一種干法取芯鉆頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地質(zhì)勘探領(lǐng)域，具體涉及一種干法取芯鉆頭，用于遇水易碎的泥巖、膏鹽巖等進(jìn)行實驗室內(nèi)的干法取芯。
【背景技術(shù)】
[0002]天然氣蓋層的評價是當(dāng)前的熱點，其中泥巖作為蓋層評價研究中的主體，但是泥巖的取樣問題一直是制約該項研究工作的瓶頸之一。巖芯取樣現(xiàn)有的方法有以下幾種:一是加水冷卻鉆取，對于絕大多數(shù)的砂巖、碳酸鹽巖樣品是方便可行的，但是對于遇水后膨脹易碎的泥巖則無法鉆取。另一種是液氮冷凍取樣，這種方法也存在問題，主要是液氮冷凍過程中由于泥巖中水結(jié)冰導(dǎo)致體積膨脹，會導(dǎo)致樣品產(chǎn)生微裂隙，從而破壞后泥巖的孔隙結(jié)構(gòu)，同時，當(dāng)恢復(fù)到室溫條件下進(jìn)行測試時，由于水的解凍仍然會導(dǎo)致鉆取的巖芯柱發(fā)生破壞。針對于泥巖遇水易碎的問題，也有人采用礦物油替代水進(jìn)行鉆取，雖然避免了水對巖樣的破壞，但同時油會浸入樣品，對巖樣產(chǎn)生污染，從而導(dǎo)致樣品性質(zhì)發(fā)生變化。
[0003]另外，公開號為CN101503945A的專利公開了一種雙螺紋空心取芯鉆頭，其在取芯過程中，鉆頭體外螺紋起到了跟進(jìn)動力作用，為內(nèi)螺紋起到了為樣品提供上行動力作用，但是沒有吹風(fēng)排屑效果。
[0004]因此，在實驗室內(nèi)如何高效高質(zhì)量的鉆取泥質(zhì)巖巖芯以便開展相關(guān)測試分析工作具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種干法取芯鉆頭，通過高速旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的吹風(fēng)排屑作用，可以有效的對遇水易碎的泥頁巖在不改變其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的前提下進(jìn)行巖芯鉆取，因而大大提高了對泥質(zhì)巖樣的取芯率和取芯質(zhì)量，對油氣地質(zhì)研究領(lǐng)域具有重要意義。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]一種干法取芯鉆頭，包括空心套筒和鉆切刀塊，在所述空心套筒上設(shè)有吹風(fēng)排屑結(jié)構(gòu)。
[0008]所述吹風(fēng)排屑結(jié)構(gòu)包括設(shè)在空心套筒外柱面上的外螺紋和設(shè)在空心套筒內(nèi)柱面上的內(nèi)螺紋，所述外螺紋和內(nèi)螺紋的旋向相反。
[0009]所述內(nèi)螺紋的凹槽終點與外螺紋的凹槽起點在同一端面的平分線上，分布在角平分線上有利于排屑均勻。
[0010]所述外螺紋為多頭外螺紋，所述內(nèi)螺紋為多頭內(nèi)螺紋，兩者的頭數(shù)相同。
[0011]在所述空心套筒外柱面的一端設(shè)有與鉆床主軸連接的普通外螺紋，另一端為所述多頭外螺紋，兩者的旋向相同；
[0012]所述多頭外螺紋的頭數(shù)為3頭、4頭、6頭或8頭，牙形剖面為矩形、梯形或鋸齒形，導(dǎo)程為12-60mm，凹槽與凸牙的寬度之比為2:1、3:1或4:1，螺紋牙的高度為2_8mm，螺紋長度為 60_160mm。
[0013]所述空心套筒內(nèi)柱面的一端設(shè)有與鉆床主軸連接的光滑柱面，其內(nèi)徑與多頭內(nèi)螺紋的內(nèi)徑相同或比多頭內(nèi)螺紋的內(nèi)徑大，但兩者的差值為小于等于2mm ;另一端為所述多頭內(nèi)螺紋；
[0014]所述多頭內(nèi)螺紋的頭數(shù)為3頭、4頭、6頭或8頭，牙形剖面為矩形、梯形或鋸齒形，導(dǎo)程為12-60mm，凹槽與凸牙的寬度之比為2:1、3:1或4:1，螺紋牙的高度為l_6mm，螺紋長度為 40_120mm。
[0015]所述鉆切刀塊的旋轉(zhuǎn)內(nèi)半徑等于需鉆取巖芯的半徑，且小于內(nèi)螺紋的旋轉(zhuǎn)半徑；鉆切刀塊的旋轉(zhuǎn)外半徑大于外螺紋旋轉(zhuǎn)外半徑。
[0016]所述鉆切刀塊的旋轉(zhuǎn)外徑比空心套筒外螺紋的外徑大0.5_2mm，所述鉆切刀塊的旋轉(zhuǎn)內(nèi)徑比內(nèi)螺紋的內(nèi)徑小0.3-1.5mm。
[0017]所述鉆切刀塊是硬質(zhì)合金制成的，其焊接于內(nèi)螺紋末端與外螺紋頭部交接處，鉆切刀塊與空心套筒焊接呈一體后，經(jīng)磨制使得鉆切刀塊內(nèi)沿比外沿低5° -15°。
[0018]所述空心套筒內(nèi)柱面和外柱面之間的壁厚為l_5mm。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0020](I)本發(fā)明中的內(nèi)外雙螺紋空心鉆頭可以對遇水易碎的泥頁巖、膏鹽巖等在不通水不通氣的條件下進(jìn)行干法鉆取，大大提高了泥質(zhì)巖等的取芯率和取芯質(zhì)量，是后續(xù)開展性能測試工作的前提；
[0021](2)利用本發(fā)明方法在實驗室內(nèi)可以鉆取遇水易碎的泥頁巖及膏鹽巖等；
[0022](3)本發(fā)明解決了遇水易碎的泥頁巖傳統(tǒng)取樣方法中最大的不足，大大提高了取芯的成功率，保證了后續(xù)眾多研究工作的開展。
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明取芯鉆頭的主視圖。
[0024]圖2是本發(fā)明取芯鉆頭的左視圖。
[0025]圖3-1是矩形牙形剖面。
[0026]圖3-2是梯形牙形剖面。
[0027]圖3-3是鋸齒形牙形剖面。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0029]內(nèi)螺紋的旋轉(zhuǎn)半徑大于鉆切刀塊的旋轉(zhuǎn)內(nèi)半徑，而外螺紋的旋轉(zhuǎn)半徑小于鉆切刀塊的旋轉(zhuǎn)外半徑。同時，取芯鉆頭在鉆床主軸帶動下一起同步快速旋轉(zhuǎn)鉆切過程中，空心套筒內(nèi)柱面多頭內(nèi)螺紋由于是左旋螺紋，導(dǎo)致凹槽內(nèi)的空氣做軸向向下運動，形成快速向下運動氣流，起到向下吹風(fēng)排屑作用。同理，外柱面的多頭外螺紋由于是右旋，形成軸向向上的運動氣流，也起到向上吹風(fēng)排屑作用。兩者同步旋轉(zhuǎn)，對鉆切取芯過程起到連續(xù)吹風(fēng)排屑。
[0030]基于上述原理，本發(fā)明中的內(nèi)外雙螺紋空心鉆頭可以對遇水易碎的泥頁巖在不通水不通氣的條件下進(jìn)行干法鉆取，是后續(xù)開展多項泥頁巖的性能測試工作的前提。
[0031]如圖1和圖2所示，本發(fā)明為一種用于泥頁巖等實驗室干法取芯用的內(nèi)外多頭雙螺紋空心鉆頭，它主要由空心套筒、多頭內(nèi)螺紋、多頭外螺紋、鉆切刀塊和焊接物組成(只需將刀頭焊接于鉆頭上)。鉆切刀塊旋轉(zhuǎn)內(nèi)半徑等于需鉆樣品半徑r，且小于內(nèi)螺紋旋轉(zhuǎn)半徑d/2。鉆切刀塊旋轉(zhuǎn)外半徑R大于外螺紋旋轉(zhuǎn)半徑D/2。
[0032]各個部件結(jié)構(gòu)具體如下:
[0033](I)空心套筒外柱面，其一端是與鉆床主軸連接的普通外螺紋，另一端是多頭外螺紋，但兩者旋向相同。多頭外螺紋，頭數(shù)可以是3頭、4頭、6頭或8頭，牙形剖面可以是矩形、梯形或鋸齒形(分別如圖3-1、圖3-2和圖3-3所示)，導(dǎo)程可以是12-60mm