石油勘探钻杆上端为动力连接头(61)，所述动力连接头(61)与勘探连接头(64)之间通过中间钻杆(62)连接；所述中间钻杆(62)外径小于动力连接头(61)和勘探连接头(64)外径。这样的设计，可以降低整套钻具的重量，减小能耗。
作为优选的，所述石油转换接头(63)两端均设置有内锥螺纹，一端与勘探连接头(64)配合连接，另一端与石油钻头(65)配合连接。这样的设计，连接牢固，拆卸方便。
作为优选的，所述取芯转换接头(66)上端设置有与勘探连接头(64)配合连接的上内锥螺纹段，所述取芯转换接头(66)下端设置有与绳索取芯钻具配合连接的下内锥螺纹段。这样的设计，连接牢固，拆卸方便。
作为优选的，所述取芯转换接头(66)下端还设置有钻进锥面(67)，所述钻进锥面(67)上分布有金刚石钻头，所述钻进锥面(67)外缘尺寸与石油钻头(65)外缘尺寸相同。这样的设计，在进行取芯勘探的同时，可以保证钻进孔的尺寸，再次更换石油钻头(65)时，依然可以直达钻进孔底部接力钻进。
作为优选的，所述取芯转换接头(66)和石油转换接头(63)的侧壁上均设置有石油扩孔器。这样的设计满足扩孔要求。
作为优选的，绳索取芯钻具包括外管总成和与外管总成配合使用的内管总成，所述外管总成包括与取芯转换接头(66)配合连接的弹卡挡头(1)、弹卡室(35)、座环(10)、外管(19)和钻头(26)；所述内管总成包括与弹卡挡头(1)配合的捞矛头(2)、弹卡架(33)、与弹卡室(35)配合卡接的弹卡钳(4)、回收管(34)、与座环(10)配合悬挂的悬挂环(9)、芯轴(16)、和内管(20)；
所述捞矛头(2)与弹卡架(33)连接；所述弹卡钳(4)远离捞矛头(2)一端与弹卡架(33)通过销轴可活动连接；所述弹卡架(33)外套设有回收管(34)；所述芯轴(16)上端与弹卡架(33)连接；所述芯轴(16)由上至下的方向上依次套置有挡圈(12)、截流阀(13)、后挡圈(14)、轴承座(30)、缓冲垫(15)，所述轴承座(30)内设有推力球轴承(29)，所述挡圈(12)、截流阀(13)、后挡圈(14)、推力球轴承(29)承重在缓冲垫(15)上，所述缓冲垫(15)固定于芯轴(16)底端；所述轴承座(30)下端与内管接头(28)连接，所述内管接头(28)与内管(20)连接；所述内管(20)顶部设有排水通道，所述内管(20)底部设有卡簧。
这样的设计，可以通过石油钻杆带动，绳索取芯钻具运行，将两者兼容。
本发明的优点和有益效果在于：本发明的钻具把以往的单一勘探改变成综合性勘探，在某些需要获取地质岩芯的地层也可以进行取芯作业，可以将传统的仅能全面钻进的钻具改变既可以全面钻进也可以取芯作业的多功能钻具，而且还节省了大量的人力与物力，降低了钻探成本，同时在不影响石油钻进的情况下能够获取地质岩心成为可能。
附图说明
图1为本发明勘探连接头(64)与石油转换接头(63)配合连接结构示意图；
图2为发明勘探连接头(64)与取芯转换接头(66)连接配合连接结构示意图；
图3为本发明绳索取芯钻具的结构示意图；
图4为本发明实施例2的弹卡钳4张开的示意图；
图5为本发明实施例2的弹卡钳4闭合的示意图；
图6为本发明实施例2的弹卡架33的剖视图(与图3和图4视角相同)；
图7为本发明实施例2的弹卡架33剖视图(图6旋转90度后的视角)；
图8为本发明实施例2的回收管34结构示意图；
图9为图8中的A-A向剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1-图9所示(图2与图3之间有延续性)，一种石油勘探钻具，包括石油勘探钻杆，所述石油勘探钻杆下端设置有勘探连接头(64)，所述勘探连接头(64)与石油转换接头(63)连接或者取芯转换接头(66)连接；石油转换接头(63)与石油钻头(65)连接，所述取芯转换接头(66)与绳索取芯钻具连接。
所述石油勘探钻杆上端为动力连接头(61)，所述动力连接头(61)与勘探连接头(64)之间通过中间钻杆(62)连接；所述中间钻杆(62)外径小于动力连接头(61)和勘探连接头(64)外径。
所述石油转换接头(63)两端均设置有内锥螺纹，一端与勘探连接头(64)配合连接，另一端与石油钻头(65)配合连接。
所述取芯转换接头(66)上端设置有与勘探连接头(64)配合连接的上内锥螺纹段，所述取芯转换接头(66)下端设置有与绳索取芯钻具配合连接的下内锥螺纹段。
所述取芯转换接头(66)下端还设置有钻进锥面(67)，所述钻进锥面(67)上分布有金刚石钻头，所述钻进锥面(67)外缘尺寸与石油钻头(65)外缘尺寸相同。钻进锥面(67)设置有与取芯转换接头(66)内部连通的水路。
所述取芯转换接头(66)和石油转换接头(63)的侧壁上均设置有石油扩孔器。
绳索取芯钻具包括外管总成和与外管总成配合使用的内管总成，所述外管总成包括与取芯转换接头(66)配合连接的弹卡挡头(1)、弹卡室(35)、座环(10)、外管(19)和钻头(26)；所述内管总成包括与弹卡挡头(1)配合的捞矛头(2)、弹卡架(33)、与弹卡室(35)配合卡接的弹卡钳(4)、回收管(34)、与座环(10)配合悬挂的悬挂环(9)、芯轴(16)、和内管(20)；
所述捞矛头(2)与弹卡架(33)连接；所述弹卡钳(4)远离捞矛头(2)一端与弹卡架(33)通过销轴可活动连接；所述弹卡架(33)外套设有回收管(34)；所述芯轴(16)上端与弹卡架(33)连接；所述芯轴(16)由上至下的方向上依次套置有挡圈(12)、截流阀(13)、后挡圈(14)、轴承座(30)、缓冲垫(15)，所述轴承座(30)内设有推力球轴承(29)，所述挡圈(12)、截流阀(13)、后挡圈(14)、推力球轴承(29)承重在缓冲垫(15)上，所述缓冲垫(15)固定于芯轴(16)底端；所述轴承座(30)下端与内管接头(28)连接，所述内管接头(28)与内管(20)连接；所述内管(20)顶部设有排水通道，所述内管(20)底部设有卡簧。
实施例1
一种石油勘探钻具，包括石油勘探钻杆，所述石油勘探钻杆下端设置有勘探连接头(64)，所述勘探连接头(64)与石油转换接头(63)连接或者取芯转换接头(66)连接；石油转换接头(63)与石油钻头(65)连接，所述取芯转换接头(66)与绳索取芯钻具连接。
所述石油勘探钻杆上端为动力连接头(61)，所述动力连接头(61)与勘探连接头(64)之间通过中间钻杆(62)连接；所述中间钻杆(62)外径小于动力连接头(61)和勘探连接头(64)外径。
所述石油转换接头(63)两端均设置有内锥螺纹，一端与勘探连接头(64)配合连接，另一端与石油钻头(65)配合连接。
所述取芯转换接头(66)上端设置有与勘探连接头(64)配合连接的上内锥螺纹段，所述取芯转换接头(66)下端设置有与绳索取芯钻具配合连接的下内锥螺纹段。
所述取芯转换接头(66)下端还设置有钻进锥面(67)，所述钻进锥面(67)上分布有金刚石钻头，所述钻进锥面(67)外缘尺寸与石油钻头(65)外缘尺寸相同。此处指的最大的外缘尺寸。
所述取芯转换接头(66)和石油转换接头(63)的侧壁上均设置有石油扩孔器。
绳索取芯钻具包括外管总成和与外管总成配合使用的内管总成，所述外管总成包括与取芯转换接头(66)配合连接的弹卡挡头(1)、弹卡室(35)、座环(10)、外管(19)和钻头(26)；所述内管总成包括与弹卡挡头(1)配合的捞矛头(2)、弹卡架(33)、与弹卡室(35)配合卡接的弹卡钳(4)、回收管(34)、与座环(10)配合悬挂的悬挂环(9)、芯轴(16)、和内管(20)；
所述捞矛头(2)与弹卡架(33)连接；所述弹卡钳(4)远离捞矛头(2)一端与弹卡架(33)通过销轴可活动连接；所述弹卡架(33)外套设有回收管(34)；所述芯轴(16)上端与弹卡架(33)连接；所述芯轴(16)由上至下的方向上依次套置有挡圈(12)、截流阀(13)、后挡圈(14)、轴承座(30)、缓冲垫(15)，所述轴承座(30)内设有推力球轴承(29)，所述挡圈(12)、截流阀(13)、后挡圈(14)、推力球轴承(29)承重在缓冲垫(15)上，所述缓冲垫(15)固定于芯轴(16)底端；所述轴承座(30)下端与内管接头(28)连接，所述内管接头(28)与内管(20)连接；所述内管(20)顶部设有排水通道，所述内管(20)底部设有卡簧。
在内管20内还设有由上至下分别设有上卡簧座23、下卡簧座25，所述上卡簧座23上方安装有上拦簧21，所述下卡簧座25上方安装有下拦簧24。这样的设计可以通过上卡簧座(23)、下卡簧座(25)，内的卡簧紧紧的将岩芯抱紧，并在提升力的作用下，将岩芯拔断。上拦簧21和下拦簧24可以避免进入内管的岩芯(特别是比较松散的岩芯)在起拔后从作业处运行至底面过程中从内管中脱落滑出。
在外管(19)的上部和下部分别设有上扩孔器(32)、下扩孔器(27)；所述内管(30)下部套置有扶正环(22)，扶正环(22)外表面与外管(19)接触。这样的设计保证扩孔效果和扶正效果。
所述弹卡架(33)与挡圈(12)之间还设有限位螺钉(11)；所述后挡圈(14)和推力球轴承(29)之间还设有密封毛毡(31)。这样的设计便于调节内管(20)在芯轴(16)上的高度位置。密封毛毡(31)可以避免推力球轴承(29)内进入水分。
所述内管(20)顶部设有的排水通道内设置有避免水从排水通道进入内管(20)的钢球(17)。这样的设计利于内管内的水分，通过顶开钢球(17)而从排水通道排出。
所述钻具总长度为628cm。本申请相对于s95的钻具，缩减了到位报信机构，使得水流直接从截流阀13处直接下，较少了钻具的长度；同时，将缓冲垫15代替原先的弹簧缓冲也降低了长度；钻具的其他部分也做了简化，达到了最后的长度。
在钻具使用时，先将勘探连接头(64)与石油转换接头(63)连接，石油转换接头(63)与石油钻头(65)连接，进行常规的石油勘探全面钻进，例如钻进500m深度，发现有价值泥浆，将石油勘探钻杆起拔，将石油转换接头(63)拆卸，更换取芯转换接头(66)，并将绳索取芯钻具与换取芯转换接头(66)连接，再次放入钻孔中，整套钻具在钻头(26)和钻进锥面(67)的钻进下下行，直至起芯操作，获得地质芯柱；根据需要或者若干地质芯柱后，重新更换石油转换接头(63)与石油钻头(65)，继续石油勘探。这样可以在石油勘探的同时，兼容地质取芯勘探，提高了勘探的效率，可能性和成功率。
在石油勘探的全面钻进中，冲洗水从石油勘探钻杆、石油转换接头(63)、石油钻头(65)水路、石油勘探钻杆与钻孔间隙依次流经并将泥浆带出，期间操作不取芯；
在取芯勘探的钻进中，外管总成放入钻孔内，然后将内管总成放入外管内，悬挂环9与座环10配合悬挂后，冲洗液通过弹卡挡头1、弹卡室35、截流阀13与外管19的间隙、轴承座30、内管20与外管19的间隙到达内管20和外管19的底部，对钻头26进行冷却和冲洗，并从外管19与钻孔之间的间隙排出地面；当内管20内的岩心取满顶到内管接头28时，推动内管20和内管接头28上行，同时推动轴承座30、后挡圈14、截流阀13、挡圈12上行，在限位螺钉11的限位下，截流阀13被挤压与外管19配合而将原先的水路堵死，冲洗液无法下行而压力增加，此时可以打捞。
当捞矛时，提拉捞矛头2，弹卡钳4收缩，从弹卡室35内脱卡，悬挂环9与座环10分离，内管20底部的上拦簧21、下拦簧24将岩心抱紧，内管总成由悬挂位置整体向上提起。
本申请的绳索取芯钻具是对现有S95钻具的复杂机构进行简化，不仅结果简单，维护起来也十分方便，并且长度也短，使用起来十分方便，使用零件从原来的60个零件改成了一半左右的零件数量，总长也从原来的1440缩短到628，长度短了，过弯的曲率半径就小了，上下钻具(内管总成)就方便多了，同时卡管的现象就少了。
实施例2
对实施例1的进一步优化，
所述弹卡钳(4)由成对的卡片(41)组成，成对的卡片(41)通过销轴安装在弹卡架(33)上；所述捞矛头(2)底部设置有弹卡钳锁销(62)，所述弹卡钳锁销(62)与两个卡片(41)上端之间的空间配合插入或者抽出。彻底的防止在钻进的过程中，弹卡钳在底部向上的压力作用下回缩而上顶滑移。
所述弹卡架(33)从上至下依次包括捞矛头滑动段(50)、弹卡钳安装段(52)、回收管限位凸台(54)和芯轴连接段(55)；所述捞矛头滑动段(50)上开设有沿上下方向开设的捞矛头滑孔(51)，所述捞矛头(2)上下滑动连接在捞矛头滑动段(50)内，所述捞矛头(2)上连接有捞矛头圆柱销(61)，所述捞矛头圆柱销(61)两端与捞矛头滑孔(51)配合上下滑动，且通过捞矛头滑孔(51)的上下内缘限位；
所述弹卡钳安装段(52)上设置有与弹卡钳连接的弹卡钳安装孔(53)，所述弹卡钳由两个卡片(41)组成，两个卡片(41)下部转动连接于弹卡钳圆柱销(64)，弹卡钳圆柱销(64)两端与弹卡钳安装孔(53)连接，两个卡片(41)之间卡接有弹卡钳内张簧(63)，所述弹卡钳内张簧(63)压缩于两卡片(41)之间且迫使两个卡片(41)向外张开；弹卡钳安装段(52)侧壁两侧开设有内弹卡片过孔(58)，所述内弹卡片过孔(58)位于弹卡钳安装孔(53)上方，且弹卡钳(4)张开和缩回的过程中，卡片(41)上部从内弹卡片过孔(58)伸出和缩回，所述卡片(41)所在的平面与弹卡钳安装孔(53)的轴向垂直。
这样的设计，使得弹卡钳在下落至配合位置时，可以通过钳内张簧(63)自动张开与弹卡室(35)配合卡接。
所述弹卡架(33)外部还滑动套接有回收管(34)，所述回收管(34)包括回收管管体(56)；所述回收管管体(56)中部两侧设置有外弹卡片过孔(57)，位置与内弹卡片过孔(58)适配；所述回收管管体(56)上部还开设有捞矛头圆柱销连接孔(59)，所述捞矛头圆柱销(61)两端穿过捞矛头滑孔(51)后与捞矛头圆柱销连接孔(59)连接；所述捞矛头(2)上下滑动时通过捞矛头圆柱销(61)的带动使得弹卡架(33)同步上下运行；所述外弹卡片过孔(57)的下边缘设置有与卡片(41)外边缘配合的弹卡钳回缩斜推面(60)。这样的设计，利于取芯时通过回收管(34)将弹卡钳(4)回缩，顺利回收。
两个卡片(41)之间的张开角度为83°，回缩角度为80°较小的角度变化，可以进一步的缩短内管的长度。
当需要提升钻杆时，捞矛头2上行，并带动弹卡架33同步上行，弹卡钳回缩斜推面60上行，配合间距65减小；于此同时，弹卡钳圆柱销64逐步从两个卡片41片上端之间的空间抽出，当弹卡钳圆柱销64完全从两个卡片41上端之间的空间抽出后，弹卡钳回缩斜推面60与卡片41外边缘配合接触，由于芯轴16与内管接头28连接，内管20底部与岩心抱紧，弹卡钳回缩斜推面60迫使卡片41克服弹卡钳内张簧63回缩，解除了弹卡钳4与弹卡挡头1的卡接，捞矛头2继续上行，捞矛头圆柱销61与捞矛头滑孔51的最上内缘配合，将芯轴16和内管20拔起。
在内管20放入外管的过程中，起初捞矛头圆柱销61与捞矛头滑孔51的最上内缘配合，弹卡钳回缩斜推面60与卡片41外边缘配合接触，弹卡钳为回缩状态，当悬挂杯和座环配合接触后，弹卡架33重量承重于座环上，捞矛头2继续下行，并带动回收管34继续下行，弹卡钳回缩斜推面60与卡片41外边缘逐步分离，卡片41在弹卡钳内张簧63的弹力下张开，与弹卡室配合，捞矛头2继续下行，弹卡钳圆柱销64插入从两个卡片41上端之间的空间，彻底的防止在钻进的过程中，弹卡钳4在底部向上的压力作用下回缩而上顶滑移。
优选的，两个卡片41之间的张开角度为83度，回缩角度为80度。较小的角度变化，可以进一步的缩短内管的长度。
上顶滑移是指的弹卡钳4与弹卡挡头1下端配合位置，由于下部岩心的上顶压力，而导致弹卡钳4滑出弹卡室35，与弹卡挡头1下端的限位失效，导致无法取芯。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种石油勘探钻具，其特征在于：包括石油勘探钻杆，所述石油勘探钻杆下端设置有勘探连接头（64），所述勘探连接头（64）与石油转换接头（63）连接或者取芯转换接头（66）连接；石油转换接头（63）与石油钻头（65）连接，所述取芯转换接头（66）与绳索取芯钻具连接；
所述取芯转换接头（66）下端还设置有钻进锥面（67），所述钻进锥面（67）上分布有金刚石钻头，所述钻进锥面（67）外缘尺寸与石油钻头（65）外缘尺寸相同；
所述绳索取芯钻具包括外管总成和与外管总成配合使用的内管总成，所述外管总成包括与取芯转换接头（66）配合连接的弹卡挡头（1）、弹卡室（35）、座环（10）、外管（19）和钻头（26）；所述内管总成包括与弹卡挡头（1）配合的捞矛头（2）、弹卡架（33）、与弹卡室（35）配合卡接的弹卡钳（4）、回收管（34）、与座环（10）配合悬挂的悬挂环（9）、芯轴（16）、和内管（20）；
所述捞矛头（2）与弹卡架（33）连接；所述弹卡钳（4）远离捞矛头（2）一端与弹卡架（33）通过销轴可活动连接；所述弹卡架（33）外套设有回收管（34）；所述芯轴（16）上端与弹卡架（33）连接；所述芯轴（16）由上至下的方向上依次套置有挡圈（12）、截流阀（13）、后挡圈（14）、轴承座（30）、缓冲垫（15），所述轴承座（30）内设有推力球轴承（29），所述挡圈（12）、截流阀（13）、后挡圈（14）、推力球轴承（29）承重在缓冲垫（15）上，所述缓冲垫（15）固定于芯轴（16）底端；所述轴承座（30）下端与内管接头（28）连接，所述内管接头（28）与内管（20）连接；所述内管（20）顶部设有排水通道，所述内管（20）底部设有卡簧。
2.如权利要求1所述的石油勘探钻具，其特征在于：所述石油勘探钻杆上端为动力连接头（61），所述动力连接头（61）与勘探连接头（64）之间通过中间钻杆（62）连接；所述中间钻杆（62）外径小于动力连接头（61）和勘探连接头（64）外径。
3.如权利要求2所述的石油勘探钻具，其特征在于：所述石油转换接头（63）两端均设置有内锥螺纹，一端与勘探连接头（64）配合连接，另一端与石油钻头（65）配合连接。
4.如权利要求3所述的石油勘探钻具，其特征在于：所述取芯转换接头（66）上端设置有与勘探连接头（64）配合连接的上内锥螺纹段，所述取芯转换接头（66）下端设置有与绳索取芯钻具配合连接的下内锥螺纹段。
5.如权利要求1所述的石油勘探钻具，其特征在于：所述取芯转换接头（66）和石油转换接头（63）的侧壁上均设置有石油扩孔器。
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