一种囊袋多节捆绑式单管取心钻具的制作方法
【专利摘要】一种囊袋多节捆绑式单管取心钻具，包括单管钻具、多节捆绑式囊袋总成、限位过水机构、超前侧喷式钻头，多节捆绑式囊袋总成由伞型单向阀、囊袋、扰动式多节捆绑机构、变径卡簧、卡簧座组成，伞型单向阀外围有对中机构且内含筛网，囊袋上端与伞型单向阀采用过盈配合并箍紧，扰动式多节捆绑机构同囊袋下端一起固定于变径卡簧处，与之采用过盈配合并箍紧，卡簧与卡簧座采用楔形接触，卡簧座无水口，限位过水机构由限位环和接手组成，接手与岩心管和钻头采用丝扣连接，限位环位于接手内部，间隙配合；超前侧喷式钻头的钢体采用变径钢体，在钢体外径部分均匀分布由内向外的斜水口。能满足在极破碎、易冲蚀、极软弱、水敏性等地层中施工实现岩心保真、提高取心率的需要，在进行单管钻进工艺且不需增加其他钻探设备的前提下，实现岩（矿）心采取率达到90%以上。
【专利说明】一种囊袋多节捆绑式单管取心钻具
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种工程勘察、地质钻探用的单管取心钻具，特别是涉及适用于极破碎、易冲蚀、极软弱、水敏性等地层的一种囊袋多节捆绑式单管取心钻具。
【背景技术】
[0002]随着工程建设要求的不断提高，资源勘探、深海钻探技术的深入发展，对钻探效率和质量的要求也越来越高。但是，工程勘察中钻探技术单一，岩心扰动大，岩心保真度低，矿产资源勘查中采用的常规岩心钻探方法在硬、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提高岩(矿)心保真、解决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、易冲蚀、极软弱、水敏性等地层中取心率低、地质特征无法保真的问题，一直是国内、外钻探领域亟待解决的难题。
[0003]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。
[0004]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。
[0005]在极破碎、易冲蚀、极软弱、水敏性等地层中钻进，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。单管取心钻具岩心管一般为3米长，在孔内有水的情况下，岩心管中岩(矿)心上部就有至少2米的水柱，水对岩心的浸泡扰动了岩(矿)心的原地质特征，且在打捞岩(矿)心时水柱往往把岩(矿)心压出岩心管造成空管。
【发明内容】
[0006]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、易冲蚀、极软弱、水敏性等地层的一种囊袋多节捆绑式单管取心钻具。
[0007]本实用新型的技术方案是通过以下途径实现的，它包括单管钻具、多节捆绑式囊袋总成、限位过水机构、超前侧喷钻头，多节捆绑式囊袋总成由伞型单向阀、囊袋、扰动式多节捆绑机构、变径卡簧、卡簧座组成，伞型单向阀外围设有对中机构且内含筛网，囊袋上端与伞型单向阀采用过盈配合并箍紧，扰动式多节捆绑机构同囊袋下端一起固定于变径卡簧处，采用过盈配合并箍紧，卡簧与卡簧座采用楔形接触，卡簧座无水口 ；限位过水机构由限位环和接手组成，接手与岩心管和钻头采用丝扣连接，限位环位于接手内部，采用间隙配合；超前侧喷式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，超前侧喷钻头胎体部分设有均匀分布的水口(14)和水槽。
[0008]本实用新型专利能满足在极破碎、易冲蚀、极软弱、水敏性等地层中施工实现岩心保真、提高取心率的需要，在进行单管钻进工艺且不需增加其他钻探设备的前提下，实现岩(矿)心采取率达到90%以上。本实用新型具有如下特点:
[0009]1、在极破碎、易冲蚀、极软弱、水敏性等地层的岩心钻探中，可以有效地提闻取心率。
[0010]2、囊袋的设计有效地包裹岩心减弱钻井液的侵蚀，囊袋分节段自动收缩捆绑岩心，即使针对极破碎岩心，除最后一分段外均可做到100%的采取。
[0011]3、囊袋内残留的钻井液可通过伞型单向阀排出，减弱钻井液对岩(矿)心的浸润，伞型单向阀所含筛网进一步限制了细小岩心粒随冲洗液的移动，将其限制在囊袋中提高取心效果，同时对冲洗液进行物理过滤，此外，伞型结构减弱了来自上部钻井液对囊袋的冲击以及囊袋上升过程中阻力。
[0012]4、超前侧喷式钻头的设计，有效控制钻井液的流向，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、易冲蚀、极软弱、水敏性等地层中，还可以用于脆、漏、塌等复杂地层中。斜水口的设计避免了钻井液接触和冲刷岩心。
[0013]5、限位过水机构的配合使用，有效控制卡簧座及卡簧位置，保证多节捆绑式囊袋总成顺利工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型专利的结构示意图。
[0015]图2为多节捆绑式囊袋总成的结构示意图。
[0016]图3为限位过水机构示意图
[0017]图4为超前侧喷钻头的结构示意图。
[0018]图中:单管钻具1、多节捆绑式囊袋总成2、限位过水机构3、超前侧喷式钻头4、伞型单项阀5、囊袋6、扰动式多节捆绑机构7、变径卡簧8、卡簧座9、限位环10、接手11、变径钢体12、斜水口 13、水口 14。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图详细描述本实用新型的【具体实施方式】。
[0020]如图1、2、3所示，本实用新型包括单管钻具1、多节捆绑式囊袋总成2、限位过水机构3、超前侧喷钻头4，其中，多节捆绑式囊袋总成2由伞型单向阀5、囊袋6、扰动式多节捆绑机构7、变径卡簧8和卡簧座9组成，伞型单向阀5外围设有对中机构内含筛网，囊袋6上端与伞型单向阀5采用过盈配合并箍紧，扰动式多节捆绑机构7同囊袋6下端一起固定于变径卡簧8处，与之采用过盈配合并箍紧，卡簧8与卡簧座9采用楔形接触，卡簧座无水口 ；限位过水机构3由限位环10和接手11组成，接手11与岩心管和钻头4采用丝扣连接，限位环10内环有水路通道，位于接手内部，采用间隙配合；超前侧喷钻头4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，斜水口 13的设计防止钻井液接触和冲蚀岩心，且超前侧喷钻头4的胎体部分均匀分布有合适数量的水口 14和水槽。
[0021]通过结构改变，实现了:
[0022]1、超前侧喷式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。[0023]2、囊袋对岩(矿)心的包裹有效的减弱了钻井液对其的侵蚀，尤其针对水敏性、极破碎地层，提高了岩(矿)心的保真度；囊袋分节段自动收缩捆绑岩(矿)心，即使针对极破碎地层或细沙砾层，也可保证各分段100%的采取率，大幅提高岩(矿)心的取心质量，同时由于囊袋的分段收缩捆绑，对下层岩(矿)心基本无挤压作用，有效提高岩(矿)心原位特性。
[0024]3、在极破碎、易冲蚀、极软弱、水敏性等地层中钻进取心，囊袋内残留钻井液从伞型单向阀排出，减弱钻井液对岩(矿)心的浸润，同时伞型单向阀所含筛网限制了细小岩(矿)心随钻井液的移动，将其留在囊袋内，间接提高取心效果，同时起到对钻井液过滤的作用，此外，伞型结构减弱了来自上部钻井液对囊袋的冲击以及囊袋上升过程中阻力。
[0025]4、配合限位过水机构使用，在保留钻井液流动通路的前提下，有效控制卡簧座及卡簧位置，保证多节捆绑式囊袋总成的顺利工作。
[0026]本实用新型的具体使用方法:
[0027]当遇到极破碎、易冲蚀、极软弱、水敏性等采心困难地层时，将普通单管钻具打捞上来，换为囊袋多节捆绑式单管取心钻具，配合采用超前侧喷式钻头进行钻进。
[0028]囊袋多节捆绑式单管取心钻具是钻进过程中通过囊袋的分节段自动收缩捆绑岩心，随着岩(矿)心进入囊袋推动囊袋伸展，岩(矿)心每进入囊袋0.1?I米，作用于囊袋的多节捆绑机构会自动收缩箍紧囊袋，进入囊袋的钻井液从伞型单向阀排除，保证岩(矿)心的保真度和采取率。
[0029]囊袋多节捆绑式单管取心钻具中的超前侧喷式钻头，超前侧喷式钻头改变钻井液流向，保护钻头前部岩(矿)心免受钻井液冲刷，囊袋保证进入岩心管的岩心免受钻井液侵蚀，并通过多节捆绑，有效固定破碎、软弱岩心，避免其在提钻过程中的滑落，残留在囊袋内的钻井液从伞型单向阀排出，减小对岩(矿)心的浸润，并通过伞型单向阀所含筛网将细小岩心颗粒过滤在囊袋内，对钻井液进行过滤，此外，伞型结构减弱了来自上部钻井液对囊袋的冲击以及囊袋上升过程中阻力。
【权利要求】
1.一种囊袋多节捆绑式单管取心钻具，包括单管钻具（I)、多节捆绑式囊袋总成（2)、限位过水机构（3 )、超前侧喷钻头（4 )，其特征在于： A)所述的多节捆绑式囊袋总成（2)由伞型单向阀（5)、囊袋（6)、扰动式多节捆绑机构(7)、变径卡簧（8)和卡簧座（9)组成，伞型单向阀（5)外围设有对中机构，且内含筛网，囊袋(6)上端与伞型单向阀（5)采用过盈配合并箍紧，扰动式多节捆绑机构（7)同囊袋（6)下端一起固定于变径卡簧（8)处，采用过盈配合并箍紧，卡簧（8)与卡簧座（9)采用楔形接触，卡簧座（9)无水口 ； B )所述限位过水机构（3 )由限位环（10 )和接手（11)组成，接手（11)与岩心管和钻头(4)采用丝扣连接，限位环（10)内环设有水路通道，位于接手（11)内部，采用间隙配合； C)所述的超前侧喷钻头（4)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)，且超前侧喷钻头（4)胎体部分设有均匀分布的水口（14)和水槽。
【文档编号】E21B10/60GK203488132SQ201320585120
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】张绍和, 赵冲全, 曹函, 郝志斌, 孙平贺, 杨昌杰, 夏青阳 申请人:中国有色金属工业昆明勘察设计研究院, 中南大学