CN220247999U - 一种扩孔跟管取心钻具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种扩孔跟管取心钻具,主要包括依次连接的内悬挂接头、扩孔组件、岩心管件和主钻头，扩孔组件主要包括静止的张敛轴、收敛爪和滑动的若干扩孔钻头和钻头架，张敛轴上设置有上下间隔分布的勾座和收敛爪，位于勾座上方的张敛轴呈下细上粗的发散状，若干扩孔钻头环绕设置在张敛轴上，扩孔钻头内侧呈勾状，可与勾座咬合；钻头架上环绕开设有若干限位窗口，限位窗口下端与扩孔钻头下端抵接；还包括报信阀座和报信阀体，报信阀体与张敛轴下端同轴连接，报信阀座上端与钻头架固定连接并与张敛轴滑动连接，报信阀体与报信阀座内腔滑动连接；其解决了在深厚覆盖层及较硬的复杂地层中，传统扩孔钻具使用深度有限，以及张敛效率不高等问题。

Description

一种扩孔跟管取心钻具

技术领域

本实用新型涉及钻具技术领域，具体而言，涉及一种扩孔跟管取心钻具。

背景技术

在地质岩心钻探工程中，经常遇到层位深、孔段长的复杂地层，采用常规钻进方法施工，常因钻孔漏失、垮塌和缩径等情况导致频繁的钻故障(如孔内事故等)，给钻孔施工带来了极大的困难，不仅钻探效率低，而且钻孔质量也难以达到地质勘探要求，严重影响地质勘探工作；人们在复杂地层钻进技术方面进行大量的探索，曾就泥浆护壁、冲击跟管、套管扩孔跟管、灌注水泥等复杂地层钻探进行了尝试，虽然取得一定的效果，仍难以摆脱复杂地层钻进难的困惑局面。

由于传统的跟管钻具由于技术落后，仅仅适用于松散的软地层和砂层，而在地层较硬的复杂地层中，当钻孔有漏失、垮塌和缩径等情况时，就不能进行长孔段跟管，另外不具有扩孔接力跟管能力，因此，已无法满足当前复杂地层钻进工艺要求。因此，需要一种有效，适合一般复杂地层的孔内钻进装置，用以在钻进过程中，依靠这种装置的特殊钻进功能，控制同级套管向孔底延伸，实现跟套管钻进。

以公告号为CN85200563U的中国实用新型公开的定位张敛式不提钻换钻头钻具、公告号为CN103603625B的中国实用新型专利公开的一种套管取心钻具及套管取心钻进方法提供的不提钻换钻头钻具为例，二者公开的不提钻换钻头钻具均具有瞄向定位装置和悬挂装置。所述瞄向定位装置是通过钻头架的箭形外花键和定位端管的箭形内花键构成的箭形花键副进行初次瞄向定位和导向。所述箭形花键副可以借助重力和箭头部的螺旋导向作用，使钻头架的矩形窗孔与定位端管下端的梯形扭矩槽方位基本一致，再借助副钻头的梯形端与定位端管的梯形扭矩槽构成的梯形啮合副进行微瞄矫向，并用作传递扭矩。同时，钻头架上端连着一个悬挂接头，所述悬挂接头是一个外圆下部有凸台的圆管，紧靠外螺纹的凸台下平面是悬挂面，它可以悬挂在定位端管的箭形内花键的箭头部上，形成点悬挂的悬挂机构。

上述结构在扩孔钻孔时，使用深度有限，在复杂较硬的地层中扩孔钻具张敛效率不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种扩孔跟管取心钻具，其解决了在深厚覆盖层及较硬的复杂地层中，传统扩孔钻具使用深度有限，以及在复杂较硬的地层中扩孔钻具张敛效率不高等问题。

本实用新型的实施例通过以下技术方案实现：一种扩孔跟管取心钻具,主要包括依次连接的内悬挂接头、扩孔组件、岩心管件和主钻头，所述内悬挂接头与钻机的钻杆传动连接；所述扩孔组件主要包括静止的张敛轴、收敛爪和滑动的若干扩孔钻头和钻头架，所述张敛轴上设置有上下间隔分布的勾座和所述收敛爪，位于所述勾座上方的所述张敛轴呈下细上粗的发散状，若干所述扩孔钻头环绕设置在所述张敛轴上，所述扩孔钻头内侧呈勾状，可与所述勾座咬合；所述钻头架上环绕开设有若干限位窗口，所述限位窗口下端与所述扩孔钻头下端抵接；

所述钻杆、内悬挂接头和张敛轴均为空心件且依次连通；

还包括报信阀座和报信阀体，所述报信阀体与所述张敛轴下端同轴连接，所述报信阀座呈管状，所述报信阀座上端与所述钻头架固定连接并与所述张敛轴滑动连接，所述报信阀体与所述报信阀座内腔滑动连接；

所述报信阀座内腔与所述张敛轴之间留有空腔，所述报信阀体上开设有若干引流孔，若干所述引流孔分别连通所述张敛轴内腔和位于所述报信阀体上方的空腔。

进一步的，还包括外挂接头、六方轴、六方套和罩管，所述罩管的上下两端分别与所述外挂接头和钻头架连接，所述外挂接头上端与所述内悬挂接头滑动套接；

所述六方轴为空心件，所述六方轴的两端分别与所述内悬挂接头和张敛轴连通，所述六方套滑动套设在所述六方轴上，所述六方套上下两端分别嵌入设置在所述外挂接头和罩管内；

所述钻头架上端嵌入设置在所述六方套下端与罩管之间。

进一步的，所述张敛轴上环绕开设有若干喷孔，所述喷孔斜向上设置，所述喷孔位于所述收敛爪顶部。

进一步的，所述钻头架环绕开设有多个排沙槽，所述排沙槽位于所述收敛爪底部。

进一步的，还包括第一O形密封圈，所述第一O形密封圈设置在所述外挂接头与所述内悬挂接头的滑动连接处。

进一步的，还包括第二O形密封圈，所述第二O形密封圈设置在所述报信阀座和张敛轴的滑动连接处。

进一步的，所述报信阀座内腔包含大内径段和小内径段，所述小内径段位于所述大内径段上方，所述报信阀体与所述小内径段滑动配合。

进一步的，还包括上接头，所述上接头上端与所述报信阀座下端连通，所述上接头下端与所述岩心管件连接；

所述上接头内设有若干导孔，若干所述导孔与所述岩心管件内腔连通。

本实用新型实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：

1.由于扩孔跟管在整个钻进过程中都需要，进而扩孔钻头在钻进时张开，在取芯时收回到钻头架内，在钻进时，从钻杆内泵入高压钻井液，钻井液从报信阀体的引流孔流出到空腔内，内部空腔受到高压膨胀，推动报信阀座相对于报信阀体往上移动，报信阀座在往上移动的过程中，推动钻头架相对于张敛轴往上移动，进而通过钻头架控制扩孔钻头打开，实现扩孔钻进，以便于后续跟管。

2.报信阀座内腔包含大内径段和小内径段，小内径段位于大内径段上方，报信阀体与小内径段滑动配合，进而当钻头架移动到上限位置后，扩孔钻头也完全展开后，此间，报信阀体从小内径段移动到大内径段，同时报信阀体与大内径段之间形成有环状的溢流通道，进而通过泵入高压钻井液完成扩孔钻头的展开，同时往下继续输送，辅助主钻头的钻进。

3.六方轴的两端分别与内悬挂接头和张敛轴连通，进而在实现钻井液的输送的同时，实现扭矩的传递，六方轴通过与六方套嵌合，传递力矩到罩管、钻头架和外挂接头，进而整个外部也能随着张敛轴同步转动，同时带动扩孔钻头转动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型提供的一种扩孔跟管取心钻具扩孔钻头张开后的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种扩孔跟管取心钻具扩孔钻头收敛后的结构示意图；

图3为本实用新型提供的一种扩孔跟管取心钻具中岩心管件与主钻头连接的结构示意图；

图4为图1中A处结构放大示意图；

图标：1、内悬挂接头，2、主钻头，3、张敛轴，31、喷孔，4、收敛爪，5、扩孔钻头，6、罩管，131、限位窗口，132、排沙槽，7、勾座，8、报信阀座，81、大内径段，82、小内径段，9、报信阀体，91、引流孔，10、外挂接头，11、六方轴，12、六方套，13、钻头架，14、第一O形密封圈，15、第二O形密封圈，16、上接头，161、导孔，17、单动接头，18、内岩心管，19、外岩心管。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参照图1至图3所示，本实施例提供一种扩孔跟管取心钻具,主要包括依次连接的内悬挂接头1、扩孔组件、岩心管件和主钻头2，岩心管件为现有结构，内悬挂接头1与钻机的钻杆传动连接；扩孔组件主要包括静止的张敛轴3、收敛爪4和滑动的若干扩孔钻头5和钻头架13，张敛轴3上设置有上下间隔分布的勾座7和收敛爪4，位于勾座7上方的张敛轴3呈下细上粗的发散状，若干扩孔钻头5环绕设置在张敛轴3上，扩孔钻头5内侧呈勾状，可与勾座7咬合；钻头架13上环绕开设有若干限位窗口131，限位窗口131下端与扩孔钻头5下端抵接；具体实施时，通过控制钻头架13相对于收敛轴3往上移动，进而钻头架13通过限位窗口131的下端推动若干扩孔钻头5往上移动，扩孔钻头5从收敛轴爪4和勾座7分离，往上移动的过程中，扩孔钻头5上端沿着张敛轴3下细上粗部分往上移动，进而扩孔钻头5被张敛轴3挤出限位窗口131，直到扩孔钻头5与钻头架13抵紧，此时随着钻头架13和张敛轴3转动，张开的扩孔钻头5进行钻孔扩张以满足跟管需要，同理当需要扩孔钻头5收敛进入钻头架13内时，只需要钻头架13相对于收敛轴3往下移动，即可使扩孔钻头5复位。

更为具体的，钻机的钻杆、内悬挂接头1和张敛轴3均为空心件且依次连通，进而从钻杆内泵入的钻井液可以通过内悬挂接头1和张敛轴3进入到岩心管件和主钻头2，以便于整机钻进。

如图1和2所示，还包括报信阀座8和报信阀体9，报信阀体9与张敛轴3下端同轴连接，报信阀座8呈管状，报信阀座8上端与钻头架13固定连接并与张敛轴3滑动连接，报信阀体9与报信阀座8内腔滑动连接；

报信阀座8内腔与张敛轴3之间留有空腔，报信阀体9上开设有若干引流孔91，若干引流孔91分别连通张敛轴3内腔和位于报信阀体9上方的空腔，引流孔91位于报信阀体9与报信阀座8滑动贴合的部分，报信阀体9上还开设有若干凹槽，每一个引流孔91都连通有一个凹槽，凹槽自引流孔91处往上延伸，即凹槽的两端分别与引流孔91和报信阀体9上方的空腔连通。

具体实施时，由于扩孔跟管在整个钻进过程中都需要，进而扩孔钻头5在钻进时张开，在取芯时收回到钻头架13内，在钻进时，从钻杆内泵入高压钻井液，钻井液从报信阀体9的引流孔91流出到空腔内，内部空腔受到高压膨胀，推动报信阀座8相对于报信阀体9往上移动，报信阀座8在往上移动的过程中，推动钻头架13相对于张敛轴3往上移动，进而通过钻头架13控制扩孔钻头5打开，实现扩孔钻进，以便于后续跟管。

更为具体的，报信阀座8内腔包含大内径段81和小内径段82，小内径段82位于大内径段81上方，报信阀体9与小内径段82滑动配合，进而当钻头架13移动到上限位置后，扩孔钻头5也完全展开后，此间，报信阀体9从小内径段82移动到大内径段81，同时报信阀体9与大内径段81之间形成有环状的溢流通道，进而通过泵入的高压钻井液完成扩孔钻头5的展开，同时往下继续输送，辅助主钻头2的钻进。

如图1和2所示，还包括外挂接头10、六方轴11、六方套12和罩管6，罩管6的上下两端分别与外挂接头10和钻头架13连接，外挂接头10上端与内悬挂接头1滑动套接；

六方轴11为空心件，六方轴11的两端分别与内悬挂接头1和张敛轴3连通，六方套12滑动套设在六方轴11上；

具体实施时，六方套12上下两端分别嵌入设置在外挂接头10和罩管6内，外挂接头10上端与内悬挂接头1滑动套接，还包括第一O形密封圈14，第一O形密封圈14设置在外挂接头10与内悬挂接头1的滑动连接处，用以防止外部的液体和沙土等杂物进入到内悬挂接头1内，内悬挂接头1与外挂接头10之间有环状的腔体，在提取内悬挂接头1时，环状的腔体内没有泥沙才不会影响内悬挂接头1在外挂接头10内的行程，进而避免影响钻具回收的操作。

钻头架13上端嵌入设置在六方套12下端与罩管6之间，钻头架13与六方套12传动连接，六方套12和转动架13与套管6滑动连接，罩管6下端套在若干扩孔钻头5顶部，起到抱箍的作用，用以辅助限制扩孔钻头5顶部位置，同时辅助六方套12和罩管6的滑动连接和限位，防止六方套12下移。

六方轴11的两端分别与内悬挂接头1和张敛轴3连通，进而在实现钻井液的输送的同时，实现扭矩的传递，六方轴11通过与六方套12嵌合，传递力矩到钻头架13和外挂接头10，进而整个外部也能随着张敛轴3同步转动，同时带动扩孔钻头5转动。

更为具体的，张敛轴3上环绕开设有若干喷孔31，喷孔31斜向上设置，喷孔31位于收敛爪4装配处的顶部，张敛轴3内部的高压钻井液，会有一部分从喷孔31斜向上喷出，用以将收敛爪4内的泥沙喷出，以防影响扩孔钻头5的收敛操作。

同时，钻头架13环绕开设有多个排沙槽132，排沙槽132位于收敛爪4底部，当泥沙从限位窗口131进入后，有一部分沉积到收敛爪下方，通过整体高速转动，产生离心力，进入的泥沙从排沙槽132排出，以防影响扩孔钻头5的收敛操作。

更为具体的，还包括第二O形密封圈15，第二O形密封圈15设置在报信阀座8和张敛轴3的滑动连接处，用以辅助报信阀座13在张敛轴3上滑动时的密封性，进而防止内部空腔内的钻井液失压，保证报信阀座8能顺利移动，实现扩孔钻头的张敛。

如图1-图4所示，还包括上接头16，上接头16上端与报信阀座8下端连通，上接头16下端与岩心管件连接；

上接头16内设有若干导孔161，若干导孔161与岩心管件内腔连通，用以从报信阀体8流出的钻井液，输送到主钻头2，进行钻进作业。

如图3所示，岩心管件主要包括单动接头17、内岩心管18和外岩心管19，单动接头17、内岩心管18均同轴设置在外岩心管19内部，外岩心管19的下端连接主钻头2，内岩心管18通过单动接头与上接头16转动连接，钻进时，内岩心管18相对于岩层不转动，避免损坏样品层级分布结构；单动接头17和内岩心管18与外岩心管19之间留有间隙，便于从导孔161排出的钻井液下流到主钻头3处，最后从主钻头3外侧携带泥沙返回地面。

同时，在单动接头17上有连引流孔，连引流孔一端与内岩心管18连通，另一端与单动接头17和外岩心管19之间的间隙连通，用于在内岩心管18收集岩样时，排空内部的液体或者空气。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种扩孔跟管取心钻具,主要包括依次连接的内悬挂接头(1)、扩孔组件、岩心管件和主钻头(2)，所述内悬挂接头(1)与钻机的钻杆传动连接；所述扩孔组件主要包括静止的张敛轴(3)、收敛爪(4)和滑动的若干扩孔钻头(5)和钻头架(13)，所述张敛轴(3)上设置有上下间隔分布的勾座(7)和所述收敛爪(4)，位于所述勾座(7)上方的所述张敛轴(3)呈下细上粗的发散状，若干所述扩孔钻头(5)环绕设置在所述张敛轴(3)上，所述扩孔钻头(5)内侧呈勾状，可与所述勾座(7)咬合；所述钻头架(13)上环绕开设有若干限位窗口(131)，所述限位窗口(131)下端与所述扩孔钻头(5)下端抵接；

其特征在于，所述钻杆、内悬挂接头(1)和张敛轴(3)均为空心件且依次连通；

还包括报信阀座(8)和报信阀体(9)，所述报信阀体(9)与所述张敛轴(3)下端同轴连接，所述报信阀座(8)呈管状，所述报信阀座(8)上端与所述钻头架(13)固定连接并与所述张敛轴(3)滑动连接，所述报信阀体(9)与所述报信阀座(8)内腔滑动连接；

所述报信阀座(8)内腔与所述张敛轴(3)之间留有空腔，所述报信阀体(9)上开设有若干引流孔(91)，若干所述引流孔(91)分别连通所述张敛轴(3)内腔和位于所述报信阀体(9)上方的空腔。

2.根据权利要求1所述的一种扩孔跟管取心钻具，其特征在于，还包括外挂接头(10)、六方轴(11)、六方套(12)和罩管(6)，所述罩管(6)的上下两端分别与所述外挂接头(10)和钻头架(13)连接，所述外挂接头(10)上端与所述内悬挂接头(1)滑动套接；

所述六方轴(11)为空心件，所述六方轴(11)的两端分别与所述内悬挂接头(1)和张敛轴(3)连通，所述六方套(12)滑动套设在所述六方轴(11)上，所述六方套(12)上下两端分别嵌入设置在所述外挂接头(10)和罩管(6)内；

所述钻头架(13)上端嵌入设置在所述六方套(12)下端与罩管(6)之间。

3.根据权利要求1所述的一种扩孔跟管取心钻具，其特征在于，所述张敛轴(3)上环绕开设有若干喷孔(31)，所述喷孔(31)斜向上设置，所述喷孔(31)位于所述收敛爪(4)顶部。

4.根据权利要求3所述的一种扩孔跟管取心钻具，其特征在于，所述钻头架(13)环绕开设有多个排沙槽(132)，所述排沙槽(132)位于所述收敛爪(4)底部。

5.根据权利要求2所述的一种扩孔跟管取心钻具，其特征在于，还包括第一O形密封圈(14)，所述第一O形密封圈(14)设置在所述外挂接头(10)与所述内悬挂接头(1)的滑动连接处。

6.根据权利要求1所述的一种扩孔跟管取心钻具，其特征在于，还包括第二O形密封圈(15)，所述第二O形密封圈(15)设置在所述报信阀座(8)和张敛轴(3)的滑动连接处。

7.根据权利要求1所述的一种扩孔跟管取心钻具，其特征在于，所述报信阀座(8)内腔包含大内径段(81)和小内径段(82)，所述小内径段(82)位于所述大内径段(81)上方，所述报信阀体(9)与所述小内径段(82)滑动配合。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种扩孔跟管取心钻具，其特征在于，还包括上接头(16)，所述上接头(16)上端与所述报信阀座(8)下端连通，所述上接头(16)下端与所述岩心管件连接；

所述上接头(16)内设有若干导孔(161)，若干所述导孔(161)与所述岩心管件内腔连通。