CN113585997A - 一种用于干、湿钻法钻取岩心的可控局部热熔钻头 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适用于干、湿钻法钻取岩心的可控局部热熔钻头。胎体为有轴孔的管状件，胎体的上端有外螺纹，用于与单管岩心管固连，胎体的中部圆周方向均布有卡爪槽，卡爪槽内通过销轴、扭簧固定卡爪，在无外力时，卡爪伸入胎体轴孔内，将卡爪向上扳动嵌入胎体的卡爪槽内注热熔胶，使卡爪与胎体在常温下固连。它取心率高，同岩心直径所钻的钻井井径最小，可节约人力物力，热熔部分可现场加工制作，成本低廉，钻头可反复使用，可以适应不同地层的单岩心管取心作业。

Description

一种用于干、湿钻法钻取岩心的可控局部热熔钻头
技术领域
本发明涉及一种钻头，特别是一种用于干、湿钻法钻取岩心的可控局部热熔钻头。
背景技术
在矿产勘探和开发过程中，需要按地质设计的地层层位和深度，开展钻进工作，向井内下入取心工具，钻取出岩石的样品。岩心是了解地下地层和含矿特征最直观、最实际的资料。有井壁取心和钻井取心两种方式，以后者为主，井壁取心是钻井取心失败后的一种补救手段。钻井取心为了获取≥90％的较高岩心采取率，采用的取心工艺有普通钻杆+双管单动取心和绳索取心两种，但这两种工艺的缺点是：1)均采用了双管取心，故为了满足岩心直径的要求(直径是做岩心实验的一个硬性参数)，必须采用增大井径的方法来满足，如设计要求直径≥70mm，石油钻井采用双管单动取心的井径最小为
Figure BSA0000248009490000014
有时为方便施工常采用
Figure BSA0000248009490000011
的井径；地勘(矿)小口径采用绳索取心井径最小为
Figure BSA0000248009490000012
若采用可控局部热熔钻头的井径为
Figure BSA0000248009490000013
即可。2)采用增大井径的方法来满足岩心直径的要求，必定采用功率较大的钻井设备，无形中增加了人员、动力等方面的经济成本。3)绳索取心时的绳索钻杆受井深和绳索取心工艺受钻进地层的限制，如P级绳索目前报道最深钻深为2700m；绳索取心工艺不适合在白垩系、侏罗系等易造桨地层中施工。4)P级绳索取心钻具是现有绳索取心钻具规格的最大规格，比
Figure BSA0000248009490000015
大一级直径的岩心很少采用绳索钻具取心；
若采用普通钻杆+单管岩心管+常规钻头组合取心，该工艺不受井深和地层的限制，采用最小口径，采取最大的岩心，但因受地层岩性不同和卡心方法不同的影响，导致取心率忽高忽低，取心率无法得到保证，其卡取岩心有卡料、卡簧、卡爪等卡心方法，分述如下：1)卡料卡心是在回次进尺起钻前，由钻杆内投入卡料，经多次上下窜动钻具，促使卡料落到钻头处来卡取岩心，但常因卡料不到位或卡料与地层不匹配，导致卡不住岩心或卡心不牢，在起钻中途岩心脱落，而出现“跑空管”的现象；2)卡簧、卡爪卡心是钻具入井前，在钻头的内部提前放入卡簧、卡爪，取心时，岩心进入单管岩心管后将卡簧、卡爪顶起，在回次进尺起钻前，卡簧、卡爪卡取岩心，但常因卡簧、卡爪选型与地层、钻头内锥度面不匹配而出现磨心、岩心进入单管岩心管困难或起钻中途岩心脱落而影响岩心采取率。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种用于干、湿钻法钻取岩心的可控局部热熔钻头，它取心率高，同岩心直径所钻井径最小，可节约人力物力，热熔部分可现场加工制作，成本低廉，钻头可反复使用，可以适应不同地层的单岩心管取心作业。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：胎体为有轴孔的管状件，胎体的上端有外螺纹，用于与单管岩心管固连，胎体的中部圆周方向均布有卡爪槽，卡爪槽内通过销轴、扭簧固定卡爪，在无外力时，卡爪伸入胎体轴孔内，将卡爪向上扳动嵌入胎体的卡爪槽内注热熔胶，使卡爪与胎体在常温下固连。
本发明具有下列有点：1)、解决了使用单管岩心管起钻途中易掉心、取心率不能≥90％的技术难题，使用单管岩心管+可控局部热熔钻头钻具组合的取心率完全能达到绳索取心、双管单动取心的取心率；2)、解决了因地层造浆严重，无法采用绳索取心，单管取心率不能满足要求的煤田孔、地勘孔、铀勘孔等小口径勘探的取心问题；3)、解决了干钻法取心干钻时间不易掌握的技术难题：干钻法取心时，干钻时间短，易卡心不牢，起钻中途掉心；干钻时间长，易造成烧钻事故；该可控局部热熔钻头在起钻前只需干钻3min～15min，此时的井底温度，远远小于烧钻的温度，而又远远大于热熔胶的熔点，热熔胶融化，卡爪在弹簧力的作用下，弹出，卡取岩心，直接起钻，不用考虑卡心不牢、中途掉心和烧钻事故，是干、湿钻法取心的“傻瓜”钻头；4)、同样岩心直径，单管岩心管取心比采用绳索取心、双管单动取心的井径小一级，故采用的钻井设备相对较小，可节约大量人力、物力等经济资源；5)钻头热熔部分可在施工现场自己加工制作，不影响钻头的重复使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明主视图；
图2为图1中正常钻心时的A-A剖视图；
图3为图2中B-B局部剖视图；
图4为图1中取钻心时的A-A剖视图；
图5为图4中的C-C剖视图。
具体实施方式
如图1-3所示，胎体1为有轴孔5的管状件，胎体1的上端有外螺纹，用于与单管岩心管(图中未画出)固连，胎体1的中部圆周方向均布有卡爪槽7，卡爪槽7内通过销轴4、扭簧3固定卡爪2，在无外力时，卡爪2伸入胎体轴孔内，如图4、5所示，将卡爪2向上扳动嵌入胎体1的卡爪槽7内注热熔胶，使卡爪2与胎体1在常温下固连。
所述胎体1的下端为与胎体1一体的钻头唇部，先车铣水口，再镶焊硬质合金或PDC片。
根据钻头胎体直径的大小不同，所述的卡爪槽7、销轴4、扭簧3和卡爪2的结构均布2-6组。
所述的热熔胶选择根据勘探区井温测井的已知井内温度来确定，井内不同井深的井内温度不同。通常，1000m的井正常井底温度在35℃～40℃，1500m的井正常井底温度在45℃～50℃，根据井内不同的温度选择不同熔点的热熔胶，确保热熔胶的熔点温度大于井底温度30℃以上，再根据热熔胶的熔点温度，通过地面试验取得钻头热熔胶融化的干钻时间。湿钻法钻进取心时，钻头合金克取岩石产生的热量被循环泥浆带走，井底温度低于热熔胶的熔点而成固结状态，坚硬，不透水，充填中部胎体的间隙及凹陷部分，固定卡爪2、弹簧3、销轴4，使钻井液从水口处流出；回次钻进起钻前干钻时，因钻头合金与地层高速旋转摩擦产生热量，温度急剧升高，温度超过热熔胶的熔点而融化，成胶体或液体状态，卡爪2、弹簧3都处在自由状态。
所述热熔胶的充填方法：将所有的卡爪2向上扳动使其嵌入卡爪槽7内，在胎体1的中部轴孔5内置入零间隙配合的内圆钢管(图中未画出)，在胎体1的中部外套零间隙配合的外圆钢管(图中未画出)，外圆钢管的壁上有充填孔，从充填孔处倒入融化的热熔胶溶液；静置放热，待温度低于热熔胶溶点，且固化后，拆除内圆钢管和外圆钢管即可。
钻遇地层简表 表1
Figure BSA0000248009490000031
Figure BSA0000248009490000041
设计取心要求为：岩心直径不小于70mm，平均采取率不得低于65％；重要标志层以及矿层与矿层顶板、底板各3m～5m范围的采取率不小于75％；矿层厚度按设计计算，单回次采取率不小于75％，且每回次进尺不大于3m。
因地层造浆的原因，无法采用绳索取心钻进，采用
Figure BSA0000248009490000042
单管岩心管+
Figure BSA0000248009490000043
常规钻头取心钻进，采用卡簧、卡料等卡心，岩心采取率无法满足设计要求，干钻取心因温度不易控制，曾导致烧钻事故两次，多次岩心未烧死，跑多趟空管，岩心取心率无法满足设计要求。
采用
Figure BSA0000248009490000044
单管岩心管+
Figure BSA0000248009490000045
可控局部热熔钻头的钻具组合钻头取心钻进，起钻前采用干钻3min～15min，整孔岩心采取率可达90％以上，满足了设计要求。

Claims (3)

1.一种用于干、湿钻法钻取岩心的可控局部热熔钻头，其特征在于：胎体(1)为有轴孔(5)的管状件，胎体(1)的上端有外螺纹，用于与单管岩心管固连，胎体(1)的中部圆周方向均布有卡爪槽(7)，卡爪槽(7)内通过销轴(4)、扭簧(3)固定卡爪(2)，在无外力时，卡爪(2)伸入胎体轴孔内，将卡爪(2)向上扳动嵌入胎体(1)的卡爪槽(7)内注热熔胶，使卡爪(2)与胎体(1)在常温下固连。
2.根据权利要求1所述的适用于干、湿钻法钻取岩心的可控局部热熔钻头，其特征在于：所述胎体(1)的下端为与胎体(1)一体的钻头唇部，先车铣水口，再镶焊硬质合金或PDC片。
3.根据权利要求1所述的适用于干、湿钻法钻取岩心的可控局部热熔钻头，其特征在于：所述的卡爪槽(7)、销轴(4)、扭簧(3)和卡爪(2)的结构有2-6组。
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