CN111608608A - 一种隔水式微反循环引导取心装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隔水式微反循环引导取心装置。本发明包括钻头和卡簧座，卡簧座嵌套在钻头中，卡簧座外侧壁上设置有贯通的水槽，钻头一端设置有钻头胎体和钻头胎体工作层，钻头胎体和钻头胎体工作层上设置有与水槽连通的直喷水口和侧喷水口，钻头胎体和钻头胎体工作层内还设置有的直喷水槽和侧喷水槽。本发明集成绳索取心钻具其他配合结构，使之有效结合，在避免钻井液直接冲蚀岩矿心的同时，能够对破碎地层顺利进入内管进行导向，并在取心时缩短卡取岩心距离，从而提高岩矿心采取率。

Description

一种隔水式微反循环引导取心装置

技术领域

本发明涉及地质钻探的取心工具，主要针对构造破碎带松散、易冲蚀地层，属地质工程技术领域，是一种隔水式微反循环引导取心装置。

背景技术

在地质岩心绳索取心钻探中，松散破碎地层极易在钻进中被钻井液冲蚀、磨蚀，致使岩矿心采取率降低，并影响到地质找矿成果。采取率不足的复杂地层、钻进中的现象都有几个共同的特点：

一是，大部分均为碎屑状、粉末状、泥质以及构造破碎带，其共同特点是结构松散、胶结强度弱的地层；二是，钻进中岩心在钻头底部就容易被钻井液冲蚀；三是，钻进中的破碎岩心容易在卡簧座底部和钻头内台阶处形成堵塞，堵塞使得机械破碎孔壁岩层、岩心的时间成倍延长，从而加剧岩心碎裂化，钻头重复磨损岩矿心的作用时间延长，使岩矿心更容易被冲蚀；四是，该类地层均需要相对较高黏度和高固相含量的钻井液护壁，钻进中容易引起泵压升高、诱发孔内漏失、假循环、降低钻速等问题。因此，采心率不足通常会引起钻进质量与孔壁稳定问题的不良循环。

针对这一问题，长期以来相关行业人员开发了许多技术方法来尝试解决，其中包括“308钻具”、底喷结构钻头、射流反循环钻具等等，但实际应用效果均不能有效解决，尤其针对绳索取心岩心钻探方法，使得在钻探施工中极少有人采用。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，提供了一种隔水式微反循环引导取心装置，其集成绳索取心钻具其他配合结构，使之有效结合，在避免钻井液直接冲蚀岩矿心的同时，能够对破碎地层顺利进入内管进行导向，并在取心时缩短卡取岩心距离，从而提高岩矿心采取率。

本发明的技术解决方案是：本发明为一种隔水式微反循环引导取心装置，其特殊之处在于：该装置包括钻头和卡簧座，卡簧座嵌套在钻头中，卡簧座外侧壁上设置有贯通的水槽，钻头一端设置有钻头胎体和钻头胎体工作层，钻头胎体和钻头胎体工作层上设置有与水槽连通的直喷水口和侧喷水口，钻头胎体和钻头胎体工作层内还设置有的直喷水槽和侧喷水槽，以实现钻进中既能满足携带清洁钻头底部岩屑的能力和冷却钻头的要求，同时在避免直接冲蚀松散地层的同时能够实现从直喷水口流出的部分钻井液自外向内反循环的流经直喷水槽和侧喷水槽。

优选的，水槽为多个，均布在卡簧座外侧壁上。

优选的，水槽为6个，水槽为卡簧座与钻头钢体内壁的过水断面提供保障。

优选的，直喷水口和侧喷水口均为多个，均布在钻头胎体和钻头胎体工作层上。

优选的，侧喷水口为6个，直喷水口为4个。

优选的，钻头胎体与卡簧座连接的一端设置有隔水和岩心导向台阶，卡簧座与钻头胎体连接的一端内侧设置楔角，楔角深入至隔水和岩心导向台阶。

优选的，隔水和岩心导向台阶断面呈三角形,顶端呈圆弧状，能够阻隔钻头内壁与卡簧座外壁环空间流的钻井液。

优选的，楔角为外倒角∠30°和内倒角15°的刃角状，底断面为圆弧状，楔角能够伸入到钻头隔水和岩心导向台阶内水口处，在不形成阻碍过水的前提下满足楔入隔水和岩心导向台阶底端的条件

优选的，卡簧座内壁为锥形结构，底端内径最小为φ24.0mm，以实现卡簧在较短距离内收缩的目的。

本发明提供的一种在破碎松散地层中提高岩矿心采心率的隔水式微反循环导向结构钻头及卡簧座配合结构，主要为适用于地质岩心钻探现普遍采用的绳索取心钻进工艺所述过水结构，包括直喷水口和侧喷水口、直喷水槽和侧喷水槽相结合的钻头过水结构；隔水和岩心导向台阶，是钻头内台阶高于水口的三角形断面内壁；隔水配合结构，卡簧座底端刃角楔入隔水和岩心导向台阶；微循环结构，钻井液通过卡簧座倒流槽、刃角后在隔水和岩心导向台阶与刃角环装间隙处产生的负压区，将通过直喷水口流经钻头底唇面的部分钻井液向内管里面吸附的负压结构。

本发明为适用中高黏和5％～7％固相含量钻井液绳索取心钻进方法工况条件加大钻头外径，侧喷水口与直喷水口、侧喷水槽与直喷水槽相结合、隔水和岩心导向台阶与卡簧座楔角、卡簧座水槽共同组成钻头胎体处发生微反循环的过水结构，防止钻井液直接冲蚀岩矿心，避免卡簧座与钻头内台阶形成堵钻条件，对岩矿心顺利进入岩心管形成导向作用，以提高岩矿心采取率。

本发明将钻具底部的取心工具结构进行了相互配合的设计，通过结构设计，充分利用了高速流动钻井液的作用，使钻井液在传统绳索取心钻进中添加了辅助取心的功能。利用钻井液在钻头内台阶、侧喷水口、真喷水口，以及卡簧座与钻头外管间隙的高速过流产生的负压区和隔水和岩心导向台阶方向导流效应，使通过直喷水口流出的部分钻井液，再通过钻头底唇面的直喷水槽和侧喷水槽再次进入岩心，从而形成钻具内部局部部分反循环，使钻井液起到一定的辅助推送岩心的作用。

本发明还加大了钻头外径，为高粘、高固相含量的钻井液提供更大的环空间隙。加厚卡簧座，设计卡簧座水槽，以尽可能集中过水断面和流速。通过卡簧座底端楔角以确保与隔水和岩心导向台阶的配合及导流作用，优化卡簧收放空间，提高卡紧岩矿心的效率。

附图说明

图1是本发明钻头的结构示意图；

图2是图1的侧视图；

图3是图2的剖视图；

图4是本发明卡簧座的结构示意图；

图5是图4的侧视图；

图6是图5的剖视图。

附图标号说明如下：

1、直喷水槽；2、侧喷水槽；3、隔水和岩心导向台阶；4、侧喷水口；5、钻头胎体工作层；6、钻头胎体；7、直喷水口；8、岩心；9、水槽；10、楔角。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

参见图1—6，本发明具体实施例的结构包括钻头和卡簧座，卡簧座深入钻头内部，卡簧座外侧壁向内微凹形成贯通的水槽9，钻头一端设置有钻头胎体6和钻头胎体工作层5，钻头胎体6和钻头胎体工作层5上设置有与水槽9连通的直喷水口7和侧喷水口4，钻头胎体6和钻头胎体工作层5内还设置有的直喷水槽1和侧喷水槽2。

钻头胎体6与卡簧座连接的一端设置有隔水和岩心导向台阶3，卡簧座与钻头胎体6连接的一端内侧设置楔角10，楔角10深入至隔水和岩心导向台阶3，钻井液流经水槽9后只能从侧喷水口4和直喷水口7流出，可以保护岩心8不被钻井液直接冲刷。隔水和岩心导向台阶3断面呈三角形,顶端呈圆弧状，楔角10为外倒角∠30°和内倒角15°的刃角状，底断面为圆弧状。

在本实施例中，卡簧座内部设有锥形结构，底端内径最小为φ24.0mm，以实现卡簧在较短距离内收缩的目的。卡簧座外部布置有6条水槽9，增加壁厚到5.5mm，钻头水口由6个直径φ4.0mm的侧喷水口4和4个直径φ2.0mm直喷水口7，以及水口直径相当的直喷水槽1和侧喷水槽2组成。

本发明工作时，钻井液流经水槽9后只能从侧喷水口4和直喷水口7流出，通过利用钻井液在钻头内隔水和岩心导向台阶3、侧喷水口4、直喷水口7以及卡簧座与钻头内壁的间隙高速过流产生的负压区和隔水和岩心导向台阶3方向导流效应，使已通过直喷水口7流出的部分钻井液通过钻头底唇面的直喷水槽1和侧喷水槽2再次内循环进入岩心8，从而形成钻具内部局部部分反循环，使钻井液起到一定的辅助推送岩心的作用。

以上，仅为本发明公开的具体实施方式，但本发明公开的保护范围并不局限于此，本发明公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种隔水式微反循环引导取心装置，其特征在于：该装置包括钻头和卡簧座，所述卡簧座嵌套在钻头中，所述卡簧座外侧壁上设置有贯通的水槽，所述钻头一端设置有钻头胎体和钻头胎体工作层，所述钻头胎体和钻头胎体工作层上设置有与水槽连通的直喷水口和侧喷水口，所述钻头胎体和钻头胎体工作层内还设置有的直喷水槽和侧喷水槽。

2.根据权利要求1所述的隔水式微反循环引导取心装置，其特征在于：所述水槽为多个，均布在卡簧座外侧壁上。

3.根据权利要求2所述的隔水式微反循环引导取心装置，其特征在于：所述水槽为6个。

4.根据权利要求1所述的隔水式微反循环引导取心装置，其特征在于：所述直喷水口和侧喷水口均为多个，均布在钻头胎体和钻头胎体工作层上。

5.根据权利要求4所述的隔水式微反循环引导取心装置，其特征在于：所述侧喷水口为6个，所述直喷水口为4个。

6.根据权利要求1至5任一权利要求所述的隔水式微反循环引导取心装置，其特征在于：所述钻头胎体与卡簧座连接的一端设置有隔水和岩心导向台阶，所述卡簧座与钻头胎体连接的一端内侧设置楔角，所述楔角深入至隔水和岩心导向台阶。

7.根据权利要求6所述的隔水式微反循环引导取心装置，其特征在于：所述隔水和岩心导向台阶断面呈三角形,顶端呈圆弧状。

8.根据权利要求7所述的隔水式微反循环引导取心装置，其特征在于：所述楔角为外倒角∠30°和内倒角15°的刃角状，底断面为圆弧状。

9.根据权利要求8所述的隔水式微反循环引导取心装置，其特征在于：所述卡簧座内壁为锥形结构，底端内径最小为φ24.0mm。

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