CN203145879U - 一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具，该取心钻具包括井底马达、冲击器、半合管取心工具和底喷取心钻头，其特征在于：井底马达的驱动轴下端与冲击器的上端连接，冲击器的下端与半合管取心工具的上端连接，半合管取心工具的下端与底喷取心钻头相连接，井底马达与半合管取心工具及底喷取心钻头传动连接，冲击器给半合管取心工具提供冲击力，冲击器给底喷取心钻头提供振动力。本产品不仅能在破碎地层钻进中提高回次取心钻进长度和机械钻速，而且能获取原结构状的岩心，并且能节约能源、减少孔内事故、降低钻杆柱的磨损、防止钻孔孔斜。

Description

一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具

技术领域

本实用新型涉及一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心作业工具，尤其是一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具，可广泛应用于科学钻探、石油钻井、煤田勘探、地质勘探等领域。

背景技术

现有在地质勘探、石油钻井、煤田勘探、科学钻探中钻取岩心所用的取心工具通常包括常规取心工具和特殊取心工具。在地质勘探中进行破碎地层取心作业时常用喷射式反循环取心工具、屏蔽式孔底双循环取心工具、底喷式取心工具等，但破碎的岩心易堵塞在内管内导致回次取心钻进长度短、施工成本高、施工时间长，同时获取的破碎状岩心在地面出心时易破坏原结构状；在石油钻井中进行破碎地层取心作业时大都采用特殊取心工具，如橡胶筒取心工具、反循环取心工具、密闭取心工具、保压取心工具等，但这些特殊取心工具使用成本高、使用工艺技术复杂。

另在破碎地层中钻进时，孔壁稳定性差，高速回转的钻杆柱对孔壁的敲打，更易发生钻孔垮塌和卡钻、埋钻等严重事故。因此，在破碎地层中取心钻进难，获取破碎岩心困难大，取心钻进效果差。

因此，现有取心钻具存在缺陷，需要进行改进。

发明内容

本实用新型目的在于提供能节约能源、降低钻杆柱的磨损、防止钻孔孔斜的一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具。

本实用新型的技术方案是：一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具，包括井底马达、冲击器、半合管取心工具和底喷取心钻头，所述井底马达的驱动轴下端与冲击器的上端连接，所述冲击器的下端与半合管取心工具的上端连接，所述半合管取心工具的下端与底喷取心钻头相连接，所述井底马达给半合管取心工具及底喷取心钻头提供碎岩扭矩（也就是说，井底马达与半合管取心工具及底喷取心钻头传动连接），所述冲击器给半合管取心工具及底喷取心钻头提供碎岩冲击力及岩心顺利进入半合管的振动力。

作为优选，所述的井底马达为螺杆马达或涡轮马达。

作为优选，所述的冲击器为液动冲击器，所述液动冲击器可以是阀式双作用冲击器、射流式冲击器、射吸式冲击器、阀式正作用冲击器或阀式反作用冲击器。

作为优选，所述的半合管取心工具为单动双管取心工具，所述单动双管取心工具可以是普通单动半合管取心工具、双级单动半合管取心工具或开式单动半合管取心工具。

作为优选，所述半合管取心工具中的半合管可以为卡箍箍抱式半合管、牙嵌自锁式半合管或卡板侧卡式半合管。

作为优选，所述的底喷取心钻头可以为电镀金刚石底喷钻头、热压金刚石底喷钻头或复合片底喷钻头。

本实用新型所述的组合式取心钻具由井底马达驱动回转，钻进时钻杆柱敲打孔壁小、动力消耗小和钻杆柱的磨损小；由孔底液动冲击器施加冲击力及振动力，在破碎地层取心钻进时岩心不堵塞、回次取心钻进长度长、机械钻速高和钻孔孔斜小，由半合管取心工具储存底喷取心钻头钻取的破碎岩心，在地面出岩心时保持了原结构状；由底喷取心钻头钻取破碎地层，底喷水眼隔离了钻井液对破碎岩心的冲刷，使破碎地层的岩心采取率得以保证；因此，本实用新型所述的组合式取心钻具能有效改善破碎地层取心钻进的效果。另外，在使用本实用新型所述的组合式取心钻具进行取心钻进时，可以让钻杆柱以较低的转速回转，实现双回转钻进，在钻孔孔深较深时让轴向压力顺利地传递到底喷取心钻头上有效地破碎岩石。最后，经试验，本实用新型所述的组合式取心钻具具有在破碎地层中取心钻进不少于500m、综合取心钻进效率提高50％～100%的技术效果。

与前述现有同类产品相比，本实用新型的有益效果是能克服现有的破碎地层取心钻进岩心易堵塞、回次取心钻进长度短、钻进效率低、岩心原结构状差、钻孔易垮塌的不足，该组合式取心钻具不仅完全能解决上述取心工具存在的问题，而且能节约能源、降低钻杆柱的磨损、防止钻孔孔斜。

本实用新型的内容结合以下实施例作更进一步的说明，但本实用新型的内容不仅限于实施例中所涉及的内容。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图的轴向剖视图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中所述的一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具，包括井底马达1、冲击器2、半合管取心工具3和底喷取心钻头4，其特征在于：所述井底马达1的驱动轴下端与冲击器2的上端连接，所述冲击器2的下端与半合管取心工具3的上端连接，所述半合管取心工具3的下端与底喷取心钻头4相连接，所述井底马达1与半合管取心工具3及底喷取心钻头4传动连接，所述冲击器2给半合管取心工具3提供冲击力，所述冲击器2给底喷取心钻头4提供振动力。

本实施例中所述的井底马达1为螺杆马达。本实施例中所述的冲击器2为液动冲击器，所述液动冲击器为阀式双作用冲击器。本实施例中所述的半合管取心工具3为单动双管取心工具，所述单动双管取心工具为普通单动半合管取心工具。本实施例中所述半合管取心工具3中的半合管为卡箍箍抱式半合管。本实施例中所述的底喷取心钻头4为电镀金刚石底喷钻头。

具体来说，本实施例中所述的一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具包括井底马达1、冲击器2、半合管取心工具3和底喷取心钻头4，所述井底马达的上端与钻杆柱连接，所述井底马达的驱动轴5的下端与冲击器的上接头6由螺纹相连接。所述井底马达驱动轴5由上硬质合金轴承7、推力球轴承8和下硬质合金轴承9支撑在井底马达外壳10内，所述井底马达驱动轴5的上端设置有井底马达动力轴连接结构，此处该动力轴连接结构为螺纹连接头11，在井底马达驱动轴外壳10的上端具有井底马达外壳连接结构，此处为连接接口12。所述冲击器由冲击器上接头6、上阀13、缸套14、上活塞15、心阀16、冲锤17、冲击器外管18、传功座密封套19、传功座20、密封套21、花键套22和带外花键下接头23构成。所述冲击器的下端的带外花键下接头23和半合管取心工具上接头24由螺纹相连接，所述取心工具的下端的下扩孔器25和底喷取心钻头4由螺纹相连接。所述半合管取心工具由内总成和外总成构成，所述内总成通过轴承26悬挂在外总成内并由扶正环27扶正，形成单动。所述内总成由卡簧28、卡簧座29、短节30、半合管31、半合管接头32、钩头楔键33、背帽34、心轴35和轴承26构成，储存底喷取心钻头4钻取的岩心并在提钻时通过卡簧28和卡簧座29的锥面配合卡断和卡取岩心。所述半合管31由两瓣的半合管用卡箍或牙嵌、卡板固定形成一个整体岩心管，储存底喷取心钻头4钻取的岩心，在地面出岩心时通过打开固定半合管的卡箍或牙嵌、卡板等，揭开平躺在地面上的半合管31上面的一瓣半合管，原结构状的岩心平躺在另一瓣半合管里，避免岩心在地面从岩心管内出心时的错乱。所述外总成由下扩孔器25、外管36、上扩孔器37、轴承腔38、压盖39和半合管取心工具上接头24构成。在取心工具外总成的半合管取心工具上接头24和上扩孔器37之间设置了轴承腔38，以便于安装中系列推力球轴承，轴承安装采用不密封方式，利用钻井液润滑和冷却轴承。在取心工具外总成上设置了上扩孔器37和下扩孔器25，以便于修整底喷取心钻头4碎岩后形成的钻孔的轨迹，同时增强了取心工具的同轴性、有利于钻孔防斜。在半合管接头32和背帽34之间设置了钩头楔键33，以便于半合管接头32周向固定在心轴35上。所述底喷取心钻头4的底部内侧开有底喷水眼40，钻井液通过底喷水眼40流出，冷却底喷取心钻头4的金刚石工作层、携带岩粉，避免冲刷将进入钻头内的岩心，提高破碎地层的岩心采取率。

该组合式取心钻具利用钻杆柱下入孔内，在取心钻进过程中，半合管取心工具及底喷取心钻头4由井底动力驱动，井底马达经井底马达驱动轴5、冲击器上接头6、冲击器外管18、花键套22、带外花键下接头23、半合管取心工具上接头24、上扩孔器37、外管36和下扩孔器25给底喷取心钻头4提供碎岩扭矩，不回转的钻杆柱能减少钻杆柱对孔壁的敲打、避免钻孔的垮塌及卡钻、埋钻事故，同时能有效节约能源、降低钻杆柱的磨损；冲击器经带外花键下接头23、半合管取心工具上接头24、上扩孔器37、外管36和下扩孔器25给底喷取心钻头4提供碎岩冲击力及岩心顺利进入半合管的振动力，能有效避免破碎岩心在半合管内的堵塞，延长破碎地层回次取心钻进长度，同时可明显提高钻进效率，降低钻进成本；轴向压力经不回转的钻杆柱、井底马达外壳10、推力球轴承8、井底马达驱动轴5、冲击器上接头6、冲击器外管18、花键套22、带外花键下接头23、半合管取心工具上接头24、上扩孔器37、外管36和下扩孔器25给底喷取心钻头4提供碎岩压力。可以让钻杆柱以较低的转速回转，实现双回转钻进，在钻孔孔深较深时让轴向压力顺利地传递到底喷取心钻头4上有效地破碎岩石。这里，底喷取心钻头在井底动力驱动回转、井底动力驱动冲击碎岩的情况下，采用比常规取心钻进小的轴向压力，有利于钻孔防斜。

所述井底马达把由地表泵送的高压钻井液的液压能量，转化为能驱动钻头破碎岩石进行回转钻进的机械能。所述冲击器把地表泵送的高压钻井液的液压能量，转化为能驱动钻头冲击破碎岩石进行冲击钻进的机械能。所述半合管取心工具把底喷取心钻头4破碎岩石钻取的岩心容纳在其中。所述底喷取心钻头以环状端面破碎岩石，获取圆柱状岩心。所述底喷取心钻头4由金刚石工作层和钻头钢体构成，金刚石工作层采用电镀、热压烧结或镶焊复合片的方法加工，内外保径采用聚晶和金刚石混镶的方法，内外保径较高，以便于防斜。

综上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本实用新型的技术范畴。

Claims (6)

1.一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具，包括井底马达、冲击器、半合管取心工具和底喷取心钻头，其特征在于：所述井底马达的驱动轴下端与冲击器的上端连接，所述冲击器的下端与半合管取心工具的上端连接，所述半合管取心工具的下端与底喷取心钻头相连接，所述井底马达与半合管取心工具及底喷取心钻头传动连接，所述冲击器给半合管取心工具提供冲击力，所述冲击器给底喷取心钻头提供振动力。

2.根据权利要求1所述的一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具，其特征在于所述的井底马达为螺杆马达或涡轮马达。

3.根据权利要求1所述的一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具，其特征在于所述的冲击器为液动冲击器，所述液动冲击器为阀式双作用冲击器、射流式冲击器、射吸式冲击器、阀式正作用冲击器或阀式反作用冲击器。

4.根据权利要求1所述的一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具，其特征在于所述的半合管取心工具为单动双管取心工具，所述单动双管取心工具为普通单动半合管取心工具、双级单动半合管取心工具或开式单动半合管取心工具。

5.根据权利要求1或4所述的一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具，其特征在于所述半合管取心工具中的半合管为卡箍箍抱式半合管、牙嵌自锁式半合管或卡板侧卡式半合管。

6.根据权利要求1所述的一种改善破碎地层取心钻进效果的组合式取心钻具，其特征在于所述的底喷取心钻头为电镀金刚石底喷钻头、热压金刚石底喷钻头或复合片底喷钻头。

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