CN110685604B - 一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具 - Google Patents

Abstract

一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具，属于钻井设备技术领域，解决现有钻具无法根据钻进砂土层的软硬度，在孔底实现自动调节超前量和单动、双动两种工况的技术问题。本装置包括内管和外管，内管的首端套装于外管中，内管的尾端延伸至外管的外部，内管与外管的尾端分别设置有钻头；变径接头与外管的首端螺纹连接，外管管腔内的首端设置有分动轴承座，分动轴承座上安装有长度调节杆；内管接头首端的端面上设置有弹簧座，弹簧座与分动轴承座之间的长度调节杆上设置有弹簧，内管接头尾端的端面上设置有限位端盖，内管的首端与限位端盖固定连接。本装置实现了单动双管与双动双管在孔内的自动转换，设计新颖、制作简单、实用性强。

Description

一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具

技术领域

本发明属于钻井设备技术领域，具体涉及的是一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具。

背景技术

对于砂土层取心钻进，回次进尺一般2-3m。取心质量的优劣取决于地面钻进参数（钻压、转速、泵量）和孔底钻具参数（内钻头超前量、内外钻头单双动）的调整，其中地面钻进参数在钻进时，操作者可根据地层情况随时调整，但孔内钻具参数却无法随时调整，必须将钻具提到地面后调整。

现有技术中，内钻头与钻具内管为刚性连接，内钻头的超前量（10-20mm）在钻进中遇到软硬变化时，即砂土层较软怕冲时，超前量应较大，砂土层较硬且含砾石时，超前量应缩小，而刚性连接的内钻头与钻具内管不能自动调节超前量的大小。

现有技术中尽管记载有双管单动、双管双动的钻具，但是钻具的单动、双动性能只有通过更换钻具解决，在钻进的过程中，内管钻头的转动与不转动只能是单一种状态，取决于下入孔内双管钻具的结构特性。

现有技术中的“阿里柯希”取煤器，虽然内管与其接头设计成“弹性连接”，内钻头的超前量可随地层软硬自行调节，但内管钻头始终处于不转状态，它在相对硬岩层位无法有效钻进。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，解决现有的钻具无法根据钻进砂土层的软硬度自动调节超前量的技术问题，本发明提供一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具。

本发明的设计构思为：

1、长度调节杆与内管接头增加了“弹簧”和“分动轴承”，便于实现在内管转动与不转动两种工况下，螺旋弹簧正常工作，推动内管及内管钻头“吃入”砂土层，避免软土层被泥浆液流冲刷。

2、对内管调长杆与内管接头的结构进行创新设计。增加了六方公母传动组件，能够实现“特定条件”下的双管单动和双管双动两种钻进工况，特定条件为：砂土层较硬时双管双动，砂土层较软时双管单动。

3、内、外钻头采用“分体式”设计方案，内钻头超前量（20~25mm），在其范围内，内外钻头的冲洗、排渣、润滑及冷却均能满足钻进要求。

4、内钻头“超前量”和内外钻头的“单、双动”在钻进过程中的“自动调节”原理：当砂土层较软时，螺旋弹簧充分伸展，将内管及钻头推入地层，超前量处于高限位附近，六方公母传动组件分离，此时为“双管单动” 钻具，符合软土层钻进取心要求；当砂土层较硬时，螺旋弹簧被压缩10-15mm，超前量处于低限位附近，公母传动组件啮合，此时为“双管双动”钻具，符合较硬砂砾层钻进取心要求。

5、根据砂土层软硬差别大小选择弹簧。可选择：单圈粗丝螺旋弹簧或双圈细丝同心螺旋弹簧，其刚度一般可取50-100N/mm。。

本发明通过以下技术方案予以实现。

一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具，它包括内管、外管和变径接头，其中：所述变径接头与外管的首端固定连接，外管管腔内的首端设置有分动轴承座，分动轴承座上安装有长度调节杆，长度调节杆设置为外六角杆，外管尾端与外管钻头螺纹连接；所述内管的首端套装于外管中，内管的尾端延伸至外管的外部，并且内管尾端与内管钻头螺纹连接；内管接头的首端设置有内六角凹槽，内六角凹槽与所述长度调节杆上设置的外六角杆相配合，外六角杆可拆卸地插装于内六角凹槽中，内管接头首端的端面上设置有弹簧座，弹簧座与分动轴承座之间的长度调节杆上设置有弹簧，内管接头尾端的端面上设置有限位端盖，内管的首端与限位端盖固定连接。

进一步地，所述弹簧的压缩行程为10~15mm。

进一步地，所述弹簧为单圈粗丝螺旋弹簧，或者为双圈细丝同心螺旋弹簧；根据砂土层软硬、内钻头底唇面结构及大小等参数选择弹簧的刚度，弹簧的刚度为50-100N/mm。

进一步地，所述内管延伸至外管外部的长度为20~25mm。

本发明具有如下有益效果：

1、本装置曾用于某松散砂土层全孔取心钻探项目“先导孔”施工，设计孔深800m，实际终孔孔深870m。在钻进的过程中，几经改进调整，实现了“单动双管”与“双动双管”两种钻进工况在孔内的自动转换，填补了“常规钻具”无法在孔内实现转换的技术空白，具有一定的推广使用价值。

2、鉴于该工具设计新颖、制作简单、实用性强，可应用在砂土层取心勘探项目中。现在实施的项目还有两个深孔，设计孔深分别为2000m和3000m，钻孔施工切块费用约600万元。使用该钻具及工艺，再配合其它钻进工艺，能满足地质设计要求，在技术创新与经济效益两方面，取得双赢效果。

附图说明

图1为本发明主剖视视结构示意图。

图中：1为变径接头，2为分动轴承座，3为弹簧，4为长度调节杆，5为弹簧座，6为内管接头，7为限位端盖，8为内管，9为外管，10为外管钻头，11为内管钻头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1所示的一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具，它包括内管8、外管9和变径接头1，其中：所述变径接头1与外管9的首端固定连接，外管9管腔内的首端设置有分动轴承座2，分动轴承座2上安装有长度调节杆4，长度调节杆4设置为外六角杆，外管9尾端与外管钻头10螺纹连接；所述内管8的首端套装于外管9中，内管8的尾端延伸至外管9的外部，并且内管8尾端与内管钻头11螺纹连接；内管接头6的首端设置有内六角凹槽，内六角凹槽与所述长度调节杆4上设置的外六角杆相配合，外六角杆可拆卸地插装于内六角凹槽中，内管接头6首端的端面上设置有弹簧座5，弹簧座5与分动轴承座2之间的长度调节杆4上设置有弹簧3，内管接头6尾端的端面上设置有限位端盖7，内管8的首端与限位端盖7固定连接。

进一步地，所述弹簧3的压缩行程为10~15mm。

进一步地，所述弹簧3为单圈粗丝螺旋弹簧，或者为双圈细丝同心螺旋弹簧；根据砂土层软硬、钻头底唇面结构及大小等参数选择弹簧的刚度，一般弹簧的刚度可取50-100N/mm。

进一步地，所述内管8延伸至外管9外部的长度为20~25mm。

本发明的使用要点如下：

1、每次下钻前，认真检查、清洗公母传动组件和内管接头轴向滑动，确保内管个连接组件“动作”灵活可靠，能根据砂土层软硬变化，及时进入不同的钻进工况。

2、钻进规程参数应根据钻进时效，回次取心效果进行调整。送钻要均匀，参数调整要求平稳过度。

3、每个回次提钻后，仔细检查内外钻头磨损情况和冲洗液流分配情况，发现问题及时改进。

4、在正常钻进中，砂土层变硬，钻压加大时，注意公母传动组件分离、啮合情况，若有异常，提起钻具后，分析原因予以解决。

5、如果砂土层较硬，钻压加大后，弹簧压缩量依然不足，没有完成“双管双动”工况，可通过降低弹簧组总体刚度予以解决。

以上所述仅为本发明的优选实施例而并不用于限制本发明，在实施例技术方案中对单个或者多个技术参数进行同等替换形成新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；对于本领域的技术人员来说，本发明可以进行各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具，它包括内管（8）、外管（9）和变径接头（1），其特征在于：所述变径接头（1）与外管（9）的首端固定连接，外管（9）管腔内的首端设置有分动轴承座（2），分动轴承座（2）上安装有长度调节杆（4），长度调节杆（4）设置为外六角杆，外管（9）尾端与外管钻头（10）螺纹连接；所述内管（8）的首端套装于外管（9）中，内管（8）的尾端延伸至外管（9）的外部，并且内管（8）尾端与内管钻头（11）螺纹连接，所述内管钻头（11）延伸至外管钻头（10）外部的长度为20~25mm；内管接头（6）的首端设置有内六角凹槽，内六角凹槽与所述长度调节杆（4）上设置的外六角杆相配合，外六角杆可拆卸地插装于内六角凹槽中，内管接头（6）首端的端面上设置有弹簧座（5），弹簧座（5）与分动轴承座（2）之间的长度调节杆（4）上设置有弹簧（3），内管接头（6）尾端的端面上设置有限位端盖（7），内管（8）的首端与限位端盖（7）固定连接；

当砂土层较软时，弹簧（3）充分伸展，将内管及钻头推入地层，超前量处于高限位，六方公母传动组件分离，此时为“双管单动” 钻具；当砂土层较硬时，弹簧（3）被压缩10-15mm，超前量处于低限位，公母传动组件啮合，此时为“双管双动” 钻具。

2.根据权利要求1所述的一种用于软硬不均砂土层钻进的自调式双管钻具，其特征在于：所述弹簧（3）为单圈粗丝螺旋弹簧，或者为双圈细丝同心螺旋弹簧；根据砂土层软硬、钻头的规格选择弹簧（3）的刚度，弹簧的刚度为50-100N/mm。

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