CN112112589B - 投球式防喷真空单管取心钻具及取心操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种投球式防喷真空单管取心钻具，包括钻杆接手和岩心管，还包括用于连接钻杆接手和岩心管的连接件，具有第一过流腔、泄流槽和安装槽；设置在连接件底部并位于岩心管内的单向阀壳体，其上开设有钻井液出口，其内为第二过流腔；第一过流腔内设置有第一阀件，其具有连接通道并通过竖向移位控制泄流槽与钻杆接手流道的导通和阻断；安装槽内设置有锁定件，单向阀壳体内，设置有用于控制第二过流腔与所述钻井液出口的导通和阻断的第二阀件。本发明还公开了一种使用上述钻具进行取心操作的方法。本发明的钻具结构巧妙，使用方便，维护成本低，绿色环保，能够防止钻井液沿钻杆喷出的现象，同时可以在提钻时维护岩心的原状性。

Description

投球式防喷真空单管取心钻具及取心操作方法

技术领域

本发明涉及工程钻探用取心钻具技术领域，尤其是涉及一种投球式防喷真空单管取心钻具及取心操作方法。

背景技术

单管钻具是工程钻探中的常用钻具，广泛应用于完整致密、不怕冲刷的3-7级岩层以及对岩心采取要求不高的岩层，也可应用于部分土层、砂层。常规单管钻具在施工现场应用过程中经常出现以下问题，首先是钻具在钻孔中下降过快时，孔内钻井液会沿钻杆喷出，污染钻场或喷溅到钻探工人衣物上；其次是单管钻进取心采用沉淀法和干钻法卡断岩心时，钻具底端易被岩粉完全封堵或部分封堵。当钻具底端完全封堵时会阻塞泄浆通道，导致钻井液留存在钻杆中，从而在提钻时，岩心易被钻杆中液柱压力压掉；在孔口拧卸钻杆时，钻杆中的钻井液会从钻杆接头处四处喷射，污染钻场。当钻具底端部分封堵时，在提钻过程中，钻杆内部钻井液会沿岩心与岩心管环状间隙泄入钻孔内，这种状况下，钻井液会冲蚀岩心，破坏岩心原状性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种结构简单、操作方便、绿色环保的投球式防喷真空单管取心钻具，同时提供一种及取心操作方法，具体可采取如下技术方案：

本发明所述的投球式防喷真空单管取心钻具，包括钻杆接手和岩心管，还包括

连接件，设置在所述钻杆接手和岩心管之间，具有与钻杆接手流道相连通的第一过流腔，所述第一过流腔的侧壁上连通有泄流槽和安装槽；

单向阀壳体，设置在所述连接件底部并位于所述岩心管内，所述单向阀壳体上开设有钻井液出口，单向阀壳体内设置有与第一过流腔相连通的第二过流腔；

第一阀件，设置在第一过流腔内，具有导通第一过流腔和所述第二过流腔的连接通道和与所述连接通道相适配的封堵件，且所述第一阀件通过竖向移位控制所述泄流槽与钻杆接手流道的导通和阻断；

锁定件，设置在所述安装槽内，用于将所述第一阀件锁定在泄流槽的导通位；

第二阀件，设置在所述单向阀壳体内，用于控制第二过流腔与所述钻井液出口的导通和阻断。

所述连接件的顶部设置有与钻杆接手相接的第一内螺纹，连接件的底部设置有与单向阀壳体相接的第二内螺纹和与所述岩心管相接的外螺纹。

所述第一阀件包括中空结构的第一球阀座和设置在其下部的第一弹簧，所述第一球阀座的顶部与所述第一过流腔内的限位结构相接，所述第一弹簧的底部与单向阀壳体的顶部相接，且所述封堵件用于封堵第一球阀座的顶部进口。

所述限位结构为设置在第一过流腔内的台阶面结构，或者为钻杆接手的底面。

所述泄流槽和安装槽等高设置在所述限位结构以下。

所述封堵件为通过钻杆接手流道进入第一过流腔并与第一球阀座顶部进口相适配的第一封堵球。

所述锁定件包括滑动设置在安装槽内侧的弹簧卡和固定在安装槽外侧的堵丝。

所述泄流槽和安装槽同轴设置，且泄流槽内活动设置有用于所述弹簧卡复位的复位刀。

所述第二过流腔的纵剖面为十字形结构，所述第二阀件由从上到下依次设置的第二封堵球、第二球阀座和第二弹簧组成，所述第二球阀座和第二弹簧位于所述十字形结构的下段，所述第二封堵球在移动上限位与十字形结构的上段末端相接触，所述钻井液出口位于十字形结构的左右段。

一种使用上述投球式防喷真空单管取心钻具的取心操作方法，包括如下步骤：

第一步，对锁定件进行复位，使泄流槽与钻杆接手流道处于阻断状态；

第二步，对连接件和钻杆接手、岩心管进行装配，然后进行下钻操作；

第三步，向钻杆接手流道内带压输送钻井液进行钻进操作；

第四步，从钻杆接手流道向第一流道内投掷第一封堵件进行提钻操作，完成取心。

本发明提供的投球式防喷真空单管取心钻具，结构巧妙，使用方便，维护成本低，绿色环保，使用该钻具进行及取心操作时，能够解决常规单管钻具在钻孔下降过快时，孔内钻井液沿钻杆喷出的现象；能够解决常规单管钻在提钻过程钻井液易压掉岩心的现象；还能够解决当孔口拧卸钻杆时，钻杆内残存钻井会污染井场的问题；进一步地，本发明在提钻时，还可以在岩心管部位形成真空，维护岩心的原状性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1在钻进状态的结构示意图。

图3是图1在提钻状态的结构示意图。

图4是图1中与锁定件相适配的复位刀的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

如图1-4所示，本发明所述的投球式防喷真空单管取心钻具，包括钻杆接手1、岩心管2、连接件3和单向阀壳体4，其中，连接件3的顶部通过第一内螺纹与钻杆接手1相接，连接件3的底部通过外螺纹与岩心管2相接。连接件3中心处开设有竖向通孔，其底部通过第二内螺纹与单向阀壳体4相接。该竖向通孔即为与钻杆接手1流道相连通的第一过流腔，其侧壁上连通有泄流槽5和安装槽，泄流槽5可与钻孔相连通，安装槽用于安装锁定件。上述锁定件包括滑动设置在安装槽内侧的弹簧卡6.1和固定在安装槽外侧端部的堵丝6.2。其中，弹簧卡6.1在自由状态下，头部能够延伸至第一过流腔内；当弹簧卡6.1在外力和堵丝6.2的共同作用下，会回缩到安装槽内。通常情况下，泄流槽5和安装槽均为水平槽，两者以第一过流腔的中心轴对称设置，方便复位刀7穿过泄流槽5挤压弹簧卡6.1使其回缩到安装槽内进行复位。

为了控制泄流槽5与钻杆接手1流道的导通和阻断，在第一过流腔内安装有第一阀件。第一阀件包括第一弹簧8.1、第一球阀座8.2和第一封堵件8.3。其中，第一弹簧8.1底部位于单向阀壳体4顶部的凹槽内，顶部与第一球阀座8.2的底面相接触或直接相连；第一球阀座8.2的外径与第一过流腔相适配，当弹簧卡6.1在安装槽内处于回缩状态时，第一球阀座8.2可以沿第一过流腔内壁竖向滑动，当其顶部越过泄流槽5和安装槽的端口位置处时，可以阻断泄流槽5与钻杆接手1流道的连通，同时，钻井液仍可以通过第一球阀座8.2中心处开设的连接通道由第一过流腔进入单向阀壳体4的内腔（即第二过流腔）。为了对第一球阀座8.2的上移行程进行限位，在第一过流腔内设置有限位结构。该限位结构可以为第一过流腔内设置的台阶面结构，也可以为钻杆接手1的底面，泄流槽5和安装槽则位于上述限位结构之下。上述第一封堵件8.3通常为能够通过钻杆接手1流道进入第一过流腔并与第一球阀座8.2顶部进口相适配的第一封堵球，其通常在提钻时对第一球阀座8.2的连接通道进行封堵。将第一封堵件8.3向第一球阀座8.2进行投掷时，第一球阀座8.2受压下移，第一弹簧8.1被压缩，当第一球阀座8.2的顶部落至安装槽以下时，弹簧卡6.1会从安装槽内伸出，将第一球阀座8.2的位置进行锁定，此时，泄流槽5与钻杆接手1流道处于导通状态。

单向阀壳体4安装在连接件3底部并位于岩心管2内，其为中间直径较大、两端直径较小的分段式中空柱状体，内部的第二过流腔纵剖面为十字形结构。在不使用第一封堵件8.3的情况下，第二过流腔的顶部通过第一球阀座8.2的连接通道与第一过流腔相连通。第二过流腔的底部安装有第二阀件，第二阀件由下至上依次为第二弹簧9.1、第二球阀座9.2和第二封堵球9.3。当第二弹簧9.1处于压缩状态时，第二封堵球9.3顶面与第二过流腔的上段末端间隔设置，此时，来自第一过流腔内的钻井液能够进入第二过流腔十字形结构的左段和右段（即单向阀壳体4的中段），并从开设在单向阀壳体4中段底面上的钻井液出口4.1流出；当第二弹簧9.1处于自由状态时，其能够使第二封堵球9.3的顶面与第二过流腔的上段末端紧密接触，阻断钻井液从钻井液出口4.1排出。此外，用于安装第二阀件的单向阀壳体4处开设有水眼4.2，该水眼4.2可避免第二过流腔十字形结构的下段形成密闭空间，阻碍第二弹簧9.1的正常伸缩。

本发明所述的取心操作方法，使用上述投球式防喷真空单管取心钻具，包括如下步骤：

第一步，对锁定件进行复位，使泄流槽5与钻杆接手1流道处于阻断状态；

第二步，对连接件3和钻杆接手1、岩心管2进行装配，然后进行下钻操作；

第三步，向钻杆接手1流道内带压输送钻井液进行钻进操作；

第四步，从钻杆接手1流道向第一流道内投掷第一封堵件8.3进行提钻操作，完成取心。

具体地，先将复位刀7插入泄流槽5，并推压压弹簧卡6.1使其回缩至安装槽内，此时，第一球阀座8.2在第一弹簧8.1的作用下上移至限位结构处；然后，将连接件3分别与钻杆接手1和安装有扩孔器、钻头的岩心管2进行连接，之后进行下钻操作，在此过程中，泄流槽5与钻杆接手1流道处于阻断状态，而第二封堵球9.3在第二弹簧9.1和第二球阀座9.2的作用下位于第二过流腔的上段末端，即第一流道和第二流道处于阻断状态，因此，可以避免出现使用普通钻具下钻时钻孔内部的钻井液沿岩心管和钻杆接手流道喷射到地面上的情况。接着，向钻杆接手流道带压输送钻井液进行钻进操作，由于钻井液的压力作用，第二封堵球9.3的顶面与第二过流腔的上段末端分开，使钻进液从钻井液出口4.1排出，便于完成钻进操作。最后，从钻杆接手1流道向第一流道内投掷第一封堵件8.3进行提钻操作，此时，在钻杆接手1流道内钻井液柱压力作用下，第一球阀座8.2降至泄流槽5和安装槽以下，弹簧卡6.1从安装槽内伸出对第一球阀座8.2进行位置锁定，泄流槽5与钻杆接手1流道处于导通状态，使钻杆接手1流道内的钻井液沿泄流槽5流入钻孔内，避免了普通钻具在孔口拧卸钻杆时，钻井液四处飞溅情况的发生。此外，由于阻断了钻井液进入第二流道内的路径，岩心管2内形成真空状态，能够维护岩心的原状性。

需要说明的是，在本发明的描述中，诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系的术语是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种投球式防喷真空单管取心钻具，包括钻杆接手和岩心管，其特征在于：还包括

连接件，设置在所述钻杆接手和岩心管之间，具有与钻杆接手流道相连通的第一过流腔，所述第一过流腔的侧壁上连通有泄流槽和安装槽；

单向阀壳体，设置在所述连接件底部并位于所述岩心管内，所述单向阀壳体上开设有钻井液出口，单向阀壳体内设置有与第一过流腔相连通的第二过流腔；

第一阀件，设置在第一过流腔内，具有导通第一过流腔和所述第二过流腔的连接通道和与所述连接通道相适配的封堵件，且所述第一阀件通过竖向移位控制所述泄流槽与钻杆接手流道的导通和阻断；

锁定件，设置在所述安装槽内，用于将所述第一阀件锁定在泄流槽的导通位；

第二阀件，设置在所述单向阀壳体内，用于控制第二过流腔与所述钻井液出口的导通和阻断；

其中，所述第一阀件包括中空结构的第一球阀座和设置在其下部的第一弹簧，所述第一球阀座的顶部与所述第一过流腔内的限位结构相接，所述第一弹簧的底部与单向阀壳体的顶部相接，且所述封堵件用于封堵第一球阀座的顶部进口；所述限位结构为设置在第一过流腔内的台阶面结构，或者为钻杆接手的底面；所述泄流槽和安装槽等高设置在所述限位结构以下。

2.根据权利要求1所述的投球式防喷真空单管取心钻具，其特征在于：所述连接件的顶部设置有与钻杆接手相接的第一内螺纹，连接件的底部设置有与单向阀壳体相接的第二内螺纹和与所述岩心管相接的外螺纹。

3.根据权利要求1所述的投球式防喷真空单管取心钻具，其特征在于：所述封堵件为通过钻杆接手流道进入第一过流腔并与第一球阀座顶部进口相适配的第一封堵球。

4.根据权利要求1所述的投球式防喷真空单管取心钻具，其特征在于：所述锁定件包括滑动设置在安装槽内侧的弹簧卡和固定在安装槽外侧的堵丝。

5.根据权利要求4所述的投球式防喷真空单管取心钻具，其特征在于：所述泄流槽和安装槽同轴设置，且泄流槽内活动设置有用于所述弹簧卡复位的复位刀。

6.根据权利要求1所述的投球式防喷真空单管取心钻具，其特征在于：所述第二过流腔的纵剖面为十字形结构，所述第二阀件由从上到下依次设置的第二封堵球、第二球阀座和第二弹簧组成，所述第二球阀座和第二弹簧位于所述十字形结构的下段，所述第二封堵球在移动上限位与十字形结构的上段末端相接触，所述钻井液出口位于十字形结构的左右段。

7.一种使用如权利要求1所述的投球式防喷真空单管取心钻具的取心操作方法，其特征在于：包括如下步骤：

第一步，对锁定件进行复位，使泄流槽与钻杆接手流道处于阻断状态；

第二步，对连接件和钻杆接手、岩心管进行装配，然后进行下钻操作；

第三步，向钻杆接手流道内带压输送钻井液进行钻进操作；

第四步，从钻杆接手流道向第一流道内投掷第一封堵件进行提钻操作，完成取心。