CN213063513U - 一种套管取芯钻进装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种套管取芯钻进装置，包括安全接头，所述安全接头一端的变径连接头通过螺纹连接有取芯筒与套管，所述套管套设于所述取芯筒外且二者同轴线设置，所述取芯筒与所述套管的末端分别设置有取芯钻头与跟管钻进钻头。本实用新型的取芯钻进装置采用内外双管的设置，套管可以保护内部的取芯筒进行钻进取芯并提高钻具的刚度，同时套管可以释放进行护壁，保证钻具稳定地穿越煤层火烧区、采空区。

Description

一种套管取芯钻进装置

技术领域

本实用新型涉及地质勘探技术领域，特别地涉及一种套管取芯钻进装置。

背景技术

在煤田勘探开采过程中，由于煤层自燃和上部煤层的开采，会形成火烧区、采空区。火烧区、采空区接受地表水、松散含水层及基岩含水层水的补给，对下部煤层的开采造成很大的威胁，矿井非常容易发生涌水而造成煤矿水害和灾难性事故。

由于地下煤层自燃带来的高温使原岩层破碎、熔蚀并重新胶结，从而产生大量的裂隙、空洞；远离煤层的岩石受烘烤颜色变为红色，煤层顶底板熔融，煤层自燃后残留煤灰形成空洞。火烧导致孔壁围岩十分破碎，钻孔成形条件差；泥浆全孔漏失，孔内垮塌严重，容易掉块，在煤层附近会发生掉钻、卡钻及埋钻现象；钻具没有孔壁约束导向，孔斜非常容易超标；采空区内由于充气压力较大，钻探揭露后，出现由钻孔内往外排风现象；取出的少量煤芯松散呈碎末状或无煤芯。

目前通过火烧区、采空区采取的措施主要有全孔下套管、水泥堵漏及其他堵漏方法，但是以上方法具有诸多缺陷。例如，全孔下套管要增加扩孔和套管成本，并且增加钻探周期，如下部地层松软，套管因自身的重量下坠还会发生跑管事故，不但井孔会报废，而且套管也会损失；水泥堵漏需要侯凝，施工周期长，并且水泥浆注入后不能立即凝固，就会朝四周流走，使得水泥用量非常大。

实用新型内容

针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种套管取芯钻进装置，在穿越火烧区、采空区时，可有效提高钻进效率、钻进效果，同时可以起到护壁作用，保证钻具安全穿越火烧区、采空区。

本实用新型的一种套管取芯钻进装置，包括安全接头，所述安全接头一端的变径连接头通过螺纹连接有取芯筒与套管，所述套管套设于所述取芯筒外且二者同轴线设置，所述取芯筒与所述套管的末端分别设置有取芯钻头与跟管钻进钻头。

在一个实施方式中，所述取芯筒的末端伸出至所述套管末端的外部。

在一个实施方式中，所述安全接头包括相互连接并能沿轴线相对移动的上接头与下接头，所述变径连接头设置在所述下接头的末端。

在一个实施方式中，所述上接头与所述套管的外壁之间设置有多个连接二者的销钉，所述上接头内部设置有能够驱动所述下接头相对所述上接头轴向移动的驱动结构。

在一个实施方式中，所述驱动结构包括设置在所述上接头内部的轴向的流道以及所述流道内部设置的活塞杆，所述流道靠近所述上接头末端的开口为内径向外逐渐增大的喇叭口，所述活塞杆连接所述下接头。

在一个实施方式中，所述上接头连接所述下接头的一端设置有第一连接部、所述下接头连接所述上接头的一端设置有第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部均为半圆筒状，所述第一连接部与所述第二连接部相互卡接并组成完整的圆筒。

在一个实施方式中，所述上接头末端内部靠近所述喇叭口处设置有用于连接钻杆的内螺纹。

在一个实施方式中，所述取芯筒与所述套管之间具有环形的间隙，所述间隙的宽度为10mm。

在一个实施方式中，所述跟管钻进钻头采用薄壁金刚石钻头。

在一个实施方式中，所述套管与所述变径连接头的连接处设置有密封圈。

上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本实用新型的目的。

本实用新型提供的一种套管取芯钻进装置，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：

本实用新型的取芯装置采用套管与取芯筒的双层结构，提高了取芯钻具的刚度、质量，有效地控制了钻孔偏斜，提高了钻孔质量。在钻进过程中，套管也起到井眼护壁的作用，避免了单纯使用单管取芯钻进时钻孔坍塌、掉块；并可以保护内部的取芯筒与取芯钻头，使装置更好地进行钻进取芯作业，提高了破碎地层的岩心采取率。即使出现卡钻事故，本取芯装置也可以通过释放套管在井孔内作护壁套管，来保证内层的取心钻具的安全回收，进而继续钻进。从而适应火烧区、采空区复杂的地质情况。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本实用新型进行更详细的描述。其中：

图1显示了本实用新型的套管取芯钻进装置的结构示意图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

1-安全接头，11-上接头，111-第一连接部，112-内螺纹，12-下接头，121-第二连接部，2-取芯筒，21-取芯钻头，3-套管，31-跟管钻进钻头，4-变径连接头，5-销钉，6-驱动结构，61-流道，611-喇叭口，62-活塞杆，7-间隙。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型的一种套管取芯钻进装置，包括安全接头1，安全接头1一端的变径连接头4通过螺纹连接有取芯筒2与套管3，套管3套设在取芯筒2外且二者同轴线设置，取芯筒2与套管3的末端分别设置有取芯钻头21与跟管钻进钻头31。

具体地，取芯筒2、套管3、取芯钻头21以及跟管钻进钻头31组成钻头部分，取芯筒2与取芯钻头21组成取芯钻具，安全接头1用于连接钻头部分与钻杆。钻进过程中，取芯钻头21进行钻进取芯，岩心容纳至取芯筒2中，而跟管钻进钻头31起到扩孔的作用。

套管3的作用：在钻进过程中起到井眼护壁的作用，避免了单纯使用单管取芯钻进时钻孔坍塌、掉块，套管3可以不断重复扫孔、扩孔的过程，有效地缩短了工作时间；保护内部的取芯筒2与取芯钻头21，使装置更好地进行钻进取芯作业，提高了破碎地层的岩心采取率；有效地保护取芯钻具的安全，提高成孔机率，降低废孔风险，即使出现卡钻事故，也可以释放套管3在井孔内作护壁套管3，内层的取心钻具照样能安全回收，继续钻进；与取芯筒2组成的双筒结构提高了取芯钻具的刚度、质量，有效地控制了钻孔偏斜，提高了钻孔质量。

优选地，跟管钻进钻头31采用薄壁金刚石钻头。

优选地，取芯筒2的末端伸出至套管3末端的外部。这样设计使得取芯筒2连接取芯钻头21的末端稍稍伸出套管3，保证了钻进取芯的正常进行。

在一个实施例中，安全接头1包括相互连接并能沿轴线相对移动的上接头11与下接头12，变径连接头4设置在下接头12的末端。

在一个实施例中，上接头11与套管3的外壁之间设置有多个连接二者的销钉5，上接头11内部设置有能够驱动下接头12相对上接头11轴向移动的驱动结构6。

具体地，销钉5用于连接套管3与上接头11，保证套管3与上接头11同步旋转并保证套管3与安全接头1连接的稳定性，进而套管3在钻杆的驱动下进行扩孔。而驱动结构6则是用于驱动下接头12整体相对上接头11移动，进而可以通过移动拉伸来剪切销钉5，在必要时通过该方式破坏套管3与上接头11的连接结构，进而为释放套管3护壁提供条件。在销钉5剪切后，套管3只通过螺纹与安全接头1的变径连接头4连接，释放套管3时，通过钻机驱动安全接头1反转，此时套管3与安全接头1的变径连接头4产生相对旋转进而分离，套管3即被释放。

在一个实施例中，驱动结构6包括设置在上接头11内部的轴向的流道61以及流道61内部设置的活塞杆62，流道61靠近上接头11末端的开口为内径向外逐渐增大的喇叭口611，活塞杆62连接下接头12。

具体地，驱动结构6的动力来源是钻进液的液体压力，驱动结构6使用时，在井口向钻杆中投入球体，球体进入到安全接头1的上接头11内部的流道61处，球体在喇叭口611处堵塞流道61并与活塞杆62接触，如附图图1所示。随着钻进液的不断泵入钻杆，堵塞的流道61使液体压力增大进而推动球体与活塞杆62移动，活塞杆62推动下接头12相对上接头11轴向移动，进而套管3相对上接头11移动并将销钉5剪切。

在一个实施例中，上接头11连接下接头12的一端设置有第一连接部111、下接头12连接上接头11的一端设置有第二连接部121，第一连接部111与第二连接部121均为半圆筒状，第一连接部111与第二连接部121相互卡接并组成完整的圆筒。

具体地，第一连接部111与第二连接部121相互卡接，在销钉5剪切时二者并完全不分离，进而可以利用二者的卡接结构使上接头11将钻机的反转传递至下接头12，保证套管3的顺利释放。

在一个实施例中，上接头11末端内部靠近喇叭口611处设置有用于连接钻杆的内螺纹112。

具体地，内螺纹112用于使安全接头1与上部钻杆进行连接。

在一个实施例中，取芯筒2与套管3之间具有环形的间隙7，间隙7的宽度为10mm。

具体地，间隙7为钻井液的循环提供通道，钻井液通过钻杆进入至间隙7中并流至钻头处，而后通过套管3与井壁之间向井口循环流出。

在一个实施例中，套管3与变径连接头4的连接处设置有密封圈。

具体地，密封圈用于保证套管3与变径连接头4之间的密封性，进而保证钻井液的正常循环。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本实用新型，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本实用新型的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本实用新型的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (10)

1.一种套管取芯钻进装置，其特征在于，包括安全接头，所述安全接头一端的变径连接头通过螺纹连接有取芯筒与套管，所述套管套设于所述取芯筒外且二者同轴线设置，所述取芯筒与所述套管的末端分别设置有取芯钻头与跟管钻进钻头。

2.根据权利要求1所述的套管取芯钻进装置，其特征在于，所述取芯筒的末端伸出至所述套管末端的外部。

3.根据权利要求1所述的套管取芯钻进装置，其特征在于，所述安全接头包括相互连接并能沿轴线相对移动的上接头与下接头，所述变径连接头设置在所述下接头的末端。

4.根据权利要求3所述的套管取芯钻进装置，其特征在于，所述上接头与所述套管的外壁之间设置有多个连接二者的销钉，所述上接头内部设置有能够驱动所述下接头相对所述上接头轴向移动的驱动结构。

5.根据权利要求4所述的套管取芯钻进装置，其特征在于，所述驱动结构包括设置在所述上接头内部的轴向的流道以及所述流道内部设置的活塞杆，所述流道靠近所述上接头末端的开口为内径向外逐渐增大的喇叭口，所述活塞杆连接所述下接头。

6.根据权利要求3至5任一项所述的套管取芯钻进装置，其特征在于，所述上接头连接所述下接头的一端设置有第一连接部、所述下接头连接所述上接头的一端设置有第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部均为半圆筒状，所述第一连接部与所述第二连接部相互卡接并组成完整的圆筒。

7.根据权利要求5所述的套管取芯钻进装置，其特征在于，所述上接头末端内部靠近所述喇叭口处设置有用于连接钻杆的内螺纹。

8.根据权利要求1所述的套管取芯钻进装置，其特征在于，所述取芯筒与所述套管之间具有环形的间隙，所述间隙的宽度为10mm。

9.根据权利要求1所述的套管取芯钻进装置，其特征在于，所述跟管钻进钻头采用薄壁金刚石钻头。

10.根据权利要求1所述的套管取芯钻进装置，其特征在于，所述套管与所述变径连接头的连接处设置有密封圈。

Images