CN113090194B - 取心钻头及取心钻具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种取心钻头，涉及钻头技术领域，包括：钻头本体和膜袋放卷装置，钻头本体内设有容置槽，钻头本体两端分别为钻取端和连接端，钻取端用于钻取地层并使得钻取的岩心通过膜袋放卷装置进入岩心管；膜袋放卷装置设置于钻头本体的容置槽内，膜袋放卷装置上设置有膜袋，膜袋放卷装置上的膜袋能够将进口部分或完全遮挡；当钻头本体钻取的岩心向岩心管内移动时，岩心能够推动膜袋向岩心管内部移动，膜袋的横截面积小于岩心管的横截面积；膜袋紧紧包裹岩心，本发明还提供了一种取心钻具，包括：如上所述的取心钻头；因此，本发明提供的取心钻头及取心钻具能够约束破碎地层岩心成类圆柱状，提高取心率以及回次进尺的长度。

Description

取心钻头及取心钻具

技术领域

本发明涉及钻头技术领域，特别是涉及一种取心钻头及取心钻具。

背景技术

不管是以油气勘探为目的的常规油气、页岩气、页岩油等油气探井，还是以科学研究为目的的科学钻探井，亦或是正蓬勃发展的地热钻井、干热岩钻井等，取心钻进都是一种最为常用的技术手段；而科学钻探井对取心率和岩心的原状性有较高要求，在对松散地层进行取心钻进时，钻取的破碎的岩心在没有外约束力的情况下较为松散，不易进入到取心腔内，进而导致取心率低、回次进尺的长度短，且松散的岩心容易受到扰动，破坏了岩心的原状性，而现有的针对松散地层取心，在技术上往往会优化水力结构，减少钻井液对岩心的冲刷并优化机械结构，减少对岩心的机械扰动。然而经过实践得知，上述优化方案并不能从根本上解决上述问题，仅能够在一定程度上减少对岩心的扰动。

发明内容

本发明的目的是提供一种取心钻头及取心钻具，以解决上述现有技术存在的问题，提高取心率以及回次进尺的长度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种取心钻头，包括：钻头本体和膜袋放卷装置，所述钻头本体内设有容置槽，所述钻头本体的一端为钻取端，另一端用于连接于取心钻具外总成上，且所述钻头本体内用于插设部分岩心管，所述钻取端设有进口，所述钻头本体的钻取端用于钻取地层并使得钻取的岩心通过所述膜袋放卷装置进入到所述岩心管；

所述膜袋放卷装置设置于所述钻头本体的所述容置槽内，所述膜袋放卷装置上设置有膜袋，初始状态时，所述膜袋放卷装置上的膜袋能够将所述进口部分或完全遮挡；当所述钻头本体钻取的岩心向所述岩心管内移动时，岩心能够推动所述膜袋向所述岩心管内部移动，所述膜袋的横截面积小于所述岩心管内腔的横截面积。

优选的，所述膜袋具备弹性。

优选的，所述膜袋放卷装置包括支撑圈和多个滚动环，所述膜袋的横截面呈圆形，所述支撑圈呈环形，多个所述滚动环依次沿着所述支撑圈的周向套设于所述支撑圈上，所述滚动环能够在所述支撑圈上转动，所述膜袋缠绕收卷于多个所述滚动环外，所述膜袋与所述支撑圈同轴，所述钻头本体靠近所述钻取端的部分的内壁上设置有环形的容置槽，所述支撑圈、多个所述滚动环和缠绕于所述滚动环上的所述膜袋搁置于所述容置槽内。

优选的，所述钻头本体包括限位环和刚体，所述刚体呈套筒状，所述刚体两端均开口，所述刚体一端为所述钻取端，另一端用于连接于取心钻具外总成上，所述刚体靠近所述钻取端部分的内壁向所述刚体的中心轴线凸起，并形成一个垂直于所述刚体的中心轴线的限位面，所述限位环与所述刚体同轴，所述限位环能够拆卸安装于所述刚体的内壁上，所述限位环位于所述限位面背离所述钻取端的一侧，所述限位环、所述限位面以及所述限位环与所述限位面之间的所述钻头本体的内壁形成所述容置槽。

优选的，所述限位环设置有外螺纹，部分所述钻头本体的内壁上设有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，所述限位环螺纹连接于所述钻头本体上。

优选的，所述限位环朝向所述限位面的端面上设置有一环形凸起，所述环形凸起朝向所述限位面的一侧呈弧形，所述膜袋放卷装置被限位于所述环形凸起与所述限位面之间。

优选的，所述膜袋上连接有顶环，所述岩心能够顶推所述顶环，所述顶环拉动所述膜袋向所述岩心管内部移动。

优选的，所述顶环为轻质合金环。

本发明还提供了一种取心钻具，包括：如上所述的取心钻头。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供了一种取心钻头及取心钻具，其中，在现有的取心钻头的基础上增加了膜袋放卷装置，膜袋放卷装置用于在钻取的岩心外包覆一层膜袋，膜袋能够将进入到岩心管内的岩心约束成近似柱状的形状，且膜袋具备弹性，膜袋的横截面积小于岩心管内腔的横截面积，因此，上述设置能够约束破碎岩心为类圆柱形，减少岩心的松散性，以便于更多的岩心进入到岩心管内，进而提高了取心率以及回次进尺的长度；

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一提供的取心钻头的外观示意图；

图2为图1中的取心钻头初始状态时的剖面图；

图3为图1中的取心钻头钻取岩心后的剖面图；

图4为图1中的取心钻头中的膜袋放卷装置缠绕有膜袋时的剖面图；

图5为图4中A处的局部放大图；

图中：1-钻头本体、2-钻取端、3-膜袋放卷装置、301-支撑圈、302-滚动环、303-膜袋、304-顶环、5-限位环、6-岩心。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种取心钻头及取心钻具，以解决现有技术存在的问题，提高了取心率以及回次进尺的长度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供了一种取心钻头，如图1～5所示，包括：钻头本体1和膜袋放卷装置3，钻头本体1的一端为钻取端，另一端用于连接于取心钻具外总成上，且钻头本体1内用于插设部分岩心管，岩心管采取普通岩心管即可，钻取端设置有进口，钻取端紧挨岩心管下端，钻取端用于钻取地层并使得钻取的岩心通过膜袋放卷装置进入到岩心管；具体地，岩心管从钻头本体1的一端插设于钻头本体1内，岩心管内的腔体可容纳岩心；膜袋放卷装置3设置于钻头本体1内，膜袋放卷装置3上设置有膜袋303，初始状态时，膜袋放卷装置3上的膜袋303能够将进口部分或完全遮挡；当钻头本体1钻取的岩心6向岩心管内移动时，岩心6能够推动膜袋303向岩心管内部移动，膜袋303的横截面积小于岩心管内腔的横截面积；本方案尤其适用于破碎岩心的取心过程；

传统的钻头将钻取的岩心直接通过钻取端的进口进入到岩心管内，而本申请在进口处设置膜袋，使得进入到岩心管内的岩心外覆盖一层膜袋来束缚岩心；

本实施例提供的取心钻头在现有的取心钻头的基础上增加了膜袋放卷装置3，膜袋放卷装置3用于在进入到岩心管内的岩心外包覆一层膜袋303，膜袋303能够将进入到岩心管内的岩心约束成近似柱状的形状，且膜袋303的横截面积小于岩心管的横截面积，因此，上述设置能够约束破碎岩心为类圆柱形，减少岩心6的松散性，以便于更多的岩心进入到岩心管内，进而提高了取心率以及回次进尺的长度。

进一步的，为了实现膜袋放卷装置3在膜袋受到岩心6的推挤力时能够实现自动放卷，将膜袋放卷装置3设置为包括支撑圈301和多个滚动环302，膜袋的横截面呈圆形，膜袋为一端开口一端封闭的长条形袋体，支撑圈301呈环形，多个滚动环302依次沿着支撑圈301的周向套设于支撑圈301上，滚动环302能够在支撑圈301上转动，滚动环302绕着支撑圈301转动，膜袋缠绕收卷于多个滚动环302外，膜袋的开口朝向背离钻取端2的一侧，膜袋与支撑圈301同轴，钻头本体1靠近钻取端2的部分的内壁上设置有环形的容置槽，支撑圈301、多个滚动环302和缠绕于滚动环302上的膜袋搁置于容置槽内，在膜袋受到岩心的作用力时，滚动环302被动转动，进而实现对膜袋放卷的过程。

进一步的，钻头本体1包括限位环5和刚体，刚体呈套筒状，刚体两端均开口，刚体一端为钻取端2，另一端用于连接于取心钻具外总成上，刚体靠近钻取端2部分的内壁向刚体的中心轴线凸起，并形成一个垂直于刚体的中心轴线的限位面，限位环5与刚体同轴，限位环5能够拆卸安装于刚体的内壁上，限位环5位于限位面背离钻取端2的一侧，限位环5、限位面以及限位环5与限位面之间的钻头本体1的内壁形成容置槽，当完成一次取心后，将钻头本体1从取心钻具外总成上拆卸下来，并将限位环5取下，从刚体用于连接取心钻具外总成的开口处将装设有岩心6的膜袋取出，并换上收卷有新膜袋的膜袋放卷装置3以便于进行下次取心。

进一步的，限位环5设置有外螺纹，部分钻头本体1的内壁上设有与外螺纹相匹配的内螺纹，限位环5螺纹连接于钻头本体1上，以便于对限位环5进行拆装。

进一步的，限位环5朝向限位面的端面上设置有一环形凸起，环形凸起朝向限位面的一侧呈弧形，膜袋放卷装置3被限位于环形凸起与限位面之间，在起到限位作用的前提下，减小了限位环5与膜袋303之间的接触面积，进而降低两者之间的摩擦力，便于膜袋放卷装置和膜袋在放卷时滚动。

进一步的，膜袋303上连接有顶环304，岩心能够顶推顶环304，顶环304拉动膜袋303向岩心管内部移动。

进一步的，顶环304为轻质合金环。

实施例二

本实施例提供了一种取心钻具，包括：实施例一中的取心钻头。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种取心钻头，其特征在于：包括：钻头本体和膜袋放卷装置，所述钻头本体内设有容置槽，所述钻头本体的一端为钻取端，另一端用于连接于取心钻具外总成上，且所述钻头本体内用于插设部分岩心管，所述钻取端设有进口，所述钻头本体的钻取端用于钻取地层并使得钻取的岩心通过所述膜袋放卷装置进入到所述岩心管；

所述膜袋放卷装置设置于所述钻头本体的所述容置槽内，所述膜袋放卷装置上设置有膜袋，初始状态时，所述膜袋放卷装置上的膜袋能够将所述进口部分或完全遮挡；当所述钻头本体钻取的岩心向所述岩心管内移动时，岩心能够推动所述膜袋向所述岩心管内部移动，所述膜袋的横截面积小于所述岩心管内腔的横截面积；

所述膜袋放卷装置包括支撑圈和多个滚动环，所述膜袋的横截面呈圆形，所述支撑圈呈环形，多个所述滚动环依次沿着所述支撑圈的周向套设于所述支撑圈上，所述滚动环能够在所述支撑圈上转动，所述膜袋缠绕收卷于多个所述滚动环外，所述膜袋与所述支撑圈同轴，所述钻头本体靠近所述钻取端的部分的内壁上设置有环形的所述容置槽，所述支撑圈、多个所述滚动环和缠绕于所述滚动环上的所述膜袋搁置于所述容置槽内。

2.根据权利要求1所述的取心钻头，其特征在于：所述膜袋具备弹性。

3.根据权利要求1所述的取心钻头，其特征在于：所述钻头本体包括限位环和刚体，所述刚体呈套筒状，所述刚体两端均开口，所述刚体一端为所述钻取端，另一端用于连接于取心钻具外总成上，所述刚体靠近所述钻取端部分的内壁向所述刚体的中心轴线凸起，并形成一个垂直于所述刚体的中心轴线的限位面，所述限位环与所述刚体同轴，所述限位环能够拆卸安装于所述刚体的内壁上，所述限位环位于所述限位面背离所述钻取端的一侧，所述限位环、所述限位面以及所述限位环与所述限位面之间的所述钻头本体的内壁形成所述容置槽。

4.根据权利要求3所述的取心钻头，其特征在于：所述限位环设置有外螺纹，部分所述钻头本体的内壁上设有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，所述限位环螺纹连接于所述钻头本体上。

5.根据权利要求3所述的取心钻头，其特征在于：所述限位环朝向所述限位面的端面上设置有一环形凸起，所述环形凸起朝向所述限位面的一侧呈弧形，所述膜袋放卷装置被限位于所述环形凸起与所述限位面之间。

6.根据权利要求1所述的取心钻头，其特征在于：所述膜袋上连接有顶环，所述岩心能够顶推所述顶环，所述顶环拉动所述膜袋向所述岩心管内部移动。

7.根据权利要求6所述的取心钻头，其特征在于：所述顶环为轻质合金环。

8.一种取心钻具，其特征在于：包括：权利要求1～7任意一项所述的取心钻头。

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