提高松散易冲刷地层岩心采取率的单管钻具 |
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| 申请号 | CN201610642774.3 | 申请日 | 2016-08-08 | 公开(公告)号 | CN106089138A | 公开(公告)日 | 2016-11-09 |
| 申请人 | 吉林大学; | 发明人 | 郭威; 张鹏宇; 贾瑞; 王元; 陈光华; 王振东; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种提高松散易冲刷 地层 岩心 采取率的单管钻具，是由稳压分流装置、岩心管、分 水 装置和分级 钻头 组成，分水装置位于岩心管中，稳压分流装置安装在岩心管上端，分级钻头安装在岩心管下端，该单管钻具适用于黏性大、塑性强、遇水膨胀的 高岭土 等松散易冲刷地层的 岩心钻探 取心工作，通过各个装置的组合，可以在保证孔底顺畅排粉的条件下，避免冲洗液垂直冲刷岩心，同时降低岩心管内岩心周围的冲洗液流速，降低冲洗液对岩心的冲刷作用，从而提高钻取岩心的完整度，提高岩心采取率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种提高松散易冲刷地层岩心采取率的单管钻具，其特征在于：是由稳压分流装置(A)、岩心管(B)、分水装置(C)和分级钻头(D)组成，该钻具可用于松散易冲刷地层的地质钻探，可有效提高岩心取心率。 |
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| 说明书全文 | 提高松散易冲刷地层岩心采取率的单管钻具技术领域背景技术[0002] 取心方法与钻进方法密切相关，应与钻进方法配套适应于不同岩矿层岩心，取心方法的选择应根据岩矿层的组成及结构特性所形成的物理力学性质以及相应的取心难易程度选择钻进和取心方法。单管取心钻具结构简单，在地质岩心钻探中，多用于上部第四系、新近系、古近系岩矿层钻进取心。在黏性大、塑性强、遇水膨胀的高岭土以及松散易冲刷的地层中进行地质岩心钻探时，所使用的膨润土冲洗液粘度大，无法采用双管钻具，只能选用单层岩心管钻具的取心方法，在钻探施工中，岩心管中冲洗液对岩心会不断的冲刷，导致岩心采取率偏低，目前针对松散易冲刷地层的取心方法，主要通过改进冲洗液性能、选用合适的钻进规程参数、超前钻头等，尚没有完善的整套单管钻具用于提高松散易刷地层的取心率。 发明内容[0003] 本发明针对上述现有技术的不足，提出一种提高松散易冲刷地层岩心采取率的单管钻具。通过稳压、分流、阻挡、降速等方式防止岩心管内冲洗液对岩心的垂直冲刷作用，降低岩心管内岩心周围冲洗液流速，降低冲洗液对岩心的冲刷作用，保证岩心完整度，提高岩心采取率。 [0004] 本发明是由稳压分流装置、岩心管、分水装置和分级钻头组成，该钻具可用于松散易冲刷地层的地质钻探，可有效提高岩心取心率。 [0005] 稳压分流装置是由壳体、调节垫片、弹簧和阀芯组成，壳体外侧具有冲洗液出口，壳体内侧具有冲洗液入口，冲洗液入口和冲洗液出口相连通，冲洗液入口和冲洗液出口为3～4组；阀芯位于冲洗液入口和冲洗液出口之间，阀芯顶部设置弹簧，弹簧的顶部设置调节垫片，弹簧抵顶阀芯，使阀芯封堵在冲洗液入口和冲洗液出口之间， [0006] 稳压分流装置上端与钻杆连接，稳压分流装置下部与岩心管连接；当钻具内冲洗液的压力大于弹簧对阀芯的压力时，阀芯上行，部分冲洗液经冲洗液入口和冲洗液出口流出至钻具外部，阀芯的开启压力由弹簧和调节垫片配合控制，当调节垫片的厚度大时，弹簧对阀芯的压力大，阀芯的开启压力就大；当调节垫片的厚度小时，弹簧对阀芯的压力小，阀芯的开启压力就小； [0007] 岩心管上端接稳压分流装置，岩心管下端接分级钻头，岩心管内壁具有内拉槽，是在普通的岩心管内壁上加工获得，内拉槽的数量为4～6组，内拉槽的深度2～3mm，每个内拉槽对应的弧度为20°～30°，内拉槽的棱边做圆角处理，防止在岩心管和岩心相对转动过程中棱边磨削岩心。在岩心管内壁增加适当大小和数量的内拉槽，可以在保证岩心在岩心管中的稳定性的同时，扩大岩心和岩心管的环空间隙，降低岩心周围的冲洗液流速。 [0008] 分水装置由锥形帽和固定翼组成，锥形帽位于岩心管中，锥形帽底边与岩心管内壁之间有间隙，作为冲洗液通道，固定翼的宽度和数量与岩心管的内拉槽宽度和数量相同，固定翼位于岩心管的内拉槽中，其作用是保持分水装置和岩心管的相对位置不变，使分水装置始终保持锥形帽向上；在一个新的钻进回次起始，分水装置位于岩心管底部，随着岩心逐渐进入岩心管，岩心推动分水装置上升，分水装置时刻在岩心上部，避免冲洗液对岩心的垂直冲刷。 [0009] 分级钻头由刚体、矩形PDC复合片、三角形PDC复合片、水口、保径面和卡簧组成，刚体中设有卡簧槽，卡簧放置在卡簧槽中，卡簧用于卡取岩心；矩形PDC复合片和三角形PDC复合片均为片式切削齿，由金刚石层和硬质合金衬底构成复合而成，布齿方式应符合布齿原则，即切削齿覆盖全部井底破碎圆环带；三角形PDC复合片在矩形PDC复合片的下侧，三角形PDC复合片破碎内圈岩心，矩形PDC复合片破碎外圈岩心，这种超前布置方式能有效保护岩心；水口与切削齿配合布置，使冲洗液能有效排除岩粉，冷却钻头；保径面镶嵌硬质合金或聚晶金刚石实现保径。 [0010] 本发明的使用方法包括以下步骤： [0011] 1、根据冲洗液参数、孔深、泵压，选用合适的调节垫片和弹簧组合，测试阀芯能否正常工作，测试阀芯开启压力是否合适； [0012] 2、在钻杆下端依次连接稳压分流装置、岩心管和分级钻头，保证各丝扣处连接牢固； [0013] 3、下放钻具至孔底，取心钻进，起始采用低转速、低钻压、正常泵量钻进，逐渐增加钻速和泵压至正常； [0014] 4、回次结束，观察岩心完整度和取心率，如果取心率较低或岩心破碎，可通过选用厚度较小的调节垫片或更换劲度系数较大的弹簧，增加由冲洗液出口流出的冲洗液量。 [0015] 5、如果在钻进过程中出现泵量持续升高或是卡钻的情况，可能是由于冲洗液通过冲洗液出口流出的流量过多造成，可适当增加调节垫片厚度或者更换劲度系数较大的弹簧。 [0016] 本发明的有益效果： [0018] 图1为本发明的稳压分流装置立体示意图。 [0019] 图2为本发明的稳压分流装置半剖视图。 [0020] 图3为本发明的岩心管立体示意图。 [0021] 图4为本发明的分水装置立体示意图。 [0022] 图5为本发明的分级钻头立体示意图。 [0023] 图6为本发明的主视图。 [0024] 其中：1-壳体，2-调节垫片，3-弹簧，4-冲洗液出口，5-阀芯，6-冲洗液入口，7-锥形帽，8-固定翼，-9刚体，-10矩形PDC复合片，11-三角形PDC复合片，12-水口，13-保径面，14-卡簧，15-内拉槽。 具体实施方式[0025] 如图1、图2、图3、图4、图5和图6所示，本发明是由稳压分流装置A、岩心管B、分水装置C和分级钻头D组成，该钻具可用于松散易冲刷地层的地质钻探，可有效提高岩心取心率。 [0026] 稳压分流装置A是由壳体1、调节垫片2、弹簧3和阀芯5组成，壳体1外侧具有冲洗液出口4，壳体1内侧具有冲洗液入口6，冲洗液入口4和冲洗液出口4相连通，冲洗液入口4和冲洗液出口4为3～4组；阀芯5位于冲洗液入口4和冲洗液出口4之间，阀芯5顶部设置弹簧3，弹簧3的顶部设置调节垫片2，弹簧3抵顶阀芯5，使阀芯5封堵在冲洗液入口4和冲洗液出口4之间， [0027] 稳压分流装置A上端与钻杆连接，稳压分流装置A下部与岩心管B连接；当钻具内冲洗液的压力大于弹簧3对阀芯5的压力时，阀芯5上行，部分冲洗液经冲洗液入口6和冲洗液出口4流出至钻具外部，阀芯5的开启压力由弹簧3和调节垫片2配合控制，当调节垫片2的厚度大时，弹簧3对阀芯5的压力大，阀芯5的开启压力就大；当调节垫片2的厚度小时，弹簧3对阀芯5的压力小，阀芯5的开启压力就小； [0028] 岩心管B上端接稳压分流装置A，岩心管B下端接分级钻头D，岩心管B内壁具有内拉槽，是在普通的岩心管内壁上加工获得，内拉槽的数量为4～6组，内拉槽的深度2～3mm，每个内拉槽对应的弧度为20°～30°，内拉槽的棱边做圆角处理，防止在岩心管B和岩心相对转动过程中棱边磨削岩心。在岩心管B内壁增加适当大小和数量的内拉槽，可以在保证岩心在岩心管B中的稳定性的同时，扩大岩心和岩心管B的环空间隙，降低岩心周围的冲洗液流速。 [0029] 分水装置C由锥形帽7和固定翼8组成，锥形帽位于岩心管中，锥形帽底边与岩心管内壁之间有间隙，作为冲洗液通道，固定翼的宽度和数量与岩心管的内拉槽宽度和数量相同，固定翼位于岩心管的内拉槽中，其作用是保持分水装置和岩心管的相对位置不变，使分水装置始终保持锥形帽向上；在一个新的钻进回次起始，分水装置C位于岩心管B底部，随着岩心逐渐进入岩心管B，岩心推动分水装置C上升，分水装置C时刻在岩心上部，避免冲洗液对岩心的垂直冲刷。 [0030] 分级钻头D由刚体、矩形PDC复合片、三角形PDC复合片、水口、保径面和卡簧组成，刚体中设有卡簧槽，卡簧放置在卡簧槽中，，卡簧用于卡取岩心；矩形PDC复合片2和三角形PDC复合片均为片式切削齿，由金刚石层和硬质合金衬底构成复合而成，布齿方式应符合布齿原则，即切削齿覆盖全部井底破碎圆环带；三角形PDC复合片在矩形PDC复合片的下侧，三角形PDC复合片破碎内圈岩心，矩形PDC复合片破碎外圈岩心，这种超前布置方式能有效保护岩心；水口与切削齿配合布置，使冲洗液能有效排除岩粉，冷却钻头；保径面镶嵌硬质合金或聚晶金刚石实现保径。 [0031] 本发明的使用方法包括以下步骤： [0032] 1、根据冲洗液参数、孔深、泵压，选用合适的调节垫片2和弹簧3组合，测试阀芯5能否正常工作，测试阀芯5开启压力是否合适； [0033] 2、在钻杆下端依次连接稳压分流装置A、岩心管B和分级钻头D，如图5所示，保证各丝扣处连接牢固； [0034] 3、下放钻具至孔底，取心钻进，起始采用低转速、低钻压、正常泵量钻进，逐渐增加钻速和泵压至正常； [0035] 4、回次结束，观察岩心完整度和取心率，如果取心率较低或岩心破碎，可通过选用厚度较小的调节垫片2或更换劲度系数较大的弹簧3，增加由冲洗液出口流出的冲洗液量。 [0036] 5、如果在钻进过程中出现泵量持续升高或是卡钻的情况，可能是由于冲洗液通过冲洗液出口流出的流量过多造成，可适当增加调节垫片2厚度或者更换劲度系数较大的弹簧3。 |
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