专利名称：一种适用于极破碎、软弱地层的取心钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钻探用的取心钻具，特别是涉及一种适用于极破碎、软弱地层的取心钻具。
技术背景随着资源勘探、深海钻探技术的发展，对钻探效率和质量的要求也越来越高，但是，在矿产资源勘查中采用常规的岩心钻探方法在硬、脆、碎、漏、坍、软弱易冲蚀等复杂地层的施工中仍存在很大难度。虽然，目前已经有一些办法可以解决此类复杂地层钻进效率低、岩矿心采取率低、钻孔质量差、钻头寿命低、孔底事故多、钻探成本高等问题，但是对于极破碎、软弱地层中取心率低的问题，一直是国内、外钻探领域亟待解决的难题。单管无泵钻具虽然能提高在极破碎、软弱地层中的采心率，但因要提钻取心，施工效率低，劳动强度大，频繁提钻影响孔壁稳定。在软弱、易冲蚀地层中钻进，因冲洗液经过卡簧座后从钻头内流(喷)出，很容易冲蚀进入钻头内或钻头前面的岩(矿)心。即使采用底喷钻头，冲洗液从钻头底部喷出后，也容易把尚未进入钻头的软弱岩(矿)心冲蚀掉，造成岩(矿)心采心率低。在破碎、软弱地层中钻进，因岩(矿)心易堵塞磨失、冲蚀，为保证采心率，要求回次进尺不能超过I米，特别难采地层回次进尺不能超过0. 5米。绳索取心钻具内管一般为3米长，在孔内有水的情况下，内管中岩(矿)心上部就有至少2米的水柱，打捞岩(矿)心时水柱往往把岩(矿)心压出内管造成空管。
实用新型内容本实用新型的目的就是提供一种克服现有技术缺陷的用于极破碎、软弱地层的取心钻具。本实用新型的技术方案是通过以下途径实现的，它包括绳索取心钻具、接手、无泵循环取心钻具、卡簧座、超前侧喷钻头，其中，无泵循环取心钻具由接头、单向阀、防堵锥网和内管组成，防堵锥网为密布互不连通的轴向通路，单向阀与接头间采用丝扣连接，防堵锥网与单向阀采用过盈配合连接，内管下部连接卡簧座，卡簧座内设有爪簧；超前侧喷钻头的钢体采用变径钢体，在钢体变径处均匀分布由内向外的斜水口，在斜水口的四周填充有保径材料，在变径钢体的尾部设有钻头胎体，且超前侧喷钻头均匀分布有水口和水槽。本实用新型能满足在极破碎、软弱地层中施工提高取心率的需要，在不需增加钻探设备和实施绳索取心钻进工艺的前提下，实现采取率达到95%以上的目标。本实用新型具有如下特点I、在极破碎、软弱地层的岩心钻探中，可以有效地提高取心率。2、防堵锥网保证了内管良好的机动性，延长绳索取心钻具寿命。3、超前侧喷钻头的设计，显著降低了冲洗液对岩(矿)心的冲刷，这不仅可以用于极破碎、软弱地层中，还可以用于脆、漏、塌、水敏等复杂地层中。[0013]4、克服了爪簧容易磨损的问题。
图I为本实用新型的结构示意图。图2为无泵循环取心钻具内管总成的结构示意图。图3为超前侧喷钻头的结构示意图。图中绳索取心钻具I、接手2、无泵循环取心钻具3、外管总成4、超前侧喷钻头5，接头6、单向阀7、防堵锥网8、内管9、爪簧10、卡簧座11、变径钢体12、斜水口 13、水口 14。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本实用新型的具体实施方式
。 如图I、2、3所示，本实用新型包括绳索取心钻具I、接手2、无泵循环取心钻具3、卡簧座11、超前侧喷钻头5，其中，无泵循环取心钻具3由接头6、单向阀7、防堵锥网8和内管9组成，防堵锥网8为密布互不连通的轴向通路，单向阀7与接头6间采用丝扣连接，防堵锥网8与单向阀7采用过盈配合连接，内管9下部连接卡簧座11，卡簧座内设有爪簧10 ；超前侧喷钻头5的钢体采用变径钢体12，在钢体变径处均匀分布由内向外的斜水口 13，在斜水口 13的四周填充有保径材料，在变径钢体12的尾部设有钻头胎体，且超前侧喷钻头5均匀分布有水口 14和水槽，水口和水槽的数量根据钻具的尺寸进行设定。通过结构改变，实现了 I、超前侧喷钻头改变了冲洗液的流向，冲洗液从钻头侧面喷出，保证了进入钻头的岩(矿)心不被冲蚀；钻头超前部分罩住尚未进入钻头的岩(矿)心，同时减弱了冲洗液的流速，有效地保护了钻头前部的岩(矿)石。2、减短了内管长度，又用无泵接手隔离了上部的水，大大减小了岩(矿)心上部的水压，能有效提高采心率。无泵接手使其下部内管处于密封状态，当岩(矿)心下滑时上部即形成负压对岩(矿)产生吸力，阻止其下滑。3、在破碎、软弱地层中钻进取心，卡簧实际上已失去了作用。爪簧在岩心上行时张开，下行时收拢，保证岩心只能进，不能出。4、把无泵循环钻具和绳索取心钻具合二为一，即可提高岩(矿)心采取率，又可提高钻进效率，稳定孔壁，减轻劳动强度。本实用新型的具体使用方法I、绳索取心无泵钻进当遇到极破碎、软弱易冲蚀采心不牢的地层时，将内管总成打捞上来，换成绳索取心无泵循环钻具进行无泵钻进。无泵循环钻进不用水泵送水，通过钻具上下串动及无泵接手的作用在孔底形成局部反循环。无泵钻进的钻进参数是钻压、转速、串动频率和串动高度。钻压不宜过大，一般为2 4kN，否则可能造成岩心堵塞或糊钻。转速也不宜过快，以便保护岩矿心，一般在100 200rpm。串动频率一般为5 10次/min，串动高度一般为15 20cm，视孔底岩粉多少和孔壁稳定程度而定。钻进过程中要不停地串动钻具，并且快提快落，以增强反循环效果。钻进结束，用打捞器打捞内管取心。[0030]通过钻具上下串动形成孔底局部反循环，由于极破碎岩层中存在粒径接近内外管环状间隙的细小颗粒，如果进入内外管间隙，会导致内外管机械摩擦增大，甚至内管完全卡死无法打捞。防堵锥网可以有效地隔离这些细小颗粒，把它们过滤在内管之中，从而提高钻具的寿命，防止卡内管。采用绳索取心无泵钻进能很好地保证采心率，不需提大钻。但进尺较慢，而且要求孔内水位必须高于无泵接手1-3米，否则无法形成孔底局部反循环。2、超前侧喷钻头+绳索取心无泵钻具钻进当遇到极破碎、软弱易冲蚀地层时，普通绳索取心钻进因冲洗液对岩矿心的冲蚀大，岩矿心在进入内管前就被冲蚀，造成采心率低；绳索取心无泵钻进进尺较慢，且孔内水位太低时不能实施。在这种情况下，可用超前侧喷钻头+绳索取心无泵钻具钻进。破碎、软弱地层岩(矿)心米取率低的原因一是岩(矿)心在进入钻头前被冲蚀、磨损；二是岩(矿)心进入钻头后、进入内管前被冲蚀；三是岩(矿)心已进入内管，因卡不牢在打捞过程中从内管中流出。使用超前侧喷钻头+绳索取心无泵钻具钻进，能很好地将上述三个问题一起解决。
权利要求1.一种适用于极破碎、软弱地层的取心钻具，包括绳索取心钻具(I)、接手(2)、无泵循环取心钻具(3)、卡簧座(11)、超前侧喷钻头(5)，其特征在于 A)所述的无泵循环取心钻具(3)由接头(6)、单向阀(7)、防堵锥网⑶和内管(9)组成，防堵锥网(8)为密布互不连通的轴向通路，单向阀(7)与接头(6)间采用丝扣连接，防堵锥网(8)与单向阀(7)采用过盈配合连接，内管(9)下部连接卡簧座(11)，卡簧座内设有爪簧(10)； B)所述的超前侧喷钻头(5)的钢体采用变径钢体(12)，在钢体变径处均匀分布由内向外的斜水口(13)，在斜水口(13)的四周填充有保径材料，在变径钢体(12)的尾部设有钻头胎体，且超前侧喷钻头(5)均匀分布有水口(14)和水槽。
专利摘要一种适用于极破碎、软弱地层的取心钻具，它包括绳索取心钻具、接手、无泵循环取心钻具、卡簧座、超前侧喷钻头，无泵循环取心钻具由接头、单向阀、防堵锥网和内管组成，防堵锥网为密布互不连通的轴向通路，单向阀与接头间采用丝扣连接，防堵锥网与单向阀采用过盈配合连接，内管下部连接卡簧座，卡簧座内设有爪簧；超前侧喷钻头的钢体采用变径钢体，在钢体变径处均匀分布由内向外的斜水口，在斜水口的四周填充有保径材料，在变径钢体的尾部设有钻头胎体，且超前侧喷钻头均匀分布有水口和水槽。能满足在极破碎、软弱地层中施工提高取心率的需要，在不需增加钻探设备和实施绳索取心钻进工艺的前提下，实现岩(矿)心采取率达到95％以上的目标。
文档编号E21B10/60GK202500513SQ20122009882
公开日2012年10月24日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者和志军, 孙平贺, 张绍和, 曹函, 郝志斌, 钱书伟, 陈维文 申请人:中南大学, 北京中资环钻探有限公司