CN220036572U - 一种导正塔式钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种导正塔式钻具，外管总成，包括外管、弹卡室、弹卡档头和勘探机构，勘探机构包括第二钻头和第一钻头，第一钻头的外径小于第二钻头的外径；内管总成，包括内管，还包括打捞组件、弹卡组件和到位报信组件,分布于外管总成内，弹卡组件通过到位报信组件与内管连接，打捞组件用于与打捞器连接以提取内管总成，弹卡组件用于将内管与外管总成可拆卸连接，到位报信组件用于检测内管是否到达钻进位置。该导正塔式钻具通过第一钻头和第二钻头形成台阶式的勘探机构，且第一钻头的外径小于第二钻头的外径，使得钻探过程中，第一钻头能够起到良好的导向限位，不易偏斜，且通过打捞组件方便提取内管总成以实现绳索取芯。

Description

一种导正塔式钻具

技术领域

本实用新型涉及塔式钻具技术领域，尤其是涉及一种导正塔式钻具。

背景技术

在石油或地质勘探钻井过程中，经常会遇见在地层倾角大、高陡构造带、山前逆掩推覆体区域等复杂地质条件下钻深井、超深井，尤其是钻深探井、超深探井时,普遍要求防斜打快和安全低成本。为了减少井斜的发生，降低后续钻进、测井和完井作业的风险，通常使用各类被动防斜钻具进行勘探，如塔式钻具。

塔式钻具是由直径不同的几种钻铤组成的钻柱下部组合，如公告号为CN204040902U的中国实用新型专利公开的塔式防斜钻具，使用时，直径大的钻头在下，直径小的钻头在上，使得整个钻探部分呈宝塔形，其特点是下部钻柱重量大、刚度大、重心低，与井眼的间隙小，钻头工作平稳，因此在直井段钻进不易井斜。

但是，上述塔式钻具，结构固定，功能单一，且无法满足绳索取芯的需要，钻探过程中，无法对钻头唇面进行清洗冷却，导致钻头长期处于高温状态，缩短使用寿命，影响勘探效果。

因此，有必要对现有技术中的导正塔式钻具进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种功能多样、方便绳索取芯、能够在钻探过程中对钻头进行冲洗冷却、延长使用寿命、并保证勘探效果的导正塔式钻具。

为实现上述技术效果，本实用新型的技术方案为：一种导正塔式钻具，包括：

外管总成，所述外管总成包括同轴心线且依次连接的外管、弹卡室、弹卡档头和勘探机构，所述勘探机构包括固定于所述外管远离所述弹卡室一端的第二钻头和同轴心线设置于所述第二钻头远离所述弹卡室一端的第一钻头，所述第一钻头的外径小于所述第二钻头的外径；

内管总成，所述内管总成包括设置于所述外管总成内侧且通过卡簧座和卡簧与所述第二钻头同轴心线连接的内管，还包括打捞组件、弹卡组件和到位报信组件,沿所述第一钻头和所述第二钻头分布方向依次分布于所述外管总成内，所述弹卡组件通过所述到位报信组件与所述内管连接，所述打捞组件用于与打捞器连接以提取所述内管总成，所述弹卡组件用于连接内管与所述外管总成，所述到位报信组件用于检测所述内管是否到达钻进位置。

优选的，为了实现丰富该钻具的功能，以适用于不同场景，所述第一钻头与所述第二钻头可拆卸连接。

优选的，为了实现第一钻头与第二钻头之间的可拆卸连接，所述第一钻头与所述外管总成相邻的一端同轴心线固定连接有第一扩孔器，所述第二钻头与所述外管总成相邻的一端同轴心线固定连接有第二扩孔器，所述第一扩孔器和所述第二扩孔器之间设置有短节，所述短节的两端分别与所述第一扩孔器和所述第二扩孔器螺纹连接。

优选的，为了避免钻探过程中钻孔直径缩小，同时起到稳定钻具扶正第一钻头和第二钻头，所述短节与所述第一钻头相邻的一端与所述第一扩孔器螺纹连接，所述第二扩孔器与所述短节远离所述第一钻头的一端螺纹连接。

优选的，为了方便装配与搬运，所述外管沿自身轴向依次分布有多个，且相邻两个外管通过第三扩孔器可拆卸固定连接。

优选的，为了改善冲洗液的护壁效果，减少破碎地层塌孔、掉钻、超径，保证防斜效果，所述外管包括与所述弹卡室相邻的上部外管、设置于所述上部外管和所述勘探机构之间的下部外管，所述上部外管的外径小于所述下部外管的外径。

优选的，为了实现钻探过程中内管与外管总成的单动性能，所述弹卡组件包括设置于所述弹卡室内的弹卡架以及设置于所述弹卡架的弹卡钳和弹卡钳弹簧，所述弹卡钳包括绕垂直于所述外管总成周向转动且转动方向相反的两个钳臂，所述弹卡钳弹簧通过两个限位块分别带动两个所述钳臂同时张开抵接于所述弹卡室内壁和所述弹卡档头的端部。

优选的，为了使得卡簧座与第一钻头斜坡处保持一定的间隙，避免损坏卡簧座与第一钻头，并进一步改善水流的冷却效果，所述弹卡组件和所述到位报信组件之间还设置有悬挂组件，所述悬挂组件包括与所述弹卡架固定连接的悬挂环和同轴心线固定于所述外管总成内的座环，所述悬挂环设置于所述座环背对所述勘探机构的一侧，所述悬挂环的外径大于所述座环的内径。

优选的，为了检测内管是否到达钻进位置，所述到位报信组件包括穿设于所述座环内侧且与所述悬挂环连接的悬挂接头，所述悬挂接头远离所述悬挂环的一端设置有连接轴，所述连接轴与所述勘探机构相邻的一端设置有单向阀，另一端设置于所述悬挂接头的内侧且正对设置有钢球架，所述钢球架上设置有钢球，所述连接轴外滑动有滑套，所述滑套通过压缩弹簧连接有平垫圈。

优选的，为了实现方便到位报信组件与内管的连接，所述滑套通过弹簧套与所述内管螺纹连接。

综上所述，本实用新型导正塔式钻具与现有技术相比，通过第一钻头和第二钻头形成台阶式的勘探机构，且第一钻头的外径小于第二钻头的外径，使得钻探过程中，第一钻头能够起到良好的导向限位，不易偏斜，且通过打捞组件方便提取内管总成以实现绳索取芯。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的仰视图；

图3是图2的A-A向剖面图；

图4是图3的A部放大图；

图5是图3的B部放大图；

图6是图3的C部放大图；

图7是图3的D部放大图；

图8是图3的E部放大图；

图9是图3的F部放大图；

图10是图3的G部放大图；

图11是本实用新型勘探机构的结构示意图；

图12是图11的爆炸示意图；

图13是本实用新型外管总成的结构示意图；

图14是本实用新型的部分结构示意图；

图15是图14的爆炸示意图；

图16是图14的部分结构示意图；

图17是图16的爆炸示意图；

图18是图14的部分结构示意图；

图19是图18的爆炸示意图；

图中：100、第一钻头；200、第二钻头；300、内管；400、弹卡档头；500、弹卡室；600、第一扩孔器；700、第二扩孔器；800、短节；900、外管；110、第三扩孔器；120、弹卡架；130、弹卡钳；140、弹卡钳弹簧；150、悬挂环；160、座环；170、悬挂接头；180、连接轴；190、单向阀；191、阀球；210、钢球架；211、钢球；220、弹簧套；230、捞矛头；240、捞矛座；250、第一圆柱销；260、回收管；270、捞矛弹簧；280、第二圆柱销；290、定位压块；310、螺栓；320、压板；330、第三圆柱销；340、第四圆柱销；350、限位块；360、第一螺母；370、隔片；380、报信胶圈；390、第一轴承；410、第二轴承；420、滑套；430、压缩弹簧；440、平垫圈；450、自锁螺母；460、挡圈；470、卡簧座；480、卡簧；490、扶正环；510、直通式压注油杯。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1-图19所示，本实用新型的导正塔式钻具，包括：

外管总成，外管总成包括同轴心线且依次连接的外管900、弹卡室500、弹卡档头400和勘探机构，勘探机构包括固定于外管900远离弹卡室500一端的第二钻头200和同轴心线设置于第二钻头200远离弹卡室500一端的第一钻头，第一钻头100的外径小于第二钻头200的外径；

内管总成，内管总成包括设置于外管总成内侧且通过卡簧座470和卡簧480与第二钻头同轴心线连接的内管300，还包括打捞组件、弹卡组件和到位报信组件,沿第一钻头100和所述第二钻头200分布方向依次分布于外管总成内，弹卡组件通过所述到位报信组件与内管300连接，打捞组件用于与打捞器连接以提取内管300，弹卡组件用于连接内管300与外管总成，到位报信组件用于检测内管300是否到达钻进位置。

本实用新型的导正塔式钻具使用时，第一钻头100位于第二钻头200的下方，第一钻头100首先与地层接触，进行钻孔，在地层表面形成钻孔，利用形成的钻孔对钻具钻进进行导向限定，防止偏斜，具体的，第一钻头100的外径为95mm，第二钻头200的外径为122mm，采用上述设计后，使得第一钻头100和第二钻头200组合形成塔式结构的勘探机构，超前段的第一钻头100相比于普通导正器和台阶钻头，具有更良好的导正效果，有效减少了钻进过程中发生的偏斜，当然，第一钻头100和第二钻头200的外径也可以设计成其他数值，仅需要保证第二钻头200内径大于第一钻头100外径；且钻进过程中，方便通过内管300间的环状间隙向第一钻头100唇面和第二钻头200唇面进行冲洗冷却，以达到对第一钻头100和第二钻头200冲洗冷却的效果，延长第一钻头100和第二钻头200的使用寿命，并保证二者的钻探效果；不仅如此，利用弹卡组件方便将内管300固定于外管总成内，防止内管300串动，钻进后，利用打捞器连接打捞内管总成，向上提取内管300，从而完成绳索取芯。

进一步的改进是，第一钻头100与第二钻头200可拆卸连接。采用上述设计后，使得该钻具具有多种功能，当第一钻头100与第二钻头200时，该钻具为具有导正防偏斜功能的塔式钻具，当第一钻头100从第二钻头200上拆卸时，写成普通钻具，此外，通过第一钻头100和第二钻头200的可拆卸连接，方便对第一钻头100进行更换维护，当第一钻头100损坏时，仅需拆下进行更换，无需对整个勘探机构进行更换，降低了塔式钻具的维护成本。

勘探机构的具体结构如图9-图12所示，第一钻头100与外管总成相邻的一端同轴心线固定连接有第一扩孔器600，第二钻头200与外管总成相邻的一端同轴心线固定连接有第二扩孔器700，第一扩孔器600和第二扩孔器700之间设置有短节800，短节800的两端分别与第一扩孔器600和第二扩孔器700螺纹连接；短节800与第一钻头100相邻的一端与第一扩孔器600螺纹连接，第二扩孔器700与短节800远离第一钻头100的一端螺纹连接。

进一步具体的，第一钻头100螺纹连接有第一扩孔器600，第二钻头200螺纹连接有第二扩孔器700，第一钻头100钻身的周向外缘与第一扩孔器600的周向外缘相连且位于同一圆柱面，第二钻头200钻身的周向外缘与第二扩孔器700的周向外缘相连且位于同一圆柱面，从而达到了修正孔径的效果，防止第一钻头100和第二钻头200磨损后导致钻孔直径缩小，致使新钻头下不到孔底或者被挤坏，其次起到了稳定钻具，扶正钻头的作用；此外，还可以保持第一钻头100和第二钻头200的孔径，防止第一钻头100和第二钻头200的早期磨损，延长第一钻头100和第二钻头200的使用寿命。

第二钻头200的内侧设置有贯穿其内腔且为筒状的短节800，短节800的两端分别螺纹连接于第一扩孔器600的周向内壁和第二扩孔器700的周向内壁，短节800与第一钻头100相邻的一端同轴心线固定连接有扶正环490，扶正环490的周向外缘与第一扩孔器600的周向内壁相贴合；第一钻头100的内侧还同轴心线设置有卡簧座470，卡簧座470固定于内管300的端部且其内壁上固定有卡簧480。

进一步的，外管900沿自身轴向依次分布有多个，且相邻两个外管900通过第三扩孔器110可拆卸固定连接；外管900包括与弹卡室500相邻的上部外管901、设置于上部外管901和所述勘探机构之间的下部外管902，上部外管901的外径小于下部外管902的外径。

具体的，如图1和图3所示，本实用新型中的外管900通过第三扩孔器110同轴心线连接有三个，三个外管900中，与弹卡室500相邻的外管900为上部外管901，其外径为89mm，长度为258mm，剩余两个外管900为下部外管902，两个下部外管902外径均为117.5mm，长度为1.3m,第三扩孔器110为金刚石扩孔器。钻进时，上部外管901位于两个下部外管902的上方，与弹卡室500同轴心线固定连接，上部外管901的周向内壁与弹卡室500端部的周向外缘螺纹连接，位于底部的下部外管902，其端部周向外缘螺纹连接于第二扩孔器700的周向内壁。

通过设置第三扩孔器110，起到扶正和修正孔壁，保证孔径不收缩，并利用第三扩孔器110、第二钻头200、上部外管901和两个下部外管902使得整个钻具具有刚、直、满的特点，保证了结构的强度和钻进时的稳定性，在破碎地层钻进时，由于钻孔孔径为122mm，而上部的外管900外径为89mm，使得钻进时在上部外管900处形成了超大的环形空间隙，让使用高稠度冲洗液成为可能，通过高稠度的冲洗液，保证了良好的护壁效果，减少了破碎地层时发生塌孔、掉钻和超径。

进一步的改进是，弹卡组件包括设置于弹卡室500内的弹卡架120以及设置于弹卡架120的弹卡钳130和弹卡钳弹簧140，弹卡钳130包括绕垂直于外管总成周向转动且转动方向相反的两个钳臂，弹卡钳弹簧140用于带动两个钳臂张开抵接于弹卡室500内壁和弹卡档头400的端部。

具体的，如图5、图16和图17所示，弹卡档头400一端的周向外缘螺纹连接于弹卡室500一端的周向内壁上，弹卡档头400和弹卡室500的内侧设置有回收管260，回收管260的内侧设置有弹卡架120，回收管260的管壁上设置有沿自身周向延伸且正对的两个第一条形通孔，弹卡架130通过第四圆柱销340连接有弹卡钳130，弹卡钳130的两个钳臂端部与第四圆柱销340连接，钳臂夹紧部位位于第一条形通孔的内侧，弹卡架120通过第三圆柱销330连接有限位块350，限位块350位于弹卡钳130远离勘探机构的一侧，限位块350设置有两个，且通过第三圆柱销330相转动连接，两个限位块350与两个钳臂一一对应连接，弹卡架120上设置有正对的两个第二条形通孔，第三圆柱销330的两端分别滑动于两个第二条形通孔内，且第三圆柱销330的端部与回收管260连接，回收管260和弹卡架120之间还设置有弹卡钳弹簧140，弹卡架120远离勘探机构的一端通过螺栓310固定连接有压板320，弹卡钳弹簧140抵接于限位块350和压板320之间。

当内管300沿外管总成内壁下放时，弹卡钳130在弹卡钳弹簧140的作用下张开一定角度，下放到弹卡室500时，两个钳臂抵接在弹卡室500内壁上，此时，上有弹卡档头400，可防止内管300向上串动，外有弹卡室500，可限制弹卡钳130的进一步张开。在钻进时借助弹卡档头上的拨叉，带动弹卡钳130，使内管300钻杆一起转动，以免因相对运动造成弹卡钳130的磨损。

如图6、图16和图17所示，回收管260远离勘探机构的一端通过第二圆柱销280连接有捞矛座240，捞矛座240远离勘探机构的一端通过第一圆柱销250连接有捞矛头230，捞矛头230与弹卡组件相邻的一端固定有定位压块290，定位压块290外套设有捞矛弹簧270，捞矛座240上设置有正对的两个第三条形通孔，沿平行于内管300的长度方向延伸，第二圆柱销280的两端分别滑动于两个第三条形通孔内。在捞取岩芯时，将打捞器放入钻杆内，靠重锤和水压快速前进，当打捞钩抓取捞矛头230后，可将内管300提上来。

进一步的改进是，弹卡组件和到位报信组件之间还设置有悬挂组件，悬挂组件包括与弹卡架120固定连接的悬挂环150和同轴心线固定于外管总成内的座环160，悬挂环150设置于座环160背对勘探机构的一侧，悬挂环150的外径大于座环160的内径，如图6、图15和图18所示，悬挂环150固定于弹卡架120靠近勘探机构的一端，座环160抵接于弹卡室500远离弹卡档头400的一端。悬挂机构包括悬挂环150和座环160，悬挂环150的外径尺寸稍大于座环160的内径，悬挂环150座落在座环160上后，内管300下方的卡簧座470与第一钻头100内台阶之间一般保证2-4mm的间隙，以防止损坏卡簧座470与第一钻头100，并保证内管300的单动性能，并使得水流能更好的冷却第一钻头100。

进一步的改进是，所述到位报信组件包括穿设于座环160内侧且与悬挂环150连接的悬挂接头170，悬挂接头170远离悬挂环150的一端设置有连接轴180，连接轴180与所述勘探机构相邻的一端设置有单向阀190，另一端设置于悬挂接头170的内侧且正对设置有钢球架210，钢球架210上设置有钢球211，连接轴180外滑动有滑套420，滑套420通过压缩弹簧430连接有平垫圈440；滑套420通过弹簧套220与内管300螺纹连接。

具体的结构如图7、图8、图18和图19所示，悬挂接头170固定于弹卡架120的一端且二者之间设置有钢球架210，钢球架210上设置有装配孔，装配孔内设置有与其相适配的钢球211，连接轴180的一端伸入悬挂接头170远离弹卡架120的一端且螺纹连接有第一螺母360，另一端外套设有弹簧套220，弹簧套200与内管300螺纹连接。连接轴180上设置有凸台，凸台与弹簧220之间设置有报信胶圈380、隔片370、第一轴承390和滑套420，滑套420上设置有直通式压注油杯510，滑套420与弹簧套220螺纹连接，滑套420滑动于连接轴180上且背对报信胶圈380的一端设置有第二轴承410，第二轴承410通过压缩弹簧430连接有平垫圈440，平垫圈440远离压缩弹簧430的一端抵接于自锁螺母450上，自锁螺母450螺纹连接于连接轴180的端部；弹簧套220与内管300相邻的一端内侧设置有单向阀190，单向阀190内设置有阀球191。

单向阀190用于排出内管300中的水流，水流原本冲击内管总成向前推进，内管300下放到外管总成的预定位置时，悬挂环150座落在座环160上碰撞产生声音，同时把冲洗液通道完全堵塞，迫使冲洗液改变流向，向下推动钢球211，直至使钢球211穿过钢球架210重新打开冲洗液通道，与此同时泵压表的压力数据明显升高，泵压变化范围约为4Mpa，表明内管300已到位，此时可以开始扫孔钻进。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种导正塔式钻具，其特征在于，包括：

外管总成，所述外管总成包括同轴心线且依次连接的外管（900）、弹卡室（500）、弹卡档头（400）和勘探机构，所述勘探机构包括固定于所述外管（900）远离所述弹卡室（500）一端的第二钻头（200）和同轴心线设置于所述第二钻头（200）远离所述弹卡室（500）一端的第一钻头，所述第一钻头（100）的外径小于所述第二钻头（200）的外径；

内管总成，所述内管总成包括设置于所述外管总成内侧且通过卡簧座（470）和卡簧（480）与所述第二钻头同轴心线连接的内管（300），还包括打捞组件、弹卡组件和到位报信组件,沿所述第一钻头（100）和所述第二钻头（200）分布方向依次分布于所述外管总成内，所述弹卡组件通过所述到位报信组件与所述内管（300）连接，所述打捞组件用于与打捞器连接以提取所述内管总成，所述弹卡组件用于连接内管（300）与所述外管总成，所述到位报信组件用于检测所述内管（300）是否到达钻进位置；

所述弹卡组件包括设置于所述弹卡室（500）内的弹卡架（120）以及设置于所述弹卡架（120）的弹卡钳（130）和弹卡钳弹簧（140），所述弹卡钳（130）包括绕垂直于所述外管总成周向转动且转动方向相反的两个钳臂，所述弹卡钳弹簧（140）通过两个限位块（350）分别带动两个所述钳臂同时张开抵接于所述弹卡室（500）内壁和所述弹卡档头（400）的端部；

所述弹卡组件和所述到位报信组件之间还设置有悬挂组件，所述悬挂组件包括与所述弹卡架（120）固定连接的悬挂环（150）和同轴心线固定于所述外管总成内的座环（160），所述悬挂环（150）设置于所述座环（160）背对所述勘探机构的一侧，所述悬挂环（150）的外径大于所述座环（160）的内径；

所述到位报信组件包括穿设于所述座环（160）内侧且与所述悬挂环（150）连接的悬挂接头（170），所述悬挂接头（170）远离所述悬挂环（150）的一端设置有连接轴（180），所述连接轴（180）与所述勘探机构相邻的一端设置有单向阀（190），另一端设置于所述悬挂接头（170）的内侧且正对设置有钢球架（210），所述钢球架（210）上设置有钢球（211），所述连接轴（180）外滑动有滑套（420），所述滑套（420）通过压缩弹簧（430）连接有平垫圈（440）；所述滑套通过弹簧套（220）与所述内管（300）螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的导正塔式钻具，其特征在于：所述第一钻头（100）与所述第二钻头（200）可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的导正塔式钻具，其特征在于：所述第一钻头（100）与所述外管总成相邻的一端同轴心线固定连接有第一扩孔器（600），所述第二钻头（200）与所述外管总成相邻的一端同轴心线固定连接有第二扩孔器（700），所述第一扩孔器（600）和所述第二扩孔器（700）之间设置有短节（800），所述短节（800）的两端分别与所述第一扩孔器（600）和所述第二扩孔器（700）螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的导正塔式钻具，其特征在于：所述短节（800）与所述第一钻头（100）相邻的一端与所述第一扩孔器（600）螺纹连接，所述第二扩孔器（700）与所述短节（800）远离所述第一钻头（100）的一端螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的导正塔式钻具，其特征在于：所述外管（900）沿自身轴向依次分布有多个，且相邻两个外管（900）通过第三扩孔器（110）可拆卸固定连接。

6.根据权利要求5所述的导正塔式钻具，其特征在于：所述外管（900）包括与所述弹卡室（500）相邻的上部外管（901）、设置于所述上部外管（901）和所述勘探机构之间的下部外管（902），所述上部外管（901）的外径小于所述下部外管（902）的外径。