CN110374511A - 一种钻孔取芯钻杆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质勘查技术领域，特别涉及一种钻孔取芯钻杆。该钻杆下部的管壁内壁面上开设有螺纹槽和切口槽，螺纹槽内螺纹配合有环刀，环刀包括弧形螺纹块、弧形伸缩件和切刀，切刀固定在所述弧形螺纹块的内侧，弧形伸缩件与弧形螺纹块相间排列，弧形伸缩件的两端分别与两侧的弧形螺纹块固定连接。本发明提供的钻杆，无需附加动力，通过其下部螺纹槽与环刀的配合，在钻机反向转动的作用下即可实现环刀的自旋上升、变径切削和岩芯固定，实现岩芯的断芯取芯，从而能够解决超深孔钻探断芯取芯难的问题。

Description

一种钻孔取芯钻杆

技术领域

本发明涉及地质勘查技术领域，特别是涉及一种钻孔取芯钻杆。

背景技术

随着地下浅层空间的大规模开发利用，深部地层的开发技术研究也受到广泛重视。其中深部地层的地质勘查成为地下开发中首要问题之一。

当前，钻孔取芯是深部地层地质勘查最直接有效的方法。但深部地层钻孔的超大孔深使得在取芯过程中，难以完整、快捷地将岩芯切断并提取出来，目前尚缺少解决这一技术问题的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻孔取芯钻杆，以解决超深孔钻探断芯取芯难的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的一个实施方式提供了一种钻孔取芯钻杆，包括管壁和由管壁围成的圆柱形取芯管，所述钻杆下部的管壁内壁面上开设有螺纹槽和切口槽，所述螺纹槽和所述切口槽分别为圆台形和倒圆台形，所述螺纹槽的底部与所述切口槽的顶部相接，所述螺纹槽的壁面上设置有内螺纹；所述钻杆还包括环刀，所述环刀包括多个弧形螺纹块、与弧形螺纹块数目相同的弧形伸缩件和与弧形螺纹块数目相同的切刀；所述弧形伸缩件为三节套管结构，与所述弧形螺纹块相间排列，且所述弧形伸缩件的两端分别与两侧的弧形螺纹块固定连接，连接后的所述弧形伸缩件与所述弧形螺纹块形成环状；所述切刀固定在所述弧形螺纹块的内侧，刀头的中心点指向环刀的圆心，所述切刀的一侧或两侧开有刀刃；所述弧形螺纹块的外侧面为斜面，所述斜面上设置有与所述内螺纹配合的外螺纹，所述环刀通过所述内螺纹和所述外螺纹的配合与所述螺纹槽螺纹连接；所述弧形螺纹块的外侧面中心线与水平面的夹角与所述螺纹槽的母线与水平面的夹角相等。

本发明提供的钻孔取芯钻杆，无需附加动力，通过其下部螺纹槽与环刀的配合，在钻机反向转动的作用下即可实现环刀的自旋上升、变径切削和岩芯固定，实现岩芯的断芯取芯，从而能够解决超深孔钻探断芯取芯难的问题。

附图说明

图1为本发明一个实施例中钻杆的纵向截面结构示意图。

图2为本发明一个实施例中环刀的横向截面结构示意图。

图3为本发明另一实施例中钻杆的纵向截面结构示意图。

图4为本发明实施例中弧形伸缩件的局部结构示意图。

图5为本发明螺纹槽与环刀一种配合方式的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

图1示出本发明钻孔取芯钻杆1的一个实施例。钻杆1为管状钻杆，包括管壁11和由管壁11围成的圆柱形取芯管12。

钻杆1下部的管壁内壁面上开设有螺纹槽2和切口槽4。螺纹槽2和切口槽4分别为圆台形和倒圆台形，螺纹槽2的底部与切口槽4的顶部相接。螺纹槽2的壁面上设置有内螺纹21，环刀3螺纹配合在螺纹槽2上。钻杆1优选具有较厚管壁的钢管，以为螺纹槽2和切口槽4提供充足的开槽壁厚和结构强度。螺纹槽2母线与水平面的夹角优选为45°，切口槽4母线与水平面的夹角优选为60°。

图2示出环刀3的一个实施例。环刀3包括弧形螺纹块31、弧形伸缩件32和切刀34。弧形螺纹块31、弧形伸缩件32和切刀34均为规格相同的多个，且三者的数目相同。

如图2所示，本实施例中弧形螺纹块31为4个，优选其中心线的弧长为1/20圆周长。弧形螺纹块31的内侧固定有切刀34，刀头的中心点指向环刀的圆心，切刀34的一侧或两侧开有刀刃。虽然图2示出的刀头为平头，但优选刀头为尖头，以实现对岩芯更完全的切削。弧形螺纹块31的外侧面为弧形斜面(可视为在轴向上截取的一段圆台侧面)，该斜面上设置有与螺纹槽2上的内螺纹21配合的外螺纹(未示出)。为获得环刀3沿螺纹槽2的最大上升高度，优选弧形螺纹块外侧面的弧度与螺纹槽最上段的弧度相匹配。弧形螺纹块31的外侧面中心线与水平面的夹角与螺纹槽2母线与水平面的夹角相等。当螺纹槽2母线与水平面的夹角为45°时，弧形螺纹块31的外侧面中心线与水平面的夹角也为45°。弧形伸缩件32与弧形螺纹块31相间排列，且其两端分别与两侧的弧形螺纹块31固定连接，连接后的弧形伸缩件32与弧形螺纹块31形成环状。弧形伸缩件32为三节套管结构，所谓三节套管结构为包括位于中间的小径管321和分别套在小径管321两端的两个中径管322以及分别套在两个中径管322一端的大径管323，小径管321可相对中径管322伸缩，中径管322可相对大径管323伸缩，从而能够实现环刀3直径的变化。为防止各节套管之间相互脱离，可如图4所示在相嵌套的各套管之间设置限位结构33。当环刀3位于螺纹槽2的最下端时，切刀34刀头最前端围成大于或等于岩芯直径的圆，当环刀3位于螺纹槽2的最上端时，切刀34的刀头相互抵近(刀头为尖头的情况下，刀头聚集于环刀圆心)，完成对岩芯的切削。

利用本发明提供的上述钻杆1取芯时，在钻杆1底端安装钻头或者如图1所示采用底端自带切齿5的钻杆，由钻机正转带动钻杆1向下钻进，钻进开始前，环刀3位于螺纹槽2的最下端，随着钻杆1的正转，环刀3因惯性有向上移动、直径减小的趋势，在接触到岩芯后，又由于摩擦力的作用，向下移动，直径增加，脱离与岩芯的接触；钻进完成后，将钻机进行反向转动，环刀3在反向旋转和摩擦力的作用下开始沿螺纹槽2上移，切刀34开始挤压岩芯并进行切削；由于螺纹槽2的上部直径越来越小，环刀3上移时，弧形伸缩件32不断收缩，切刀34刀头之间的距离越来越小，直至岩芯被切断或近乎切断，并被固定在取芯管12中，完成超深小孔径的断芯取芯工作。

图3示出本发明另一实施例。在该实施例中，钻杆1包括上下两段，螺纹槽2和切口槽4位于下段，上下段通过螺纹配合连接或其他可拆卸方式连接。

此外，为了提高环刀与螺纹槽配合的稳定性，优选宽度较大的螺纹牙，即螺纹的大径与小径具有较大差值，以增大环刀外螺纹与螺纹槽内螺纹之间的接触面积。并且，在其他实施方式中，还可如图5所示，在螺纹牙上增加凹凸槽镶嵌的配合结构。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种钻孔取芯钻杆，包括管壁和由管壁围成的圆柱形取芯管，其特征在于：

所述钻杆下部的管壁内壁面上开设有螺纹槽和切口槽，所述螺纹槽和所述切口槽分别为圆台形和倒圆台形，所述螺纹槽的底部与所述切口槽的顶部相接，所述螺纹槽的壁面上设置有内螺纹；

所述钻杆还包括环刀，所述环刀包括多个弧形螺纹块、与弧形螺纹块数目相同的弧形伸缩件和与弧形螺纹块数目相同的切刀；

所述弧形伸缩件为三节套管结构，与所述弧形螺纹块相间排列，且所述弧形伸缩件的两端分别与两侧的弧形螺纹块固定连接，连接后的所述弧形伸缩件与所述弧形螺纹块形成环状；

所述切刀固定在所述弧形螺纹块的内侧，刀头的中心点指向环刀的圆心，所述切刀的一侧或两侧开有刀刃；

所述弧形螺纹块的外侧面为弧形斜面，所述斜面上设置有与所述内螺纹配合的外螺纹，所述环刀通过所述内螺纹和所述外螺纹的配合与所述螺纹槽螺纹连接；

所述弧形螺纹块的外侧面中心线与水平面的夹角与所述螺纹槽的母线与水平面的夹角相等。

2.根据权利要求1所述的钻杆，其特征在于：

所述钻杆包括可拆卸连接的上段和下段，所述螺纹槽和切口槽位于所述下段。

3.根据权利要求1所述的钻杆，其特征在于：

所述螺纹槽的母线与水平面的夹角为45°。

4.根据权利要求1或3所述的钻杆，其特征在于：

所述切口槽的母线与水平面的夹角为60°。

5.根据权利要求1所述的钻杆，其特征在于：

所述刀头为尖头。

6.根据权利要求1所述的钻杆，其特征在于：

所述弧形螺纹块为4个。

7.根据权利要求6所述的钻杆，其特征在于：

所述弧形螺纹块的中心线弧长为1/20圆周长。