一种用于环境科学钻探的三重管钻进取芯钻具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型是涉及环境科学钻探、湖泊与海洋钻探、建筑工程勘察钻探、盐类矿产尤其是钾盐勘查等钻探工程施工的钻进取芯工具。
【背景技术】
[0002]目前，国内外针对完整及硬岩地层的钻探取心技术已较为成熟。但对于环境科学钻探、湖泊与海洋钻探、建筑工程勘察钻探、盐类矿产尤其是钾盐勘查钻探中常见的软、散、易溶等难取芯地层。取芯技术尚不成熟，表现为:大多沿用完整及硬岩地层的钻探取芯钻具，在钻进取芯过程中，岩芯易挤出、易脱落、易冲蚀、易溶蚀，造成岩芯采取率较低，无法满足环境科学钻探对岩芯采取率的要求。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于，主要为了解决上述现有技术在钻进取芯过程中，岩芯易挤出、易脱落、易冲蚀、易溶蚀，造成岩芯采取率较低，无法满足环境科学钻探对岩芯采取率的要求的问题。而提供一种用于环境科学钻探的三重管钻进取芯钻具。
[0004]技术方案
[0005]为实现上述目的本实用新型采用以下的技术方案:
[0006]本实用新型的一种用于环境科学钻探的三重管钻进取芯钻具，其特征是在于，它由阶梯式侧喷钻头、抓簧卡芯装置、单动三重管机构、射流分水悬浮机构四部分组成:所述阶梯式侧喷钻头采用阶梯形状及侧面设计有水孔，阶梯式侧喷钻头内台阶与内管靴底部间隙可通过调节螺母进行调节，以控制通过钻头侧面通水孔的水量；
[0007]所述抓簧卡芯装置的取芯抓簧安装在阶梯式侧喷钻头和内岩芯管包括钢制内管及塑料岩芯护管之间。抓簧卡芯装置可在提钻时卡取岩芯；
[0008]所述单动三重管机构:由外管、钢制内管和塑料岩芯护管及单动装置组成。由外管接头通过丝扣连接钻铤，外管接头分内部和外部分别连接中心轴和外管。其内部连接为:夕卜管接头内部和中心轴丝扣连接，轴承座通过两盘轴向推力球轴承悬挂在中心轴的台阶上，轴承座和分水接头丝扣连接，分水接头钢制内管丝扣连接，钢制内管和内管靴丝扣连接，塑料岩芯护管安装在钢制内管、分水接头和内管靴之间，抓簧安装在内管靴和抓簧支管之间，钢制内管间隙套装在塑料岩芯护管外面保护塑料岩芯护管不受力变形；其外部连接为:夕卜管接头外部和外管丝扣连接，外管和阶梯式侧喷钻头丝扣连接。单动是指钻进取芯时，外管接头、外管和阶梯式侧喷钻头廻转加垂直运动钻取岩芯，而轴承座、分水接头、钢制内管、塑料岩芯护管、抓簧支管、抓簧和内管靴通过两盘轴向推力球轴承隔断廻转动力，只作垂直运动，从而实现外部单动，内部不转动，避免了岩芯被扭转变形破损。
[0009]所述射流分水悬浮机构:本实用新型在钻进时，钻井液通过喷嘴向下形成射流进入承喷腔，再经过分水孔、钢制内管和外管之间的间隙、阶梯式侧喷钻头侧面通水孔进入孔底冷却钻头并携带钻肩。之后通过钻具与孔壁之间的间隙向上返回地表；由于射流作用，在承喷腔中形成负压，在负压的作用下，塑料岩芯护管中的钻井液经回水阀顶开钢球进入回水孔并向上流动形成悬浮力，对其中的岩芯产生悬浮作用，从而减少岩芯垂直向上进入塑料岩芯护管的阻力。
[0010]所述的一种用于环境科学钻探的三重管钻进取芯钻具，其特征在于:所述阶梯式侧喷钻头采用阶梯形状及侧面设计有水孔；阶梯式侧喷钻头内台阶与内管靴底部间隙可通过调节螺母进行调节，用以控制通过钻头侧面通水孔的水量。
[0011]所述塑料岩芯护管上部顶在分水接头的底部；塑料岩芯护管压在抓簧支管上部；抓簧支管压在抓簧的抓簧圈上，抓簧底部座在内管靴的内台阶上。组成本实用新型的抓簧卡芯装置。
[0012]所述外管接头分内部和外部分别连接中心轴和外管。
[0013]所述轴承座通过两盘轴向推力球轴承悬挂在中心轴的台阶上，轴承座和分水接头丝扣连接，组成本实用新型的单动装置。
[0014]所述外管、钢制内管和塑料岩芯护管组成本实用新型的三重管机构。塑料岩芯护管安装在钢制内管、分水接头和内管靴之间。
[0015]所述喷嘴、承喷腔、分水孔、侧面通水孔、回水阀、钢球、回水孔组成本实用新型的射流分水悬浮机构。
[0016]优点和效果
[0017]本实用新型的优点和效果是:
[0018]本取芯钻具主要用于环境科学钻探。同样可适用于湖泊与海洋钻探、建筑工程勘察钻探、地质矿山勘查钻探等所遇软、散、易溶等难取芯地层。通过实际应用，很好的解决了在上述难取芯地层钻进取芯时，岩芯易挤出、易脱落、易冲蚀、易溶蚀的问题，充分满足了环境科学钻探对岩芯采取率的要求。
[0019]本实用新型已通过生产性试验，并且已经多次用于环境科学钻探。实践证明，可有效提高在难取芯地层中的岩芯采取率。其优点为:(I)钻进时，岩芯可直接进入塑料岩芯护管；提钻后，在地表拉动塑料岩芯护管连同其内部的岩芯一同退出钢制内管。塑料岩芯护管可在钻进取芯过程和岩芯运输过程中，很好的保护岩芯，为下一步的取样及分析实验工作奠定基础。从而保证科研工作的质量。(2)本实用新型在钻进过程中，可通过单动装置实现钻头单动。从而避免岩芯承受廻转扭力变形。(3)本实用新型在钻进过程中，钻井液循环路线如图6所示，塑料岩芯护管中的钻井液向上流动形成悬浮力，对其中的岩芯产生悬浮作用，从而减少岩芯垂直向上进入塑料岩芯护管的阻力。
[0020]本实用新型经试验改进后，理论岩芯采取率可达到100%。现已多次用于环境科学钻探并取得良好的实用效果。岩芯采取率达到90%?100%。从而保证了环境科学钻探工程的施工质量。
[0021]本实用新型主要用于环境科学钻探。同样可适用于湖泊与海洋钻探、建筑工程勘察钻探、地质矿山勘查钻探等所遇软、散、易溶等难取芯地层。具体适用地层为:第四系河流相、湖相和海相沉积地层；风成黄土沉积地层；第三系粘土地层；以及石盐、钾石岩、光卤石等固体易溶盐地层。
【附图说明】
[0022]以下结合附图和【具体实施方式】对实用新型作进一步详细描述:
[0023]图1是一种用于环境科学钻探的三重管钻进取芯钻具结构示意图；
[0024]图2是图1的A-A向剖视图；
[0025]图3是三重管钻进取芯钻具阶梯式侧喷钻头、抓簧卡芯装置结构示意图；
[0026]图4是三重管钻进取芯钻具单动三重管机构、单动装置及射流分水悬浮机构、连接及止水机构结构示意图；
[0027]图5是图4的A-A向剖视图；
[0028]图6是一种用于环境科学钻探的三重管钻进取芯钻具工作原理图；
[0029]图7是图6的A-A向剖视图。
[0030]其中:1-外管接头2-中心轴3-外管4-调节螺母5-轴承座6-轴向推力球轴承7-喷嘴8-分水接头9-钢球10-回水阀11-钢制内管12-塑料岩芯护管
13-内管靴14-阶梯式侧喷钻头15-侧面通水孔16-抓簧17-抓簧支管18-分水孔19-回水孔20-承喷腔21-水堵22-钻井液循环路线。
【具体实施方式】
[0031]本实用新型的一种用于环境科学钻探的三重管钻进取芯钻具，其特征是在于，它由阶梯式侧喷钻头、抓簧卡芯装置、单动三重管机构、射流分水悬浮机构四部分组成。所述阶梯式侧喷钻头14采用阶梯形状及侧面设计有水孔；阶梯式侧喷钻头14内台阶与内管靴13底部间隙可通过调节螺母4进行调节，以控制通过钻头侧面通水孔15的水量；所述抓簧卡芯装置的取芯抓簧安装在阶梯式侧喷钻头14和内岩芯管包括钢制内管11及塑料岩芯护管12之间；所述单动三重管机构:由外管接头I通过丝扣连接钻杆或钻铤，外管接头I内部和中心轴2丝扣连接，通过两盘轴向推力球轴承6悬挂在中心轴2的台阶上，从而实现外管3单动，钢制内管11套装在塑料岩芯护管12外面保护塑料岩芯护管12不受力变形。
[0032]所述的一种用于环境科学钻探的三重管钻进取芯钻具，其特征是在于，所述阶梯式侧喷钻头14采用阶梯形状及侧面设计有水孔；阶梯式侧喷钻头14内台阶与内管靴13底部间隙可通过调节螺母4进行调节，用以控制通过钻头侧面通水孔15的水量。
[0033]所述塑料岩芯护管12上部顶在分水接头8的底部；塑料岩芯护管12压在抓簧支管上部；抓簧支管17压在抓簧16的抓簧圈上，抓簧16底部座在内管靴13的内台阶上。组成本实用新型的抓簧卡芯装置。
[0034]所述外管接头I分内部和外部分别连接中心轴2和外管3。
[0035]所述轴承座5通过两盘轴向推力球轴承6悬挂在中心轴2的台阶上，轴承座5和分水接头8丝扣连接，组成本实用新型的单动装置。
[0036]所述外管3、钢制内管11和塑料岩芯护管12组成本实用新型的三重管机构。塑料岩芯护管12安装在钢制内管11、分水接头8和内管靴13之间。
[0037]所述喷嘴7、承喷腔20、分水孔18、侧面通水孔15、回水阀10、钢球9、回水孔19组成本实用新型的射流分水悬浮机构。
[0038]参照附图1?7所示，本实用新型的一种用于环境科学钻探的三重管钻进取芯钻具。如图1所示，本实用新型由阶梯式侧喷钻头、抓簧卡芯装置、单动三重管机构、射流分水悬浮机构等四部分组成。本实用