一种干法取芯钻头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于地质勘探领域，具体涉及一种干法取芯钻头，用于遇水易碎的泥岩、膏盐岩等进行实验室内的干法取芯。
【背景技术】
[0002]天然气盖层的评价是当前的热点，其中泥岩作为盖层评价研究中的主体，但是泥岩的取样问题一直是制约该项研究工作的瓶颈之一。岩芯取样现有的方法有以下几种:一是加水冷却钻取，对于绝大多数的砂岩、碳酸盐岩样品是方便可行的，但是对于遇水后膨胀易碎的泥岩则无法钻取。另一种是液氮冷冻取样，这种方法也存在问题，主要是液氮冷冻过程中由于泥岩中水结冰导致体积膨胀，会导致样品产生微裂隙，从而破坏后泥岩的孔隙结构，同时，当恢复到室温条件下进行测试时，由于水的解冻仍然会导致钻取的岩芯柱发生破坏。针对于泥岩遇水易碎的问题，也有人采用矿物油替代水进行钻取，虽然避免了水对岩样的破坏，但同时油会浸入样品，对岩样产生污染，从而导致样品性质发生变化。
[0003]另外，公开号为CN101503945A的专利公开了一种双螺纹空心取芯钻头，其在取芯过程中，钻头体外螺纹起到了跟进动力作用，为内螺纹起到了为样品提供上行动力作用，但是没有吹风排屑效果。
[0004]因此，在实验室内如何高效高质量的钻取泥质岩岩芯以便开展相关测试分析工作具有重要意义。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种干法取芯钻头，通过高速旋转过程中产生的吹风排屑作用，可以有效的对遇水易碎的泥页岩在不改变其结构和性质的前提下进行岩芯钻取，因而大大提高了对泥质岩样的取芯率和取芯质量，对油气地质研究领域具有重要意义。
[0006]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0007]一种干法取芯钻头，包括空心套筒和钻切刀块，在所述空心套筒上设有吹风排屑结构。
[0008]所述吹风排屑结构包括设在空心套筒外柱面上的外螺纹和设在空心套筒内柱面上的内螺纹，所述外螺纹和内螺纹的旋向相反。
[0009]所述内螺纹的凹槽终点与外螺纹的凹槽起点在同一端面的平分线上，分布在角平分线上有利于排屑均匀。
[0010]所述外螺纹为多头外螺纹，所述内螺纹为多头内螺纹，两者的头数相同。
[0011]在所述空心套筒外柱面的一端设有与钻床主轴连接的普通外螺纹，另一端为所述多头外螺纹，两者的旋向相同；
[0012]所述多头外螺纹的头数为3头、4头、6头或8头，牙形剖面为矩形、梯形或锯齿形，导程为12-60mm，凹槽与凸牙的宽度之比为2:1、3:1或4:1，螺纹牙的高度为2_8mm，螺纹长度为 60_160mm。
[0013]所述空心套筒内柱面的一端设有与钻床主轴连接的光滑柱面，其内径与多头内螺纹的内径相同或比多头内螺纹的内径大，但两者的差值为小于等于2mm ;另一端为所述多头内螺纹；
[0014]所述多头内螺纹的头数为3头、4头、6头或8头，牙形剖面为矩形、梯形或锯齿形，导程为12-60mm，凹槽与凸牙的宽度之比为2:1、3:1或4:1，螺纹牙的高度为l_6mm，螺纹长度为 40_120mm。
[0015]所述钻切刀块的旋转内半径等于需钻取岩芯的半径，且小于内螺纹的旋转半径；钻切刀块的旋转外半径大于外螺纹旋转外半径。
[0016]所述钻切刀块的旋转外径比空心套筒外螺纹的外径大0.5_2mm，所述钻切刀块的旋转内径比内螺纹的内径小0.3-1.5mm。
[0017]所述钻切刀块是硬质合金制成的，其焊接于内螺纹末端与外螺纹头部交接处，钻切刀块与空心套筒焊接呈一体后，经磨制使得钻切刀块内沿比外沿低5° -15°。
[0018]所述空心套筒内柱面和外柱面之间的壁厚为l_5mm。
[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0020](I)本发明中的内外双螺纹空心钻头可以对遇水易碎的泥页岩、膏盐岩等在不通水不通气的条件下进行干法钻取，大大提高了泥质岩等的取芯率和取芯质量，是后续开展性能测试工作的前提；
[0021](2)利用本发明方法在实验室内可以钻取遇水易碎的泥页岩及膏盐岩等；
[0022](3)本发明解决了遇水易碎的泥页岩传统取样方法中最大的不足，大大提高了取芯的成功率，保证了后续众多研究工作的开展。
【附图说明】
[0023]图1是本发明取芯钻头的主视图。
[0024]图2是本发明取芯钻头的左视图。
[0025]图3-1是矩形牙形剖面。
[0026]图3-2是梯形牙形剖面。
[0027]图3-3是锯齿形牙形剖面。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明作进一步详细描述:
[0029]内螺纹的旋转半径大于钻切刀块的旋转内半径，而外螺纹的旋转半径小于钻切刀块的旋转外半径。同时，取芯钻头在钻床主轴带动下一起同步快速旋转钻切过程中，空心套筒内柱面多头内螺纹由于是左旋螺纹，导致凹槽内的空气做轴向向下运动，形成快速向下运动气流，起到向下吹风排屑作用。同理，外柱面的多头外螺纹由于是右旋，形成轴向向上的运动气流，也起到向上吹风排屑作用。两者同步旋转，对钻切取芯过程起到连续吹风排屑。
[0030]基于上述原理，本发明中的内外双螺纹空心钻头可以对遇水易碎的泥页岩在不通水不通气的条件下进行干法钻取，是后续开展多项泥页岩的性能测试工作的前提。
[0031]如图1和图2所示，本发明为一种用于泥页岩等实验室干法取芯用的内外多头双螺纹空心钻头，它主要由空心套筒、多头内螺纹、多头外螺纹、钻切刀块和焊接物组成(只需将刀头焊接于钻头上)。钻切刀块旋转内半径等于需钻样品半径r，且小于内螺纹旋转半径d/2。钻切刀块旋转外半径R大于外螺纹旋转半径D/2。
[0032]各个部件结构具体如下:
[0033](I)空心套筒外柱面，其一端是与钻床主轴连接的普通外螺纹，另一端是多头外螺纹，但两者旋向相同。多头外螺纹，头数可以是3头、4头、6头或8头，牙形剖面可以是矩形、梯形或锯齿形(分别如图3-1、图3-2和图3-3所示)，导程可以是12-60mm