專利名稱：一種適用于極破碎、軟弱地層的取心鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆探用的取心鉆具，特別是涉及一種適用于極破碎、軟弱地層的取心鉆具。
背景技術(shù)：
隨著資源勘探、深海鉆探技術(shù)的發(fā)展，對鉆探效率和質(zhì)量的要求也越來越高，但是，在礦產(chǎn)資源勘查中采用常規(guī)的巖心鉆探方法在硬、脆、碎、漏、坍、軟弱易沖蝕等復(fù)雜地層的施工中仍存在很大難度。雖然，目前已經(jīng)有一些辦法可以解決此類復(fù)雜地層鉆進(jìn)效率低、巖礦心采取率低、鉆孔質(zhì)量差、鉆頭壽命低、孔底事故多、鉆探成本高等問題，但是對于極破碎、軟弱地層中取心率低的問題，一直是國內(nèi)、外鉆探領(lǐng)域亟待解決的難題。單管無泵鉆具雖然能提高在極破碎、軟弱地層中的采心率，但因要提鉆取心，施工效率低，勞動強(qiáng)度大，頻繁提鉆影響孔壁穩(wěn)定。在軟弱、易沖蝕地層中鉆進(jìn)，因沖洗液經(jīng)過卡簧座后從鉆頭內(nèi)流(噴)出，很容易沖蝕進(jìn)入鉆頭內(nèi)或鉆頭前面的巖(礦)心。即使采用底噴鉆頭，沖洗液從鉆頭底部噴出后， 也容易把尚未進(jìn)入鉆頭的軟弱巖(礦)心沖蝕掉，造成巖(礦)心采心率低。在破碎、軟弱地層中鉆進(jìn)，因巖(礦)心易堵塞磨失、沖蝕，為保證采心率，要求回次進(jìn)尺不能超過I米，特別難采地層回次進(jìn)尺不能超過0. 5米。繩索取心鉆具內(nèi)管一般為3 米長，在孔內(nèi)有水的情況下，內(nèi)管中巖(礦)心上部就有至少2米的水柱，打撈巖(礦)心時水柱往往把巖(礦)心壓出內(nèi)管造成空管。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷的用于極破碎、軟弱地層的取心鉆具。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過以下途徑實現(xiàn)的，它包括繩索取心鉆具、接手、無泵循環(huán)取心鉆具、卡簧座、超前側(cè)噴鉆頭，其中，無泵循環(huán)取心鉆具由接頭、單向閥、防堵錐網(wǎng)和內(nèi)管組成，防堵錐網(wǎng)為密布互不連通的軸向通路，單向閥與接頭間采用絲扣連接，防堵錐網(wǎng)與單向閥采用過盈配合連接，內(nèi)管下部連接卡簧座，卡簧座內(nèi)設(shè)有爪簧；超前側(cè)噴鉆頭的鋼體采用變徑鋼體，在鋼體變徑處均勻分布由內(nèi)向外的斜水口，在斜水口的四周填充有保徑材料，在變徑鋼體的尾部設(shè)有鉆頭胎體，且超前側(cè)噴鉆頭均勻分布有水口和水槽。本發(fā)明能滿足在極破碎、軟弱地層中施工提高取心率的需要，在不需增加鉆探設(shè)備和實施繩索取心鉆進(jìn)工藝的前提下，實現(xiàn)采取率達(dá)到95%以上的目標(biāo)。本發(fā)明具有如下特點I、在極破碎、軟弱地層的巖心鉆探中，可以有效地提高取心率。2、防堵錐網(wǎng)保證了內(nèi)管良好的機(jī)動性，延長繩索取心鉆具壽命。3、超前側(cè)噴鉆頭的設(shè)計，顯著降低了沖洗液對巖(礦)心的沖刷，這不僅可以用于極破碎、軟弱地層中，還可以用于脆、漏、塌、水敏等復(fù)雜地層中。
4、克服了爪簧容易磨損的問題。
圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為無泵循環(huán)取心鉆具內(nèi)管總成的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為超前側(cè)噴鉆頭的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中繩索取心鉆具I、接手2、無泵循環(huán)取心鉆具3、外管總成4、超前側(cè)噴鉆頭5， 接頭6、單向閥7、防堵錐網(wǎng)8、內(nèi)管9、爪簧10、卡簧座11、變徑鋼體12、斜水口 13、水口 14。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實施方式
。如圖1、2、3所示，本發(fā)明包括繩索取心鉆具I、接手2、無泵循環(huán)取心鉆具3、卡簧座
11、超前側(cè)噴鉆頭5，其中，無泵循環(huán)取心鉆具3由接頭6、單向閥7、防堵錐網(wǎng)8和內(nèi)管9組成，防堵錐網(wǎng)8為密布互不連通的軸向通路，單向閥7與接頭6間采用絲扣連接，防堵錐網(wǎng) 8與單向閥7采用過盈配合連接，內(nèi)管9下部連接卡簧座11，卡簧座內(nèi)設(shè)有爪簧10 ；超前側(cè)噴鉆頭5的鋼體采用變徑鋼體12，在鋼體變徑處均勻分布由內(nèi)向外的斜水口 13，在斜水口 13的四周填充有保徑材料，在變徑鋼體12的尾部設(shè)有鉆頭胎體，且超前側(cè)噴鉆頭5均勻分布有水口 14和水槽，水口和水槽的數(shù)量根據(jù)鉆具的尺寸進(jìn)行設(shè)定。通過結(jié)構(gòu)改變，實現(xiàn)了 I、超前側(cè)噴鉆頭改變了沖洗液的流向，沖洗液從鉆頭側(cè)面噴出，保證了進(jìn)入鉆頭的巖(礦)心不被沖蝕；鉆頭超前部分罩住尚未進(jìn)入鉆頭的巖(礦)心，同時減弱了沖洗液的流速，有效地保護(hù)了鉆頭前部的巖(礦)石。2、減短了內(nèi)管長度，又用無泵接手隔離了上部的水，大大減小了巖(礦)心上部的水壓，能有效提高采心率。無泵接手使其下部內(nèi)管處于密封狀態(tài)，當(dāng)巖(礦)心下滑時上部即形成負(fù)壓對巖(礦)產(chǎn)生吸力，阻止其下滑。3、在破碎、軟弱地層中鉆進(jìn)取心，卡簧實際上已失去了作用。爪簧在巖心上行時張開，下行時收攏，保證巖心只能進(jìn)，不能出。4、把無泵循環(huán)鉆具和繩索取心鉆具合二為一，即可提高巖(礦)心采取率，又可提高鉆進(jìn)效率，穩(wěn)定孔壁，減輕勞動強(qiáng)度。本發(fā)明的具體使用方法I、繩索取心無泵鉆進(jìn)當(dāng)遇到極破碎、軟弱易沖蝕采心不牢的地層時，將內(nèi)管總成打撈上來，換成繩索取心無泵循環(huán)鉆具進(jìn)行無泵鉆進(jìn)。無泵循環(huán)鉆進(jìn)不用水泵送水，通過鉆具上下串動及無泵接手的作用在孔底形成局部反循環(huán)。無泵鉆進(jìn)的鉆進(jìn)參數(shù)是鉆壓、轉(zhuǎn)速、串動頻率和串動高度。鉆壓不宜過大，一般為 2 4kN，否則可能造成巖心堵塞或糊鉆。轉(zhuǎn)速也不宜過快，以便保護(hù)巖礦心，一般在100 200rpm。串動頻率一般為5 10次/min，串動高度一般為15 20cm，視孔底巖粉多少和孔壁穩(wěn)定程度而定。鉆進(jìn)過程中要不停地串動鉆具，并且快提快落，以增強(qiáng)反循環(huán)效果。鉆進(jìn)結(jié)束，用打撈器打撈內(nèi)管取心。
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通過鉆具上下串動形成孔底局部反循環(huán)，由于極破碎巖層中存在粒徑接近內(nèi)外管環(huán)狀間隙的細(xì)小顆粒，如果進(jìn)入內(nèi)外管間隙，會導(dǎo)致內(nèi)外管機(jī)械摩擦增大，甚至內(nèi)管完全卡死無法打撈。防堵錐網(wǎng)可以有效地隔離這些細(xì)小顆粒，把它們過濾在內(nèi)管之中，從而提高鉆具的壽命，防止卡內(nèi)管。采用繩索取心無泵鉆進(jìn)能很好地保證采心率，不需提大鉆。但進(jìn)尺較慢，而且要求孔內(nèi)水位必須高于無泵接手1-3米，否則無法形成孔底局部反循環(huán)。2、超前側(cè)噴鉆頭+繩索取心無泵鉆具鉆進(jìn)當(dāng)遇到極破碎、軟弱易沖蝕地層時，普通繩索取心鉆進(jìn)因沖洗液對巖礦心的沖蝕大，巖礦心在進(jìn)入內(nèi)管前就被沖蝕，造成采心率低；繩索取心無泵鉆進(jìn)進(jìn)尺較慢，且孔內(nèi)水位太低時不能實施。在這種情況下，可用超前側(cè)噴鉆頭+繩索取心無泵鉆具鉆進(jìn)。破碎、軟弱地層巖(礦)心米取率低的原因一是巖(礦)心在進(jìn)入鉆頭前被沖蝕、磨損；二是巖(礦)心進(jìn)入鉆頭后、進(jìn)入內(nèi)管前被沖蝕；三是巖(礦)心已進(jìn)入內(nèi)管，因卡不牢在打撈過程中從內(nèi)管中流出。使用超前側(cè)噴鉆頭+繩索取心無泵鉆具鉆進(jìn)，能很好地將上述三個問題一起解決。
權(quán)利要求
1.一種適用于極破碎、軟弱地層的取心鉆具，包括繩索取心鉆具(I)、接手(2)、無泵循環(huán)取心鉆具(3)、卡簧座(11)、超前側(cè)噴鉆頭(5)，其特征在于A)所述的無泵循環(huán)取心鉆具(3)由接頭(6)、單向閥(7)、防堵錐網(wǎng)⑶和內(nèi)管(9)組成，防堵錐網(wǎng)(8)為密布互不連通的軸向通路，單向閥(7)與接頭(6)間采用絲扣連接，防堵錐網(wǎng)(8)與單向閥(7)采用過盈配合連接，內(nèi)管(9)下部連接卡簧座(11)，卡簧座內(nèi)設(shè)有爪簧(10)；B)所述的超前側(cè)噴鉆頭(5)的鋼體采用變徑鋼體(12)，在鋼體變徑處均勻分布由內(nèi)向外的斜水口(13)，在斜水口(13)的四周填充有保徑材料，在變徑鋼體(12)的尾部設(shè)有鉆頭胎體，且超前側(cè)噴鉆頭(5)均勻分布有水口(14)和水槽。
全文摘要
一種適用于極破碎、軟弱地層的取心鉆具，它包括繩索取心鉆具、接手、無泵循環(huán)取心鉆具、卡簧座、超前側(cè)噴鉆頭，無泵循環(huán)取心鉆具由接頭、單向閥、防堵錐網(wǎng)和內(nèi)管組成，防堵錐網(wǎng)為密布互不連通的軸向通路，單向閥與接頭間采用絲扣連接，防堵錐網(wǎng)與單向閥采用過盈配合連接，內(nèi)管下部連接卡簧座，卡簧座內(nèi)設(shè)有爪簧；超前側(cè)噴鉆頭的鋼體采用變徑鋼體，在鋼體變徑處均勻分布由內(nèi)向外的斜水口，在斜水口的四周填充有保徑材料，在變徑鋼體的尾部設(shè)有鉆頭胎體，且超前側(cè)噴鉆頭均勻分布有水口和水槽。能滿足在極破碎、軟弱地層中施工提高取心率的需要，在不需增加鉆探設(shè)備和實施繩索取心鉆進(jìn)工藝的前提下，實現(xiàn)巖(礦)心采取率達(dá)到95％以上的目標(biāo)。
文檔編號E21B10/60GK102587855SQ20121006964
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者和志軍, 孫平賀, 張紹和, 曹函, 郝志斌, 錢書偉, 陳維文 申請人:中南大學(xué), 北京中資環(huán)鉆探有限公司