CN110714720A - 一种页岩气开采勘测用钻孔装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于页岩气勘探技术领域，涉及一种页岩气开采勘测用钻孔装置，包括取样钻，取样钻底端安装有空心钻头，取样钻顶端安装有连接杆，取样钻包括主钻杆、第一连接头和第二连接头，第一连接头和第二连接头转动连接，空心钻头与第二连接头连接，第二连接头的顶端开设有多个弧形槽，第二连接头上开设有第一安装槽，弧形槽与第一安装槽连通，第一安装槽内设有第一铰接柱，第一铰接柱上铰接有刀片，刀片上设有伸缩杆，第二连接头内螺接有第一限位环，第一连接头上设有弧形传动块，弧形传动块穿设于弧形槽内，弧形传动块底端设有第二铰接柱，延伸杆自由端铰接与第二铰接柱上，用于解决目前的钻孔装置在取样时，样品易掉落的问题。

Description

一种页岩气开采勘测用钻孔装置

技术领域

本发明属于页岩气勘探技术领域，具体涉及一种页岩气开采勘测用钻孔装置。

背景技术

页岩气，又名致密气层气，是蕴藏于页岩层可供开采的天然气资源，中国的页岩气可采储量居世界首位。页岩气的形成和富集有着自身独特的特点，往往分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中。较常规天然气相比，页岩气开发具有开采寿命长和生产周期长的优点，大部分产气页岩分布范围广、厚度大，且普遍含气，这使得页岩气井能够长期地以稳定的速率产气。主要用于民用和工业燃料，化工和发电等，具有广阔开发前景，页岩气的开发和利用有利于缓解油气资源短缺，增加清洁能源供应，是常规能源的重要补充，页岩气勘查勘验过程中需要进行钻井取样，现有的取样器通常直接穿入地下使样本进入钻头内，然后将钻头拉出带出样本，当地质松软时钻头内的样本在钻头拉出的过程中极易掉落，导致取样困难。

发明内容

本发明的目的是：旨在提供一种页岩气开采勘测用钻孔装置，用于解决目前的钻孔装置在取样时，样品易掉落的问题。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种页岩气开采勘测用钻孔装置，包括取样钻，所述取样钻底端安装有空心钻头，取样钻顶端安装有连接杆，所述取样钻包括主钻杆、第一连接头和第二连接头，所述第一连接头和第二连接头转动连接，所述主钻杆与第一连接头连接，所述空心钻头与第二连接头连接，所述第二连接头顶端开设有多个弧形槽，所述第二连接头上开设有第一安装槽，所述弧形槽与第一安装槽连通，所述第一安装槽内设有第一铰接柱，所述第一铰接柱上铰接有刀片，所述刀片上设有伸缩杆，所述第二连接头内螺接有第一限位环，所述第一连接头上设有弧形传动块，所述弧形传动块穿设于弧形槽内，所述弧形传动块底端设有第二铰接柱，所述延伸杆自由端铰接与第二铰接柱上。

在上述技术方案的基础上，本发明还进行了以下改进：

进一步，所述第二连接块内设有限位台，所述主钻杆内穿设有套管，所述套管底端位于限位台上，所述空心钻头、限位台和套管的内径尺寸相同。获取的样本位于套管内，在取出样本时将套管取出即可，避免破坏样本，同时样本取出较为方便。

进一步，所述第一连接头和主钻杆内均设有第二限位环，所述第二限位环上端开设有倒角。通过第二限位环减少套管与主钻杆之间接触面积，便于取出套管，倒角的设置，便于安装套管，避免第二限位环对套管的穿设造成干涉。

进一步，所述套管包括两个相对设置的半管，两个所述半管的两端均开设有半圆槽，所述半圆槽内嵌设有箍环，所述箍环一端安装有磁钢。套管可直接打开，便于获取样本。

进一步，所述第一连接头底端开设有多个盲孔，所述盲孔内安装有万向滚珠，所述第二连接头顶端开设有万向滚珠对应的滚珠槽，所述滚珠槽与弧形槽相间设置，所述万向滚珠底端位于滚珠槽内，所述第一连接件内设有第一连接凸台，第二连接件内设有第二连接凸台，所述第二连接凸台上开设有螺纹孔，所述第一连接凸台上开设有腰形滑槽，所述腰形滑槽内滑动穿设有限位螺钉，所述限位螺钉螺接于螺纹孔内。在万向滚珠的作用下第一连接头和第二连接头可相对转动，通过限位螺钉避免第一连接头和第二连接头分离。

进一步，所述限位螺钉的螺栓头与第一连接凸台顶端相离，且螺栓头与第一连接凸台顶端之间的等间距尺寸小于滚珠槽的深度尺寸。避免第一连接头和第二连接头接触过紧影响转动，同时还可避免万向滚珠底端脱出滚珠槽。

进一步，所述第二连接头上开设有环形缺口，所述第一连接件上设有与环形缺口相匹配的隔泥环。通过隔泥环可较好的对第一连接头和第二连接头的连接面进行隔离，避免大量杂物进入滚珠槽而导致影响第一连接头和第二连接头的转动。

进一步，所述伸缩杆包括与刀片一体成型的基杆和活动杆，所述活动杆上开设有连接孔，所述活动杆上一体成型有延伸杆，所述延伸杆滑动穿设于连接孔内。在能伸缩的同时不降低刀片的反应灵敏度，使弧形传动块在弧形槽内移动时，刀片立即跟随移动。

进一步，所述刀片四周均开设有刀刃。使刀片能更好的回位，同时第一安装槽内卡入泥土时，便于刀片对泥土进行破碎清理。

采用上述技术方案的发明，具有如下优点：

第一连接头和第二连接头相对转动带动弧形块转动，通过弧形传动块可带动刀片转动；当取样完成时反向转动取样钻，在岩层的阻力坐下第一连接头和第二连接头相对转动带动刀片伸出插入样本内，避免样品脱落。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；

图1为本发明实施例中一种页岩气开采勘测用钻孔装置的剖面结构示意图；

图2为图1中A处的放大结构示意图；

图3为本发明实施例中去除主钻杆和套管后的剖面结构示意图；

图4为本发明实施例中第一连接头的剖面结构示意图；

图5为本发明实施例中第二连接头的剖面结构示意图；

图6为本发明实施例中刀片的第一状态示意图；

图7为本发明实施例中刀片的第二状态示意图；

主要元件符号说明如下：

主钻杆1、套杆2、连接杆3、第一连接头4、第一连接凸台41、腰形滑槽42、盲孔43、弧形传动块44、第二铰接柱45、隔泥环46、万向滚珠47、第二限位环48、倒角481、第二连接头5、滚珠槽51、弧形槽52、第一安装槽53、第一限位环531、第一铰接柱532、螺纹孔54、环形缺口55、限位螺钉56、第二连接凸台57、限位台58、刀片59、基杆591、活动杆592、延伸杆593、空心钻头6。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。

如图1～图7所示，本发明一种页岩气开采勘测用钻孔装置，包括取样钻，取样钻底端安装有空心钻头6，取样钻顶端安装有连接杆3，取样钻包括主钻杆1、第一连接头4和第二连接头5，主钻杆1与第一连接头4连接，空心钻头6与第二连接头5连接，第二连接头5的顶端沿周向均匀开设有多个弧形槽52，第二连接头5内开设有第一安装槽53，弧形槽52与第一安装槽53连通，第一安装槽53内设有第一铰接柱532，第一铰接柱532上铰接有刀片59，刀片59上设有伸缩杆，伸缩杆包括与刀片59一体成型的基杆591和活动杆592，活动杆592上开设有连接孔，活动杆592上一体成型有延伸杆593，延伸杆593滑动穿设于连接孔内，在能伸缩的同时不降低刀片59的反应灵敏度，使弧形传动块44在弧形槽52内移动时，刀片59立即跟随移动。

第二连接头5内螺接有第一限位环531，第一限位环531可拆卸，以便于安装刀片59，以及在使用后对第一安装槽53内杂物进行清理。第一连接头4上设有弧形传动块44，弧形传动块44穿设于弧形槽52内，弧形传动块44底端设有第二铰接柱45，延伸杆的自由端铰接与第二铰接柱45上，第一连接头4的底端开设有多个盲孔43，盲孔43内安装有万向滚珠47，第二连接头5顶端开设有万向滚珠47对应的滚珠槽51，滚珠槽51与弧形槽52相间设置，万向滚珠47底端位于滚珠槽51内，在万向滚珠47的作用下第一连接头4和第二连接头5可相对转动，在转动时通过弧形传动块44带动延伸杆使刀片转动。为避免第一连接头4和第二连接头5分离，第一连接件4内设有第一连接凸台41，第二连接件5内设有第二连接凸台57，第二连接凸台57上开设有螺纹孔54，第一连接凸台41上开设有腰形滑槽42，腰形滑槽42内滑动穿设有限位螺钉56，限位螺钉56螺接于螺纹孔54内，从而通过限位螺钉56防止第一连接头4和第二连接头5分离。为避免第一连接头4和第二连接头5接触过紧影响转动，限位螺钉56的螺栓头与第一连接凸台41顶端相离，为避免万向滚珠47底端脱出滚珠槽51，且螺栓头与第一连接凸台41顶端之间的等间距尺寸小于滚珠槽51的深度尺寸。为避免大量杂物进入滚珠槽51而导致影响第一连接头5和第二连接头6的转动，第二连接头5上开设有环形缺口55，第一连接件4上设有与环形缺口55相匹配的隔泥环46，通过隔泥环46对第一连接头5和第二连接头6的连接面进行隔离。

具体地，第二连接块5内设有限位台58，主钻杆1内穿设有套管2，套管2底端位于限位台58上，空心钻头6、限位台58和套管2的内径尺寸相同。获取的样本位于套管2内，在取出样本时将套管2取出即可，避免破坏样本，同时样本取出较为方便。为使套管2取出方便，第一连接头4和主钻杆1内均设有第二限位环48，通过第二限位环48减少套管2与主钻杆1之间接触面积，为避免第二限位环48对套管2的穿设造成干涉，第二限位环48上端开设有倒角481。其中，套管2包括两个相对设置的半管，两个半管的两端均开设有半圆槽，半圆槽内嵌设有箍环，箍环一端安装有磁钢。套管2可直接打开，便于获取样本。

具体地，刀片59四周均开设有刀刃。使刀片59能更好的回位，同时第一安装槽53内卡入泥土时，便于刀片59对泥土进行破碎清理。

在使用时，将连接杆3安装于钻机上，通过空心钻头6破土，随着空心钻头6逐渐深入地下，样本进入安装于主钻杆1内的套管2中。其中，空心钻头6深入地下时主钻杆1顺时针转动，如图5所示，第一连接头4上的弧形传动块44位于弧形槽52的一侧，弧形传动块44带动第二连接头5转动，刀片59完全位于第一安装槽53内如图6所示。取样完成后，钻机反向转动拉出主钻杆1，主钻杆1带动第一连接头4反向转动，在岩层的阻力作用下反向转动的第一连接头4与第二连接头5首先相对转动，第一连接头4上的弧形传动块44在弧形槽52内移动，弧形传动块44移动时带动活动杆592移动，活动杆592上延伸杆593伸出的同时带动基杆591移动，从而使铰接于第一铰接柱532上的刀片59转动，使刀片59伸出插入样本内避免样本外落出，如图7所示，当第一连接头4上的弧形传动块44移动到弧形槽52的另一端时，弧形传动块44再次带动第二连接头5转动。当主钻杆1脱离地面后，将第一连接头4取下，再将套管2自主钻杆1内取出，拆下套管2两端的箍环，打开套筒2即可获取样本。

以上对本发明提供的一种页岩气开采勘测用钻孔装置进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。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 (9)

1.一种页岩气开采勘测用钻孔装置，包括取样钻，所述取样钻底端安装有空心钻头(6)，取样钻顶端安装有连接杆(3)，其特征在于：所述取样钻包括主钻杆(1)、第一连接头(4)和第二连接头(5)，所述第一连接头(4)和第二连接头(5)转动连接，所述主钻杆(1)与第一连接头(4)连接，所述空心钻头(6)与第二连接头(5)连接，所述第二连接头(5)的顶端开设有多个弧形槽(52)，所述第二连接头(5)上开设有第一安装槽(53)，所述弧形槽(52)与第一安装槽(53)连通，所述第一安装槽(53)内设有第一铰接柱(532)，所述第一铰接柱(532)上铰接有刀片(59)，所述刀片(59)上设有伸缩杆，所述第二连接头(5)内螺接有第一限位环(531)，所述第一连接头(4)上设有弧形传动块(44)，所述弧形传动块(44)穿设于弧形槽(52)内，所述弧形传动块(44)底端设有第二铰接柱(45)，所述延伸杆自由端铰接与第二铰接柱(45)上。

2.根据权利要求1所述的一种页岩气开采勘测用钻孔装置，其特征在于：所述第二连接块(5)内设有限位台(58)，所述主钻杆(1)内穿设有套管(2)，所述套管(2)底端位于限位台(58)上，所述空心钻头(6)、限位台(58)和套管(2)的内径尺寸相同。

3.根据权利要求2所述的一种页岩气开采勘测用钻孔装置，其特征在于：所述第一连接头(4)和主钻杆(1)内均设有第二限位环(48)，所述第二限位环(48)上端开设有倒角(481)。

4.根据权利要求3所述的一种页岩气开采勘测用钻孔装置，其特征在于：所述套管(2)包括两个相对设置的半管，两个所述半管的两端均开设有半圆槽，所述半圆槽内嵌设有箍环，所述箍环一端安装有磁钢。

5.根据权利要求1所述的一种页岩气开采勘测用钻孔装置，其特征在于：所述第一连接头(4)底端开设有多个盲孔(43)，所述盲孔(43)内安装有万向滚珠(47)，所述第二连接头(5)顶端开设有万向滚珠(47)对应的滚珠槽(51)，所述滚珠槽(51)与弧形槽(52)相间设置，所述万向滚珠(47)底端位于滚珠槽(51)内，所述第一连接件(4)内设有第一连接凸台(41)，第二连接件(5)内设有第二连接凸台(57)，所述第二连接凸台(57)上开设有螺纹孔(54)，所述第一连接凸台(41)上开设有腰形滑槽(42)，所述腰形滑槽(42)内滑动穿设有限位螺钉(56)，所述限位螺钉(56)螺接于螺纹孔(54)内。

6.根据权利要求5所述的一种页岩气开采勘测用钻孔装置，其特征在于：所述限位螺钉(56)的螺栓头与第一连接凸台(41)顶端相离，且螺栓头与第一连接凸台(41)顶端之间的等间距尺寸小于滚珠槽(51)的深度尺寸。

7.根据权利要求6所述的一种页岩气开采勘测用钻孔装置，其特征在于：所述第二连接头(5)上开设有环形缺口(55)，所述第一连接件(4)上设有与环形缺口(55)相匹配的隔泥环(46)。

8.根据权利要求1所述的一种页岩气开采勘测用钻孔装置，其特征在于：所述伸缩杆包括与刀片(59)一体成型的基杆(591)和活动杆(592)，所述活动杆(592)上开设有连接孔，所述活动杆(592)上一体成型有延伸杆(593)，所述延伸杆(593)滑动穿设于连接孔内。

9.根据权利要求8所述的一种页岩气开采勘测用钻孔装置，其特征在于：所述刀片(59)四周均开设有刀刃。

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