CN204511346U - 一种定向造斜取心钻具 - Google Patents

Abstract

一种定向造斜取心钻具，它包括外管总成、内管总成和取心钻头，所述内管总成包括从上至下依次连接的打捞装置、弹卡机构和取心内管；所述外管总成包括分动装置、传扭装置、卡固伸缩装置和弯壳体，所述分动装置连接传扭装置与卡固伸缩装置，所述弯壳体位于卡固伸缩装置的下部，取心钻头位于弯壳体底部。上述钻具能够在各种垂直段、造斜段及水平段连续取心。

Description

一种定向造斜取心钻具

技术领域

本实用新型涉及矿产勘探领域，特别是一种能够定向取心的勘探钻机。

背景技术

目前常规的地质勘探钻机取心主要采用回转直井取心法，由于没有专门的定向钻进造斜段取心钻具，对于需要水平取心或造斜段取心只能在坑道或隧道内进行，同时，如需要采用井底动力钻具实施定向施工，无法钻取造斜井段岩心，即定向钻进造斜段时不能取心。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种定向造斜取心钻具，所述钻具能够在各种垂直段、造斜段及水平段连续取心。

本实用新型的技术问题是以下述技术方案实现的：

一种定向造斜取心钻具，它包括外管总成、内管总成和取心钻头，所述内管总成包括从上至下依次连接的打捞装置、弹卡机构和取心内管；所述外管总成包括分动装置、传扭装置、卡固伸缩装置和弯壳体，所述分动装置连接传扭装置与卡固伸缩装置，所述弯壳体设置于卡固伸缩装置的下部，取心钻头位于弯壳体底部。

上述定向造斜取心钻具，所述卡固伸缩装置包括卡固伸缩块、膨胀橡胶和卡固管，所述膨胀橡胶为直筒状橡胶筒，卡固伸缩块位于膨胀橡胶的外侧，对应于卡固伸缩块的卡固管管壁上开有通孔。

上述定向造斜取心钻具，所述内管总成还包括定向测量装置，所述定向测量装置包括测量仪器、引鞋、定向键和定向接头，所述定向键位于定向接头上，引鞋上方固定测量仪器。

本实用新型根据地质和地面条件，在不采用井底动力钻具的情况下，利用常规绳索取芯钻机进行回转钻进，就能实现直井段连续绳索取心，同时又能实现定向造斜钻进和水平定向钻进，并进行定向造斜井段及水平井段连续取心，解决了造斜段及水平段定向钻孔时不能连续取心的技术难题。

钻具的分动装置能够实现定向测量与回转钻进功能，卡固伸缩块作为专门的卡固机构，在定向完毕后提供固定定向方向的卡固力。钻具外管加有弯壳体，弯壳体抵住井壁产生侧向力。在三者共同作用下，整套钻具在孔内定向后能够连续造斜钻进，造斜钻进过程中取心内管容纳岩心，待岩心装满后，不需提取外管，只需绳索打捞上提内管总成即可取心。内管总成内部安装定向测量装置，可测量钻进的顶角、方位及工具面角，能够准确定位钻进方向。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型分动装置的结构示意图；

图3本实用新型定向测量装置的结构示意图。

图中各标号清单为：1、打捞装置，2、弹卡机构，3、定向测量装置，32、测量仪器，33、引鞋，34、定向键，35、定向接头，4、取心内管，5、传扭装置，51、传扭接头、52、传扭管6、卡固伸缩装置，61、卡固管，62、卡固伸缩块，63、膨胀橡胶， 7、分动装置，71、分动接头，72、压缩弹簧，73、分动活塞， 8、弯壳体，9、取心钻头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，一种定向造斜取心钻具，钻具包括外管总成、内管总成和取心钻头9。外管总成包括传扭装置5、卡固伸缩装置6、分动装置7和弯壳体8，外管总成全部由螺纹连接。所述分动装置7连接扭转装置5与卡固伸缩装置6，卡固伸缩装置6的下部设置弯壳体8，所述取心钻头9位于弯壳体8的底部。内管总成包括打捞装置1、弹卡机构2、定向测量装置3和取心内管4。内管总成各部件从上至下依次由螺纹连接成一体。内管总成进入外管总成并悬挂后，弹卡机构2张开可防止内管总成上窜。

如图2所示，所述扭转装置5包括扭转接头51和扭转管52，扭转接头51连接定向测量装置3和分动装置7，位于取心内管4外侧的扭转管52延伸到扭转接头51下部。所述分动装置7包括分动接头71、压缩弹簧72和分动活塞73，分动活塞73为环状，一侧凸起，分动接头71相对应的位置上为凹槽。分动装置7在非钻进时处于常闭状态，即分动活塞73在压缩弹簧72的作用下处于啮合状态。其开启的泵压压力为P₀、复位压力为P₁，并且P₀ ＞P₁，分动装置在泥浆压差的作用下泵压压力到达P₀时，泵压施压给压缩弹簧72，压缩弹簧72收缩，分动活塞73上行，使卡固管61和分动接头71分离，将卡固管61与上部钻具脱开，由中间的传扭管52将上部钻具的钻压和扭矩向下传递给取心钻头9进行钻进，卡固伸缩装置6卡固在井壁保持不动，钻具进入钻进状态。当进行定向时，降低泵压至P₁，压缩弹簧72复位，分动活塞73下行，传扭装置5和卡固伸缩装置6啮合，钻具为非钻进状态。      

卡固伸缩装置包括卡固管61、卡固伸缩块62和膨胀橡胶63，膨胀橡胶63为直筒状橡胶筒，两端由配件固定在管壁上，卡固伸缩块62位于膨胀橡胶63的外侧，卡固管61在卡固伸缩块62的位置开有天窗，没有开泵钻进时，卡固伸缩块62位于卡固管61内侧。定向测量装置3和分动装置7都在卡固伸缩装置6之上。卡固伸缩装置6处于常缩状态，设卡固伸缩装置6的启动泵压压力为P₁，其钻进时泵压压力为P₀，且P₀＞P₁。下钻时停泵下入到井底进行定向时，将泵压调至P₁，此压力下膨胀橡胶63膨胀，将长条状的卡固伸缩块62顶出 ，伸出部分抵住井壁上，使卡固伸缩装置6不会跟随上部钻具一起旋转，保证钻进方向。定向完毕后将泵压调至P₀，进行定向造斜钻进。完成取心任务后，释压，停泵，膨胀橡胶63缩回，卡固伸缩块62回收至卡固管61内，即可轻松上提钻具至地表。

如图3所示，钻具上部内管总成中的定向测量装置3内容纳测量仪器32，可在钻进前进行钻孔定向及孔底姿态测量工作。定向测量装置3还包括引鞋33、定向键34和定向接头35，定向测量装置3安置于绳索打捞装置1下部，随同内管总成一同下入井底。定向测量装置3通过定向键34固定在管壁上，引鞋33坐于定向键34上，引鞋33上方固定测量仪器32，定向键34与测量仪器32保持固定的相对位置，此时测量仪器的数值能正确显示位于孔底的仪器的真实状态，进而通过测量仪器进行正确定向。通过外部的定向接头35与下半部的卡固伸缩装置的伸缩位置保持相对固定。定向测量装置3与传扭装置5通过螺纹连接，两者同时旋转并同时停止旋转。

以下对本实用新型的工作过程做进一步说明：

固体矿产勘探作业时，本实用新型与常规地质勘探钻机和绳索取心钻杆配套，进行定向造斜钻进工作，同时完成绳索取心作业。开始定向钻进取心时，首先外管总成的卡固伸缩装置6及分动装置7啮合同步下入井底，此时卡固伸缩块62处于收缩状态。在分动装置7的压缩弹簧72的作用下卡固管61和分动接头71紧密啮合，保证二者在下井过程中同步转动以满足定向要求。钻具下到井底时下入取心钻具的内管总成。开泵至一定压力P₁，卡固伸缩块62伸出卡固在孔壁上，测量仪器32进行测斜，即利用测斜仪器测量数据，提出仪器到地表，通过地表设备读取数据。测斜完毕后，继续增加泵压至P₀（P₀ ＞P₁），在压力的作用下压缩弹簧72收缩，分动活塞73上行，使卡固管61与分动接头71脱离，此时开动钻机，使主动钻杆旋转同时加压进行造斜取心钻进，取心钻头9在轴向压力及侧向造斜力的共同作用下钻进造斜，卡固管61及卡固伸缩块62随取心钻头9及传扭管52一同定向滑行。钻进结束后再由定向测量装置3测量钻进方位角、顶角及工具面角，并可通过旋转方式调节弯壳体8，改变钻进参数。

当取心内管4充满岩心后，用绳索打捞出内管总成，取出岩心。继续钻取岩心需再次投入内管总成。作业完毕停泵，泵压减小至P₁，卡固伸缩块62缩回，同时压缩弹簧72伸长，分动活塞73下行进入分动接头71，使卡固管61和分动接头71啮合，可将取心钻具顺利提至地表。

Claims (3)

1.一种定向造斜取心钻具，其特征在于，它包括外管总成、内管总成和取心钻头（9），所述内管总成包括从上至下依次连接的打捞装置（1）、弹卡机构（2）和取心内管（4）；所述外管总成包括分动装置（7）、传扭装置（5）、卡固伸缩装置（6）和弯壳体（8），所述分动装置（7）连接扭转装置（5）与卡固伸缩装置（6），所述弯壳体（8）设置于卡固伸缩装置（6）的下部，取心钻头（9）位于弯壳体（8）底部。

2.根据权利要求1所述的定向造斜取心钻具，其特征在于，所述卡固伸缩装置包括卡固管（61）、卡固伸缩块（62）和膨胀橡胶（63），所述膨胀橡胶（63）为直筒状橡胶筒，卡固伸缩块（62）位于膨胀橡胶（63）的外侧，对应于卡固伸缩块（62）的卡固管（61）管壁上开有通孔。

3.根据权利要求2所述的定向造斜取心钻具，其特征在于，所述内管总成还包括定向测量装置（3），所述定向测量装置（3）包括测量仪器（32）、引鞋（33）、定向键（34）和定向接头（35），所述定向键（34）位于定向接头（35）上，引鞋（33）上方固定测量仪器（32）。