CN213627439U - 一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头，包括外钻头、内钻头及钻头本体，所述钻头本体具有由前至后孔径依次递增的三阶梯孔，所述外钻头固设于钻头本体前端的外环壁，外钻头设置有多个切削翼，相邻两个切削翼之间形成导流槽，所述内钻头可拆卸安装于三阶梯孔的小径孔段，三阶梯孔的大径孔段与较大径孔段之间的一级台阶面开设有与导流槽连通的水眼，三阶梯孔的较大径孔段开设有环槽，所述环槽用于装设密封圈。上述碎软煤层密闭取芯钻头避免了钻井液对破碎煤芯的冲刷，降低了钻进过程中钻头壁对煤芯的剥蚀作用，内钻头先于外钻头进入煤层，有助于提高煤层密闭取芯的采取率和地面钻井碎软煤层密闭取芯煤层气含量测定的成功率。
Description
技术领域
本实用新型涉及地面钻井密闭取芯气含量精准测定技术领域，具体涉及一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头。
背景技术
碎软煤层因煤体结构破碎，煤层气(瓦斯)逸散速度快，采用常规取芯方式测定的煤层气(瓦斯)含量小于实际煤层气含量，易造成煤层气资源量估算不准、煤层瓦斯危险程度认识不足，给煤层气(瓦斯)资源的勘探开发和煤矿的安全生产留下隐患。地面钻井煤层密闭取芯技术能够定点、快速地钻取煤芯，并能保证煤芯在钻孔内提升、地面测定全程的密闭，避免煤芯暴露造成煤层气 (瓦斯)逸散，可实现煤层气(瓦斯)含量精准测定。
密闭取芯装置一般采用多层结构，取芯装置整体直径大，而取芯内筒孔径小。采用常规取芯钻头取芯不仅钻进效率低、煤芯采取率低，而且碎软煤层往往采取不到煤芯样品。常规取芯钻头采取不到碎软煤层煤芯样品的原因主要有：一是钻井液对钻头前方煤层的冲蚀导致煤体被冲丢；二是取芯钻进过程中取芯钻头宽厚外壁的剥蚀作用会导致煤芯被钻丢；三是取芯钻头内壁与取芯内筒之间流出高压水的冲刷作用也会引起煤芯丢失。因此，针对碎软煤层和密闭取芯的现状，亟需设计并试制一种针对地面钻井碎软煤层密闭取芯的钻头，以决碎软煤层密闭取芯采取率低、采取不到煤芯的现象。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头，通过改变取芯钻头的结构，提高地面钻井煤层密闭取芯的煤芯采取率。
为实现上述目的，本实用新型提供的一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头，包括外钻头、内钻头以及管状结构的钻头本体，所述钻头本体的中心孔为由前至后孔径依次递增的三阶梯孔，所述外钻头固设于钻头本体前端的外环壁，外钻头外环壁的周向上间隔设置有多个切削翼，任意相邻两个切削翼之间形成导流槽，每个切削翼均镶嵌有外切削齿和保径齿，所述内钻头的后端与三阶梯孔的小径孔段可拆卸连接，所述内钻头的前端面沿钻头本体轴向凸于外钻头的前端面，内钻头的前端面均匀设有多个内切削齿，所述三阶梯孔的大径孔段与较大径孔段之间的一级台阶面开设有与导流槽连通的水眼，所述三阶梯孔的较大径孔段周向上开设有环槽，所述环槽用于装设隔断大径孔段与较小径孔段的密封圈。
基于上述，内钻头的前端面凸于外钻头的前端面，可使内钻头先于外钻头进入煤层，迫使煤体进入内钻头，取芯内筒的下端卡在小径孔段与较小径孔段形成三级台阶面上，并通过装设于环槽内的密封圈封堵、或减少通过取芯内筒下端头与钻头本体内壁间隙的钻井液进入内钻头，在三阶梯孔的大径孔段与较大径孔段之间的一级台阶面开设水眼，可将取芯内筒与钻头本体内壁之间的钻井液通过水眼导向导流槽，这样既可以冷却外钻头和冲洗排渣，又可以避免钻头前方煤层的被过度冲蚀导致煤芯冲丢。
本实用新型的碎软煤层密闭取芯钻头避免了通过水眼的钻井液对破碎煤芯的冲刷和钻头本体间隙的钻井液对进入内钻头空腔煤芯的冲刷，降低了钻进过程中钻头壁对煤芯的剥蚀作用，内钻头先于外钻头进入煤层，有助于提高煤层密闭取芯的采取率和地面钻井碎软煤层密闭取芯煤层气含量测定的成功率。
为更好的实现上述方案，优选地，所述内钻头的后端与钻头本体的前端通过螺纹连接。
优选地，所述水眼的中轴线外偏钻头本体的中轴线8°-12°。
优选地，所述外切削齿的切削面与内切削齿的切削面之间的长度不低于50mm。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本实用新型实施例一的一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3为图2中A-A向剖视图；
附图标记中：
钻头本体1、水眼11、大径孔段121、较大径孔段122、较小径孔段123、小径孔段124、环槽125、一级台阶面126；
外钻头2、切削翼21、导流槽22、外切削齿23、保径齿24；
内钻头3。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
参阅图1至图3，本实施例公开一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头，包括钻头本体1、外钻头2和内钻头3。
其中，钻头本体1为管状结构，其前端为中空圆台结构，钻头本体1的中心孔为由前至后孔径依次递增的三阶梯孔，所述外钻头2固设于钻头本体1前端的外环壁，外钻头2外环壁的周向上间隔设置有多个切削翼21，任意相邻两个切削翼21之间形成导流槽22，每个切削翼21均镶嵌有外切削齿23和保径齿24，所述内钻头3的后端与三阶梯孔的小径孔段124可拆卸连接，所述内钻头3的前端面沿钻头本体1轴向凸于外钻头2的前端面，内钻头3的前端面均匀设有多个内切削齿31，所述三阶梯孔的大径孔段121与较大径孔段122之间的一级台阶面126开设有与导流槽22连通的水眼11，所述三阶梯孔的较大径孔段122周向上开设有环槽125，所述环槽125用于装设隔断大径孔段121与较小径孔段123的密封圈。
基于上述方案，煤层取芯井钻进至设计取芯深度后停钻，提出井内所有钻具，拆卸下无心钻头，将内钻头3与钻头本体1连接成一体，并一起安装于密闭取芯装置前端，密闭取芯装置另一端与取芯钻杆最前端连接，其中，安装后，环槽125在密闭取心装置上的对应位置是取心内筒前端支承铜套的中部，支承铜套的前端抵靠于三阶梯孔的小径孔段124与较小径孔段123之间的三级台阶面上。
采用依次接续取芯钻杆的方式，将碎软煤层密闭取芯钻头与密闭取芯装置输送至钻井井底，冲洗钻孔后，即可开始钻取煤芯。在钻取煤芯时，钻井液依次通过取芯钻杆内部、取芯装置内部，然后通过水眼11高速流出，从水眼11 流出的钻井液可对外钻头2进行冷却，并带走被外钻头2外环壁上的破碎的煤屑，使外钻头2持续不断的高效钻进。
在本实施例中，外钻头2具有与钻头本体1圆台外环壁相配合的圆台内壁，外钻头2与钻头本体1通过圆台外环壁与圆台内壁相配合焊接成一体。
在本实施例中，内钻头3的后端与钻头本体1的前端通过螺纹连接，这样方便拆卸更换内钻头3。
在本实施例中，外钻头2外环壁的周向上均布有四个切削翼21，每个切削翼21均布有一组外切削齿23和一组保径齿24，相邻两个外切削齿23之间设置两个水眼11，每个水眼11的中轴线外偏钻头本体1的中轴线8°-12°，优选地，水眼11的中轴线外偏钻头本体1的中轴线10°，这样保证钻井液既能冷却外钻头2和冲洗排渣，又能避免钻井液对外钻头2前方煤体过度冲蚀而导致煤体缺失。
在本实施例中，外切削齿23的材料优选金刚石复合片，外切削齿23以镶焊的形式镶嵌在切削翼21上，内切削齿31和保径齿24的材料优选硬质合金，内切削齿31用于旋进切削煤体，保径齿24可有效保护外钻头2的保径不缩径，使外钻头2平稳旋进。
在本实施例中，外切削齿23的切削面与内切削齿31的切削面之间的长度不低于50mm，在取芯过程中，可根据煤层赋存地质条件、煤体破碎程度和井况等影响因素选择不同长度的内钻头3，也就是说，一外钻头2可以与多个不同口径、不同长度的内钻头3连接，由此可扩大碎软煤层密闭取芯钻头适用范围，同时获得煤层气逸散最少的煤芯。
本实施例提供的一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头通过改变水眼11的结构，避免了通过水眼11的钻井液对破碎煤芯的冲刷和钻头本体1间隙的钻井液对进入内钻头3空腔煤芯的冲刷，降低了钻进过程中钻头壁对煤芯的剥蚀作用，内钻头3先于外钻头2进入煤体，有助于提高了煤层密闭取芯采取率和地面钻井碎软煤层密闭取芯煤层气含量测定的成功率，另外，内钻头3 与钻头本体1螺配连接，可实现钻头本体1连接多种不同规格的内钻头3。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (4)
1.一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头，包括管状结构的钻头本体(1)，所述钻头本体(1)的前端为中空圆台结构，其特征在于：还包括外钻头(2)和内钻头(3)；
所述钻头本体(1)的中心孔为由前至后孔径依次递增的三阶梯孔，所述外钻头(2)固设于钻头本体(1)前端的外环壁，外钻头(2)外环壁的周向上间隔设置有多个切削翼(21)，任意相邻两个切削翼(21)之间形成导流槽(22)，每个切削翼(21)均镶嵌有外切削齿(23)和保径齿(24)，所述内钻头(3)的后端与三阶梯孔的小径孔段(124)可拆卸连接，所述内钻头(3)的前端面沿钻头本体(1)轴向凸于外钻头(2)的前端面，内钻头(3)的前端面均匀设有多个内切削齿(31)，所述三阶梯孔的大径孔段(121)与较大径孔段(122)之间的一级台阶面(126)开设有与导流槽(22)连通的水眼(11)，所述三阶梯孔的较大径孔段(122)周向上开设有环槽(125)，所述环槽(125)用于装设隔断大径孔段(121)与较小径孔段(123)的密封圈。
2.根据权利要求1所述的一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头，其特征在于，所述内钻头(3)的后端与钻头本体(1)的前端通过螺纹连接。
3.根据权利要求1所述的一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头，其特征在于，所述水眼(11)的中轴线外偏钻头本体(1)的中轴线8°-12°。
4.根据权利要求1所述的一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头，其特征在于，所述外切削齿(23)的切削面与内切削齿(31)的切削面之间的长度不低于50mm。
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| CN202022038847.2U CN213627439U (zh) | 2020-09-17 | 2020-09-17 | 一种适用于地面钻孔的碎软煤层密闭取芯钻头 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115874914A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-03-31 | 陕西晖煌建筑劳务有限公司 | 一种桥梁施工用钻进装置 |
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2020
- 2020-09-17 CN CN202022038847.2U patent/CN213627439U/zh active Active
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