提高松散易沖刷地層巖心采取率的單管鉆具的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種提高松散易沖刷地層巖心采取率的單管鉆具，是由穩壓分流裝置、巖心管、分水裝置和分級鉆頭組成，分水裝置位于巖心管中，穩壓分流裝置安裝在巖心管上端，分級鉆頭安裝在巖心管下端，該單管鉆具適用于黏性大、塑性強、遇水膨脹的高嶺土等松散易沖刷地層的巖心鉆探取心工作，通過各個裝置的組合，可以在保證孔底順暢排粉的條件下，避免沖洗液垂直沖刷巖心，同時降低巖心管內巖心周圍的沖洗液流速，降低沖洗液對巖心的沖刷作用，從而提高鉆取巖心的完整度，提高巖心采取率。
【專利說明】
提高松散易沖刷地層巖心采取率的單管鉆具
技術領域
[0001]本發明涉及一種提高松散易沖刷地層巖心采取率的單管鉆具，尤其適用于黏性大、塑性強、遇水膨脹的高嶺土等易沖刷地層的鉆探取心。
【背景技術】
[0002]取心方法與鉆進方法密切相關，應與鉆進方法配套適應于不同巖礦層巖心，取心方法的選擇應根據巖礦層的組成及結構特性所形成的物理力學性質以及相應的取心難易程度選擇鉆進和取心方法。單管取心鉆具結構簡單，在地質巖心鉆探中，多用于上部第四系、新近系、古近系巖礦層鉆進取心。在黏性大、塑性強、遇水膨脹的高嶺土以及松散易沖刷的地層中進行地質巖心鉆探時，所使用的膨潤土沖洗液粘度大，無法采用雙管鉆具，只能選用單層巖心管鉆具的取心方法，在鉆探施工中，巖心管中沖洗液對巖心會不斷的沖刷，導致巖心采取率偏低，目前針對松散易沖刷地層的取心方法，主要通過改進沖洗液性能、選用合適的鉆進規程參數、超前鉆頭等，尚沒有完善的整套單管鉆具用于提高松散易刷地層的取心率。
【發明內容】
[0003]本發明針對上述現有技術的不足，提出一種提高松散易沖刷地層巖心采取率的單管鉆具。通過穩壓、分流、阻擋、降速等方式防止巖心管內沖洗液對巖心的垂直沖刷作用，降低巖心管內巖心周圍沖洗液流速，降低沖洗液對巖心的沖刷作用，保證巖心完整度，提高巖心米取率。
[0004]本發明是由穩壓分流裝置、巖心管、分水裝置和分級鉆頭組成，該鉆具可用于松散易沖刷地層的地質鉆探，可有效提尚巖心取心率。
[0005]穩壓分流裝置是由殼體、調節墊片、彈簧和閥芯組成，殼體外側具有沖洗液出口，殼體內側具有沖洗液入口，沖洗液入口和沖洗液出口相連通，沖洗液入口和沖洗液出口為3?4組；閥芯位于沖洗液入口和沖洗液出口之間，閥芯頂部設置彈簧，彈簧的頂部設置調節墊片，彈簧抵頂閥芯，使閥芯封堵在沖洗液入口和沖洗液出口之間，
[0006]穩壓分流裝置上端與鉆桿連接，穩壓分流裝置下部與巖心管連接；當鉆具內沖洗液的壓力大于彈簧對閥芯的壓力時，閥芯上行，部分沖洗液經沖洗液入口和沖洗液出口流出至鉆具外部，閥芯的開啟壓力由彈簧和調節墊片配合控制，當調節墊片的厚度大時，彈簧對閥芯的壓力大，閥芯的開啟壓力就大；當調節墊片的厚度小時，彈簧對閥芯的壓力小，閥芯的開啟壓力就小；
[0007]巖心管上端接穩壓分流裝置，巖心管下端接分級鉆頭，巖心管內壁具有內拉槽，是在普通的巖心管內壁上加工獲得，內拉槽的數量為4?6組，內拉槽的深度2?3_，每個內拉槽對應的弧度為20°?30°，內拉槽的棱邊做圓角處理，防止在巖心管和巖心相對轉動過程中棱邊磨削巖心。在巖心管內壁增加適當大小和數量的內拉槽，可以在保證巖心在巖心管中的穩定性的同時，擴大巖心和巖心管的環空間隙，降低巖心周圍的沖洗液流速。
[0008]分水裝置由錐形帽和固定翼組成，錐形帽位于巖心管中，錐形帽底邊與巖心管內壁之間有間隙，作為沖洗液通道，固定翼的寬度和數量與巖心管的內拉槽寬度和數量相同，固定翼位于巖心管的內拉槽中，其作用是保持分水裝置和巖心管的相對位置不變，使分水裝置始終保持錐形帽向上;在一個新的鉆進回次起始，分水裝置位于巖心管底部，隨著巖心逐漸進入巖心管，巖心推動分水裝置上升，分水裝置時刻在巖心上部，避免沖洗液對巖心的垂直沖刷。
[0009]分級鉆頭由剛體、矩形PDC復合片、三角形roc復合片、水口、保徑面和卡簧組成，剛體中設有卡簧槽，卡簧放置在卡簧槽中，卡簧用于卡取巖心;矩形roc復合片和三角形roc復合片均為片式切削齒，由金剛石層和硬質合金襯底構成復合而成，布齒方式應符合布齒原貝丨J，即切削齒覆蓋全部井底破碎圓環帶;三角形roc復合片在矩形roc復合片的下側，三角形PDC復合片破碎內圈巖心，矩形F1DC復合片破碎外圈巖心，這種超前布置方式能有效保護巖心;水口與切削齒配合布置，使沖洗液能有效排除巖粉，冷卻鉆頭;保徑面鑲嵌硬質合金或聚晶金剛石實現保徑。
[0010]本發明的使用方法包括以下步驟:
[0011]1、根據沖洗液參數、孔深、栗壓，選用合適的調節墊片和彈簧組合，測試閥芯能否正常工作，測試閥芯開啟壓力是否合適；
[0012]2、在鉆桿下端依次連接穩壓分流裝置、巖心管和分級鉆頭，保證各絲扣處連接牢固；
[0013]3、下放鉆具至孔底，取心鉆進，起始采用低轉速、低鉆壓、正常栗量鉆進，逐漸增加鉆速和栗壓至正常；
[0014]4、回次結束，觀察巖心完整度和取心率，如果取心率較低或巖心破碎，可通過選用厚度較小的調節墊片或更換勁度系數較大的彈簧，增加由沖洗液出口流出的沖洗液量。
[0015]5、如果在鉆進過程中出現栗量持續升高或是卡鉆的情況，可能是由于沖洗液通過沖洗液出口流出的流量過多造成，可適當增加調節墊片厚度或者更換勁度系數較大的彈善
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[0016]本發明的有益效果:
[0017]通過鉆具結構對巖心管內部沖洗液進行穩壓分流、降速，降低巖心管內巖心周圍的沖洗液流速，結合鉆頭切削齒的分級布置，降低沖洗液對巖心的沖刷作用，提高巖心采取率。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的穩壓分流裝置立體示意圖。
[0019]圖2為本發明的穩壓分流裝置半剖視圖。
[0020]圖3為本發明的巖心管立體示意圖。
[0021 ]圖4為本發明的分水裝置立體示意圖。
[0022]圖5為本發明的分級鉆頭立體示意圖。
[0023]圖6為本發明的主視圖。
[0024]其中:1_殼體，2-調節墊片，3-彈簧，4-沖洗液出口，5-閥芯，6-沖洗液入口，7-錐形帽，8-固定翼，-9剛體，-1O矩形roc復合片，11-三角形roc復合片，12-水口，13-保徑面，14-卡簧，15-內拉槽。
【具體實施方式】
[0025]如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和圖6所不，本發明是由穩壓分流裝置A、巖心管B、分水裝置C和分級鉆頭D組成，該鉆具可用于松散易沖刷地層的地質鉆探，可有效提高巖心取心率。
[0026]穩壓分流裝置A是由殼體1、調節墊片2、彈簧3和閥芯5組成，殼體I外側具有沖洗液出口 4，殼體I內側具有沖洗液入口 6，沖洗液入口 4和沖洗液出口 4相連通，沖洗液入口 4和沖洗液出口4為3?4組；閥芯5位于沖洗液入口4和沖洗液出口4之間，閥芯5頂部設置彈簧3，彈簧3的頂部設置調節墊片2，彈簧3抵頂閥芯5，使閥芯5封堵在沖洗液入口 4和沖洗液出口 4之間，
[0027]穩壓分流裝置A上端與鉆桿連接，穩壓分流裝置A下部與巖心管B連接；當鉆具內沖洗液的壓力大于彈簧3對閥芯5的壓力時，閥芯5上行，部分沖洗液經沖洗液入口 6和沖洗液出口 4流出至鉆具外部，閥芯5的開啟壓力由彈簧3和調節墊片2配合控制，當調節墊片2的厚度大時，彈簧3對閥芯5的壓力大，閥芯5的開啟壓力就大；當調節墊片2的厚度小時，彈簧3對閥芯5的壓力小，閥芯5的開啟壓力就小；
[0028]巖心管B上端接穩壓分流裝置A，巖心管B下端接分級鉆頭D，巖心管B內壁具有內拉槽，是在普通的巖心管內壁上加工獲得，內拉槽的數量為4?6組，內拉槽的深度2?3mm，每個內拉槽對應的弧度為20°?30°，內拉槽的棱邊做圓角處理，防止在巖心管B和巖心相對轉動過程中棱邊磨削巖心。在巖心管B內壁增加適當大小和數量的內拉槽，可以在保證巖心在巖心管B中的穩定性的同時，擴大巖心和巖心管B的環空間隙，降低巖心周圍的沖洗液流速。
[0029]分水裝置C由錐形帽7和固定翼8組成，錐形帽位于巖心管中，錐形帽底邊與巖心管內壁之間有間隙，作為沖洗液通道，固定翼的寬度和數量與巖心管的內拉槽寬度和數量相同，固定翼位于巖心管的內拉槽中，其作用是保持分水裝置和巖心管的相對位置不變，使分水裝置始終保持錐形帽向上;在一個新的鉆進回次起始，分水裝置C位于巖心管B底部，隨著巖心逐漸進入巖心管B，巖心推動分水裝置C上升，分水裝置C時刻在巖心上部，避免沖洗液對巖心的垂直沖刷。
[0030]分級鉆頭D由剛體、矩形PDC復合片、三角形roc復合片、水口、保徑面和卡簧組成，剛體中設有卡簧槽，卡簧放置在卡簧槽中，，卡簧用于卡取巖心;矩形PDC復合片2和三角形PDC復合片均為片式切削齒，由金剛石層和硬質合金襯底構成復合而成，布齒方式應符合布齒原則，即切削齒覆蓋全部井底破碎圓環帶;三角形roc復合片在矩形roc復合片的下側，三角形PDC復合片破碎內圈巖心，矩形PDC復合片破碎外圈巖心，這種超前布置方式能有效保護巖心;水口與切削齒配合布置，使沖洗液能有效排除巖粉，冷卻鉆頭;保徑面鑲嵌硬質合金或聚晶金剛石實現保徑。
[0031]本發明的使用方法包括以下步驟:
[0032]1、根據沖洗液參數、孔深、栗壓，選用合適的調節墊片2和彈簧3組合，測試閥芯5能否正常工作，測試閥芯5開啟壓力是否合適；
[0033]2、在鉆桿下端依次連接穩壓分流裝置A、巖心管B和分級鉆頭D，如圖5所示，保證各絲扣處連接牢固；
[0034]3、下放鉆具至孔底，取心鉆進，起始采用低轉速、低鉆壓、正常栗量鉆進，逐漸增加鉆速和栗壓至正常；
[0035]4、回次結束，觀察巖心完整度和取心率，如果取心率較低或巖心破碎，可通過選用厚度較小的調節墊片2或更換勁度系數較大的彈簧3，增加由沖洗液出口流出的沖洗液量。
[0036]5、如果在鉆進過程中出現栗量持續升高或是卡鉆的情況，可能是由于沖洗液通過沖洗液出口流出的流量過多造成，可適當增加調節墊片2厚度或者更換勁度系數較大的彈簧3。
【主權項】
1.一種提高松散易沖刷地層巖心采取率的單管鉆具，其特征在于:是由穩壓分流裝置(A)、巖心管(B)、分水裝置(C)和分級鉆頭(D)組成，該鉆具可用于松散易沖刷地層的地質鉆探，可有效提尚巖心取心率。 穩壓分流裝置(A)是由殼體(1)、調節墊片(2)、彈簧(3)和閥芯(5)組成，殼體(I)外側具有沖洗液出口(4)，殼體(I)內側具有沖洗液入口(6)，沖洗液入口(4)和沖洗液出口(4)相連通，沖洗液入口(4)和沖洗液出口(4)為3?4組；閥芯(5)位于沖洗液入口(4)和沖洗液出口(4)之間，閥芯(5)頂部設置彈簧(3)，彈簧(3)的頂部設置調節墊片(2)，彈簧(3)抵頂閥芯(5)，使閥芯(5)封堵在沖洗液入口(4)和沖洗液出口( 4)之間；穩壓分流裝置(A)上端與鉆桿連接，穩壓分流裝置(A)下部與巖心管(B)連接；當鉆具內沖洗液的壓力大于彈簧(3)對閥芯(5)的壓力時，閥芯(5)上行，部分沖洗液經沖洗液入口(6)和沖洗液出口(4)流出至鉆具外部，閥芯(5)的開啟壓力由彈簧(3)和調節墊片(2)配合控制； 巖心管(B)上端接穩壓分流裝置(A)，巖心管(B)下端接分級鉆頭(D)，巖心管(B)內壁具有內拉槽(15)，內拉槽(15)的棱邊做圓角處理； 分水裝置(C)由錐形帽(7)和固定翼(8)組成，錐形帽(7)位于巖心管(B)中，錐形帽(7)底邊與巖心管(B)內壁之間有間隙，作為沖洗液通道，固定翼(8)的寬度和數量與巖心管(B)的內拉槽(15)寬度和數量相同，固定翼(8)位于巖心管(B)的內拉槽(15)中，其作用是保持分水裝置(C)和巖心管(B)的相對位置不變，使分水裝置(C)始終保持錐形帽(7)向上;在一個新的鉆進回次起始，分水裝置(C)位于巖心管(B)底部，隨著巖心逐漸進入巖心管(B)，巖心推動分水裝置(C)上升，分水裝置(C)時刻在巖心上部，避免沖洗液對巖心的垂直沖刷； 分級鉆頭(D)由剛體(9)、矩形PDC復合片(10)、三角形PDC復合片(II)、水口(I2)、保徑面(13)和卡簧(14)組成，剛體(9)中設有卡簧槽，卡簧(14)放置在卡簧槽中，卡簧(14)用于卡取巖心；矩形I3DC復合片(2)和三角形PDC復合片(14)均為片式切削齒，三角形PDC復合片(11)在矩形PDC復合片(10)的下側，三角形PDC復合片(11)破碎內圈巖心，矩形PDC復合片(10)破碎外圈巖心，水口(12)與切削齒配合布置，保徑面(13)鑲嵌硬質合金或聚晶金剛石實現保徑。2.根據權利要求1所述的一種提高松散易沖刷地層巖心采取率的單管鉆具，其特征在于:所述的內拉槽(15)的數量為4?6組，內拉槽(15)的深度2?3_，每個內拉槽(15)對應的弧度為20°?30°。
【文檔編號】E21B10/43GK106089138SQ201610642774
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月8日 公開號201610642774.3, CN 106089138 A, CN 106089138A, CN 201610642774, CN-A-106089138, CN106089138 A, CN106089138A, CN201610642774, CN201610642774.3
【發明人】郭威, 張鵬宇, 賈瑞, 王元, 陳光華, 王振東
【申請人】吉林大學