螺杆取芯钻具的制作方法

[0001]
本发明涉及海洋钻探取样技术领域，特别是涉及一种螺杆取芯钻具。


背景技术：

[0002]
礁灰岩，又称为生物骨架灰岩，是一种具有原地固着生长状态的生物骨架构成的灰岩，广泛分布于南海的岛礁附近。近年来随着对南海的开发力度越来越大，礁灰岩作为岛礁周围的典型岩石类型，受到了越来越多的关注。在海域地质调查、岛礁工程施工等方面，迫切地需要了解礁灰岩的成因、沉积环境及工程力学性能等参数，此时原状样品的获取就成为了解决礁灰岩性质的最好手段。
[0003]
当前一般采用绳索取心或跟管取心的方式来获取，该方法的显著特点是泥浆漏失，岩屑无法排出井筒，有很大的埋钻、卡钻风险，容易延长工期。此外，海底硬岩多为花岗岩等地层，非常坚硬，采用常规的牙轮钻头或pdc钻头钻进效率很低，无法满足海上高成本的消耗。因此，提供一种钻井效率高，并且能够避免出现埋钻、卡钻事故发生的螺杆取芯钻具。


技术实现要素：

[0004]
为解决以上技术问题，本发明提供一种钻井效率高并且能够避免出现埋钻、卡钻事故发生的螺杆取芯钻具。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0006]
本发明提供一种螺杆取芯钻具，包括：外管总成和用于套装在所述外管总成内与所述外管总成卡接的内管总成，所述外管总成第一端用于与钻杆连接、第二端设有与所述外管总成可转动连接的钻头组件，所述内管总成包括螺杆马达组件、与所述螺杆马达组件第一端连接且用于与外管总成卡接的打捞组件以及与所述螺杆马达组件第二端连接的取样组件，所述取样组件穿在所述钻头组件内部，所述螺杆马达组件与所述钻头组件传动连接，以带动所述钻头组件转动。
[0007]
进一步地，所述螺杆马达组件包括定子组件和可转动地设置于所述定子组件内部的转子组件，所述定子组件与所述打捞组件连接，所述转子组件与所述钻头组件传动连接。
[0008]
进一步地，所述取样组件与所述转子组件转动连接。
[0009]
进一步地，还包括与所述转子组件连接的传扭管，所述传扭管外壁设有外花键，所述钻头组件内壁设有与所述外花键配合的内花键，所述取样组件通过单动组件与所述传扭管转动连接。
[0010]
进一步地，所述单动组件包括与所述传扭管螺纹连接的连接杆、可转动地套装于所述连接杆上的转动套和安装于连接杆上用于防止转动套脱落的定位组件；所述转动套与所述传扭管之间设有第一推力轴承，所述定位组件通过第二推力轴承压紧所述转动套。
[0011]
进一步地，所述定位组件包括与所述连接杆螺纹连接的定位螺母和套装于连接杆上的第一弹簧，所述第一弹簧一端与所述定位螺母相抵，另一端与所述第二推力轴承相抵。
[0012]
进一步地，所述取样组件包括与所述单动组件螺纹连接的过渡件、与所述过渡件螺纹连接的调节接头和与所述调节接头螺纹连接的取样筒；所述取样筒为包括至少两个弧形管拼接而成的筒体结构，所述取样筒远离所述调节接头一端的外部设有与所述取样筒螺纹旋合的卡簧座。
[0013]
进一步地，所述钻头组件包括用于与所述螺杆马达组件传动连接的传扭短节、第一端与所述传扭短节螺纹连接的连接管组以及设置于所述连接管组第二端的钻头，所述连接管组包括若干个连接管，所述连接管组通过轴承组与所述外管总成转动连接，所述轴承组包括若干个交替分布的径向轴承和轴向轴承。
[0014]
进一步地，所述连接管组和所述外管总成之间设有缓冲组件，所述缓冲组件包括与所述连接管组相抵的第三推力轴承和一端与所述外管总成相抵另一端与所述第三推力轴承相抵的第二弹簧。
[0015]
进一步地，所述打捞组件包括依次连接的打捞矛组件、用于与所述外管总成卡接的弹卡和用于与所述螺杆马达组件连接的悬挂接头，所述悬挂接头内部中空且其外圆周侧表面设有供泥浆进入的进水孔，以使泥浆经过所述悬挂接头进入到所述螺杆马达组件，在泥浆流动方向上、位于所述进水孔的下游，所述悬挂接头的外圆周侧壁上设有密封圈。
[0016]
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0017]
本发明的一种螺杆取芯钻具，包括：外管总成和用于套装在外管总成内与外管总成卡接的内管总成，外管总成第一端用于与钻杆连接、第二端设有与外管总成可转动连接的钻头组件，内管总成包括螺杆马达组件、与螺杆马达组件第一端连接且用于与外管总成卡接的打捞组件以及与螺杆马达组件第二端连接的取样组件，取样组件穿在钻头组件内部，螺杆马达组件与钻头组件传动连接，以带动钻头组件转动。
[0018]
使用时，先将外管总成连接到钻杆上，并通过加接钻杆的方式将外管总成下放到井底。然后，通过打捞器将内管总成下放到外管总成内，直至内管总成到位后与外管总成卡接，打捞器和内管总成脱离。从钻杆通入泥浆，泥浆经过螺杆马达组件时驱动螺杆马达组件转动，螺杆马达组件转动时驱动钻头组件转动，从而使得螺杆取芯钻具能够钻入到岩石内。完成后，将打捞器从钻杆下放，以将内管总成打捞上井口，拆开取样组件取芯。
[0019]
如此设置，螺杆取芯钻具的钻头组件由螺杆马达组件驱动转动，并且外管总成也能够转动，因此，钻头组件的转速为螺杆马达组件的转速与外管总成转速的叠加，使得钻头组件的转速更快，这样一方面使得螺杆取芯钻具的钻进速度更快，钻井效率更高；另一方面，钻头组件可以采用转速要求更快的金刚石钻头，如此，金刚石钻头可以将大颗粒岩屑磨削成岩粉，比牙轮和pdc钻头产生的岩屑更细更小，岩粉可以随着泥浆排出钻孔外，从而可以避免岩屑堆积造成埋钻、卡钻的问题。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
[0021]
图1和图2整体为本发明实施例中内管总成的结构示意图；
[0022]
图3和图4整体为本发明实施例中外管总成的结构示意图；
[0023]
图5和图6整体为本发明实施例中螺杆取芯钻具的结构示意图；
[0024]
图7为图5中的ⅰ局部视图；
[0025]
图8为图5中的ⅱ局部视图。
[0026]
附图标记说明：100、内管总成；200、外管总成；110、打捞矛组件；111、弹卡；112、进水孔；113、悬挂接头；114、密封圈；120、螺杆马达组件；121、定子组件；122、转子组件；130、传扭管；131、外花键；132、出水孔；140、单动组件；141、连接杆；142、转动套；143、第一推力轴承；144、第二推力轴承；145、定位螺母；146、第一弹簧；150、取样组件；151、过渡件；152、调节接头；153、取样筒；154、卡簧座；201、传扭短节；202、钻头；203、径向轴承；204、轴向轴承；205、第三推力轴承；206、第二弹簧；207、扶正环；208、连接管；209、连接套管；210、变径接头；211、弹卡挡头。
具体实施方式
[0027]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028]
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0029]
如图1-8所示，本发明实施例提供的一种螺杆取芯钻具，包括外管总成200和用于套装在外管总成200内且与外管总成200卡接连接的内管总成100。外管总成200第一端用于与钻杆连接。例如图4中所示，外管总成200第一端可设置用于与钻杆螺纹连接的变径接头210。外管总成200第二端设有与外管总成200可转动地相连接的钻头组件。内管总成100包括螺杆马达组件120、与螺杆马达组件120第一端连接且用于与外管总成200卡接的打捞组件以及与螺杆马达组件120第二端连接的取样组件150。螺杆马达组件120与钻头组件传动连接，以带动钻头组件转动。取样组件150穿在钻头组件内部。螺杆马达组件120与打捞组件连接，而打捞组件与外管总成200卡接，如此，最终使得螺杆马达组件120驱动钻头组件转动时所产生的反向扭矩通过打捞组件传递至外管总成200上，使得钻头组件与外管总成200产生相对运动。
[0030]
具体使用过程为：使用时，先将外管总成200连接到钻杆上，并通过加接钻杆的方式将外管总成200下放到井底。然后，通过打捞器将内管总成100下放到外管总成200内，直至内管总成100到位后与外管总成200卡接，使打捞器和内管总成100脱离。从钻杆通入泥浆，泥浆经过螺杆马达组件120时驱动螺杆马达组件120转动，螺杆马达组件120转动时驱动钻头组件转动，从而使得螺杆取芯钻具能够钻入到岩石内。完成后，将打捞器从钻杆下放，以将内管总成100打捞上井口，拆开取样组件150取芯。
[0031]
如此设置，螺杆取芯钻具的钻头组件由螺杆马达组件120驱动转动，并且外管总成200也能够转动，因此，钻头组件的转速为螺杆马达组件120的转速与外管总成200转速的叠加，使得钻头组件的转速更快，这样一方面使得螺杆取芯钻具的钻进速度更快，钻井效率更高；另一方面，钻头组件可以采用转速要求更快的金刚石钻头202，如此，金刚石钻头202可
以将大颗粒岩屑磨削成岩粉，比牙轮和pdc钻头产生的岩屑更细更小，岩粉可以随着泥浆排出钻孔外，从而可以避免岩屑堆积造成埋钻、卡钻的问题。这样使得本发明实施提供的螺杆取芯钻具能够适用于海底硬岩和礁灰岩的钻采。
[0032]
参考图1-2所示，一些实施例中，螺杆马达组件120包括定子组件121和可转动地设置于定子组件121内部的转子组件122。例如，定子组件121内设有双螺旋腔体，而转子组件122为单螺旋接头，通过向定子组件121内通入钻井液驱动转子组件122转动。需要说明的是，螺杆马达属于现有技术的产品，关于其原理不属于本文论述重点，此处不再赘述。定子组件121与打捞组件连接，转子组件122与钻头组件传动连接。通入泥浆或钻井液时，钻井液进入到定子组件121内驱动转子组件122转动，定子组件121与打捞组件连接，从而将反扭矩通过打捞组件传递至外管总成200上，而转子组件122带动钻头组件转动，以使钻头组件能够在岩石上打孔。
[0033]
一些实施例中，取样组件150与转子组件122可转动地相连接。如此设置，在转子组件122转动时，取样组件150不会随着转子组件122转动。
[0034]
参考图1所示，一些实施例中，螺杆取样钻具还包括与钻子组件连接的传扭管130。参考图7所示，传扭管130外壁设有外花键131，而钻头组件内壁上设有用于与外花键131配合的内花键。当将内管总成100置于外管总成200内部且内管总成100卡接到位时，内花键与外花键131相互配合，转子组件122通过传扭管130、内花键和外花键131带动钻头组件转动。可选地，传扭管130与钻子组件螺纹连接。并且传扭管130内部中空，且其侧壁上设有出水孔132，以使转子组件122内的钻井液能够沿传扭管130上的出水孔132流出。
[0035]
参考图1所示，取样组件150通过单动组件140与传动管转动连接。一些实施例中，单动组件140包括与传扭管130螺纹连接的连接杆141、可转动地套装于连接杆141上的转动套142和安装于连接杆141上用于防止转动套142脱落的定位组件。取样组件150与转动套142连接。转动套142与传扭管130之间设有第一推力轴承143，定位组件通过套装于连接杆141上的第二推力轴承144压紧转动套142。第一推力轴承143和第二推力轴承144能够保证在定位组件压紧转动套142时，转动套142依旧能够自由转动。
[0036]
参考图1所示，一些实施例中，定位组件包括与连接杆141螺纹连接的定位螺母145和套装于连接杆141上的第一弹簧146。第一弹簧146一端与定位螺母145相抵，另一端与第二推力轴承144相抵，通过选拧定位螺母145，定位螺母145压缩第一弹簧146，第一弹簧146严禁第二推力轴承144，第二推力轴承144压紧转动套142。如此设置，能够方便地调整定位组件对转动套142的压紧力。
[0037]
参考图1所示，一些实施例中，取样组件150包括与单动组件140螺纹连接的过渡件151、与过渡件151螺纹连接的调节接头152和与调节接头152螺纹连接的取样筒153。例如，过渡件151第一端设有内螺纹，转动套142上设有与该内螺纹相配合的外螺纹，过渡件151与转动套142螺纹旋合。过渡件151第二端设有螺纹孔，调节接头152上设有与该螺纹孔相配合的螺柱，调节接头152上的螺柱旋入到螺纹孔，并由固定螺母固定。通过调节调节头旋入长度能够调整取样筒153位置。取样筒153为包括至少两个弧形管拼接而成的筒体结构。取样筒153远离调节接头152一端的外部设有与取样筒153螺纹旋合的卡簧座154。使用时，将内管总成100打捞至井口后，将取样筒153从调节接头152上拧下，再将卡簧座154拆下，即可打开取样筒153取出岩心样本。而通过将取样筒153设置为拼接形式，能够方便地将岩心样本
取出并保证样本的完整。参考图8所示，可选地，钻头组件内设有扶正环207。扶正环207与取样筒153外壁转动配合，以防止取样筒153发生歪斜，保证取样筒153与钻头组件始终同心，从而使取样更质量更好。
[0038]
参考图3所示，一些实施例中，钻头组件包括用于与螺杆马达组件120传动连接的传扭短节201、第一端与传扭短节201螺纹连接的连接管组以及设置于连接管组第二端的钻头202。连接管组包括若干个依次螺纹连接的连接管208，连接管208的数量可根据实际需要设置。连接管组通过轴承组与外管总成200转动连接，轴承组包括若干个交替分布的径向轴承203和轴向轴承204。其中径向轴承203和轴向轴承204的数量可以根据实际需要进行设置，图3中径向轴承203和轴向轴承204的数量分别为两个。其中，径向轴承203用于承受钻头组件受到的径向力，轴向轴承204用于承受钻头组件受到的轴向力，二者均可以采用市场上所能购买的轴承。参考图3所示，为了便于将钻头组件安装于外管总成200，外管总成200第二端设有若干个依次螺纹连接的连接套管209。连接套管209能够支撑钻头组件并对钻头组件进行轴向定位。
[0039]
参考图3所示，一些实施例中，连接管组和外管总成200之间设有缓冲组件。缓冲组件包括与连接管组相抵的第三推力轴承205和一端与外管总成200相抵另一端与第三推力轴承205相抵的第二弹簧206。第三推力轴承205和第二弹簧206均套装于连接管208祖上。如此设置，钻头组件受到的冲击力能够有缓冲组件进行吸收，从而减少轴承组中轴承受到的冲击，延长轴承组的寿命。
[0040]
参考图2所示，一些实施例中个，打捞组件包括依次连接的打捞矛组件110、用于与外管总成200卡接的弹卡111和用于与螺杆马达组件120连接的悬挂接头113。需要说明的是打捞矛组件110属于现有技术中的产品，关于其构造不属于本文论述重点，此处不再赘述。同样地，弹卡111也属于现有技术中的产品，其能够与外管总成200上的弹卡挡头211配合进行扭矩的传递，以用于将螺杆马达组件120的定子组件121受到的反扭矩传递至外管总成200上。悬挂接头113内部中空且其外圆周侧表面设有供泥浆进入的进水孔112，以使泥浆经过悬挂接头113进入到螺杆马达组件120。在泥浆流动方向上、位于进水孔112的下游，悬挂接头113的外圆周侧壁上设有密封圈114。通过设置密封圈114使得泥浆或者钻井液能够完全从进水孔112进入到螺杆马达组件120内，从而能够避免能量浪费。
[0041]
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。