可持续钻进式地质取芯钻具组合及取芯钻进方法

本发明属于地质勘探设备领域，具体涉及一种可持续钻进式地质取芯钻具组合及取芯钻进方法。

背景技术：

1、在开展油气等地下资源的勘探施工过程中，为获得准确的地质资料，钻孔取芯是一种常用且实用的技术手段，为此，市面上也出现了很多取芯专用工具，如专利号为“202310602780.6”，名称为“”一种取芯装置的专利，以及专利号为“201821131731”，专利名称为“一种取芯钻头”的专利等。

2、目前市面上对于取芯工具的研究主要着重于取芯效率和安装便捷性等方面，大体取芯流程是，组配取芯钻具组合-下钻-到达既定位置开始取芯-起出取芯钻具组合-取出取芯筒完成作业。申请人在研究过程中发现，因为取芯钻头头部有较大孔洞供岩屑进入取芯筒中，所以取芯完成后，取芯钻头是不适合继续钻进作业，即当前的取芯钻具组合不适合继续钻进，然而通常勘探井设计都较深，如果在取芯完成后，随即起钻，大大降低了现场的整体施工效率，增加了施工作业成本以及人员劳动强度，此外，频繁起下钻也增加了安全隐患。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种可持续钻进式地质取芯钻具组合及取芯钻进方法，以解决现有技术中，取芯工具在取芯完成后不能持续钻进，减少了钻具组合的有效钻进进尺，增加钻井或勘探成本等问题。

2、其技术方案如下：

3、一种可持续钻进式地质取芯钻具组合，其关键在于：包括钻头、双母短节和取芯筒，其中所述钻头与双母短节螺纹连接，取芯筒以可拆卸方式设置于钻头和双母短节连通的内腔中，钻头的底部具有内外贯通的取芯孔，钻头内底部设有开闭机构，所述开闭机构具有与取芯孔正对设置的通道；

4、取芯过程中，所述开闭机构处于开位时，通道打开，所述取芯筒下端穿过所述通道后位于取芯孔内；

5、钻进过程中，所述开闭机构处于闭位，并将通道和取芯孔封闭。

6、采用以上方案，主要针对取芯孔设置开闭机构，当开闭机构处于开位时，取芯筒可正常通过进行取芯操作，而在取芯结束后，开闭机构处于闭位时，取芯孔被遮挡，此时钻具组合内的钻井液只能通过钻头上的水眼进入井底，能够保证足够的井底泵压，可以正常进行钻进操作，而不必起出地面更换钻具组合，大大提高了该组合钻进的有效钻进进尺，减少作业过程中的起下钻时间。

7、作为优选：所述开闭机构包括导向底座、多个封闭块和驱转件，其中所述导向底座上具有弧形导向槽，所述封闭块与弧形导向槽一一对应设置，并与对应的弧形导向槽滑动配合，所述驱转件上具有与封闭块滑动配合的直线导向槽，所述驱转件与导向底座同轴设置，通道位于导向底座上，且导向底座相对钻头固定设置；

8、当所述驱转件转动时，能够使封闭块沿弧形导向槽滑动，并相对通道水平转动，以打开或封闭通道。

9、采用以上方案，利用导向底座和驱转件配合实现封闭块对通道的旋转打开和封闭，可减少工作空间占用，且可靠性和稳定性相对较好。

10、作为优选：所述封闭块呈扇形，其端部具有沿其厚度方向两侧延伸的轴突部，所述轴突部两端与对应的弧形导向槽和直线导向槽配合。采用以上方案，在该机构中，封闭块属于易损件，采用上述结构，便于后期进行拆装更换。

11、作为优选：所述导向底座固设于钻头的内底部，且弧形导向槽对应所述钻头的水眼位置。采用以上方案，可进一步提高开闭机构的稳定性，并且避免了开闭机构对正常水眼的影响。

12、作为优选：所述驱转件具有筒部，所述筒部外径与双母短节的内径相适应，内径大于取芯筒，驱转件底部具有与取芯筒相适应的过孔，所述取芯筒位于筒部内侧，其上端通过剪切销钉与筒部连接。采用以上方案，取芯过程中，钻井液可通过筒部与取芯筒之间的环空间隙流至钻头内腔底部，再经由水眼流出，不干涉钻井液的正常循环，同时可以保证取芯筒的安装稳定性。

13、作为优选：所述筒部与钻头内侧壁之间设有轴承和扭簧，且所述扭簧位于轴承下方，所述扭簧的两端分别作用于筒部和钻头；

14、所述双母短节内具有环状限位凸台，所述环状限位凸台的内径小于筒部的外径，并位于筒部上方，且当开闭机构处于开位时，筒部顶端与环状限位凸台之间的垂距小于轴突部伸入直线导向槽内的长度。采用以上方案，当取芯筒取走后，利用扭簧实现驱转件的自主转动，其方案简单，便于实施，且实施成本相对较低，同时利用轴承可安装驱转件可充分保证其安装稳定性和旋转灵活度。

15、作为优选：所述直线导向槽内端与筒部贯通，筒部中空底部具有与直线导向槽间隔分布的分流孔。采用以上方案，可确保筒部内腔中的钻井液始终能够流出，避免被封闭块遮挡，提高其过流可靠性。

16、作为优选：所述取芯筒顶部具有打捞头，取芯筒下端设有扶正部，所述扶正部位于筒部内，且所述扶正部与筒部底壁之间设有缓冲弹簧。采用打捞头结构便于快速从井下将取芯筒取出，而设置缓冲弹簧可减少在破坏剪切销钉瞬间取芯筒产生的震动，并且避免扶正部与筒部底面硬接触，导致内部岩芯样品断裂等情况发生，有利于保证岩芯样品质量。

17、作为优选：所述取芯筒的下端靠近端部的位置设有防脱结构。采用以上方案，可有效防止取芯筒内的岩芯样品脱出，降低取芯失败风险。

18、本申请在上述可持续钻进式地质取芯钻具组合基础之上，提出了一种取芯钻进方法，以便进一步提高取芯及钻进效率，降低作业成本等。

19、其技术方案如下；

20、一种取芯钻进方法，其关键在于：采用上述可持续钻进式地质取芯钻具组合，并按如下步骤进行：

21、s1，组装可持续钻进式地质取芯钻具组合，开闭机构处于开位，取芯筒下端处于取芯孔内，并通过钻杆将可持续钻进式地质取芯钻具组合送入井底；

22、s2，进行正常钻进开始取芯，岩芯通过取芯孔进入取芯筒内；

23、s3，当钻进进尺达到取芯底深时，停止钻进，利用钢绳连接与打捞头匹配的打捞件，然后经钻杆内腔下放，直至打捞件与打捞头卡合之后，利用液压或地面拉力破坏所述剪切销钉，使取芯筒与筒部分离，然后利用钢绳将取芯筒拉至地面；

24、s4，开闭机构在扭簧作用下处于闭位，采用正常钻压和转速进行钻进。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、采用本发明提供的可持续钻进式地质取芯钻具组合及取芯钻进方法，主要针对传统取芯孔位置增设开闭机构，可供取芯筒通过进行正常取芯作业。

27、在取芯筒取走后自动复位对取芯孔进行封闭，从而避免钻井液直接从取芯孔流入井底，取芯孔封闭后，钻井液仍然从水眼流出，可以建立正常的钻井液循环通道，保证正常钻进泵压，满足持续钻进需求，即在不起钻情况下可以直接进行下步钻进作业，大大提高作业效率，降低人员劳动强度和作业成本等。

技术特征：

1.一种可持续钻进式地质取芯工具，其特征在于：包括钻头(1)、双母短节(2)和取芯筒(3)，其中所述钻头(1)与双母短节(2)螺纹连接，取芯筒(3)以可拆卸方式设置于钻头(1)和双母短节(2)连通的内腔中，钻头(1)的底部具有内外贯通的取芯孔(10)，钻头(1)内底部设有开闭机构(4)，所述开闭机构(4)具有与取芯孔(10)正对设置的通道(40)；

2.根据权利要求1所述的可持续钻进式地质取芯钻具组合，其特征在于：所述开闭机构(4)包括导向底座(41)、多个封闭块(42)和驱转件(43)，其中所述导向底座(41)上具有弧形导向槽(410)，所述封闭块(42)与弧形导向槽(410)一一对应设置，并与对应的弧形导向槽(410)滑动配合，所述驱转件(43)上具有与封闭块(42)滑动配合的直线导向槽(430)，所述驱转件(43)与导向底座(41)同轴设置，通道(40)位于导向底座(41)上，且导向底座(41)相对钻头(1)固定设置；

3.根据权利要求2所述的可持续钻进式地质取芯钻具组合，其特征在于：所述封闭块(42)呈扇形，其端部具有沿其厚度方向两侧延伸的轴突部(420)，所述轴突部(420)两端与对应的弧形导向槽(410)和直线导向槽(430)配合。

4.根据权利要求2或3所述的可持续钻进式地质取芯钻具组合，其特征在于：所述导向底座(41)固设于钻头(1)的内底部，且弧形导向槽(410)对应所述钻头(1)的水眼位置。

5.根据权利要求2或3所述的可持续钻进式地质取芯钻具组合，其特征在于：所述驱转件(43)具有筒部(431)，所述筒部(431)外径与双母短节(2)的内径相适应，内径大于取芯筒(3)，驱转件(43)底部具有与取芯筒(3)相适应的过孔(432)，所述取芯筒(3)位于筒部(431)内侧，其上端通过剪切销钉(30)与筒部(431)连接。

6.根据权利要求5所述的可持续钻进式地质取芯钻具组合，其特征在于：所述筒部(431)与钻头(1)内侧壁之间设有轴承(5)和扭簧(6)，且所述扭簧(6)位于轴承(5)下方，所述扭簧(6)的两端分别作用于筒部(431)和钻头(1)；

7.根据权利要求5所述的可持续钻进式地质取芯钻具组合，其特征在于：所述直线导向槽(430)内端与筒部(431)贯通，筒部(431)中空底部具有与直线导向槽(430)间隔分布的分流孔(433)。

8.根据权利要求5所述的可持续钻进式地质取芯钻具组合，其特征在于：所述取芯筒(3)顶部具有打捞头(31)，取芯筒(3)下端设有扶正部(32)，所述扶正部(32)位于筒部(431)内，且所述扶正部(32)与筒部(431)底壁之间设有缓冲弹簧(7)。

9.根据权利要求1至3中任一所述的可持续钻进式地质取芯钻具组合，其特征在于：所述取芯筒(3)的下端靠近端部的位置设有防脱结构。

10.一种取芯钻进方法，其特征在于：采用如权利要求1-8中任一所述的可持续钻进式地质取芯钻具组合，并按如下步骤进行：

技术总结
本发明公开了一种可持续钻进式地质取芯钻具组合及取芯钻进方法，钻具组合包括钻头、双母短节和取芯筒，其中钻头与双母短节螺纹连接，取芯筒以可拆卸方式设置于钻头和双母短节连通的内腔中，钻头的底部具有内外贯通的取芯孔，钻头内底部设有开闭机构，开闭机构具有与取芯孔正对设置的通道，开闭机构能够从开位切换到闭位以封闭通道。开闭机构供取芯筒通过进行正常取芯作业，在取芯筒取走后自动复位对取芯孔进行封闭，钻井液仍然从水眼流出，可以建立正常的钻井液循环通道，保证正常钻进泵压，满足持续钻进需求，即在不起钻情况下可以直接进行下步钻进作业，大大提高作业效率，降低人员劳动强度和作业成本等。

技术研发人员：田雨萌,许中杰
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/5