一种用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置的制作方法

本技术涉及绳索取心，具体涉及一种用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置。

背景技术：

1、一般来说，地质岩心钻探工程使用金刚石绳索取心不提钻进施工过程中，由于钻遇松散破碎地层、断层软塑缩径原因等经常性发生卡、包等故障，致使不能进行正常钻进取心工作，严重的在地应力作用下则会发生卡钻、缩径抱钻事故，处理过程中花费较大的人力、物力及时间，同时存在较多安全隐患及附加事故等问题，严重影响事故处理效率。

2、目前，在地质岩心钻探施工中钻遇松散破碎地层、断层软塑缩径此类地层时，通常采用下入“套管隔离”处理，此种方法需配置大量套管，造成大量的人力、物力的费用。如口径级数不够时则“套管隔离”不能使用，不采取有效方法处理则严重影响钻孔的继续施工。

3、在中国专利cn 111577182a中公开了一种深海硬岩高效绳索取心系统及其取心钻进方法，具体公开了扩孔钻具机构，采用液压原理下压上活塞，带动支撑腿内管下移，使支撑连杆向外撑开，扩孔钻头张开，施工中钻遇松散破碎地层、断层发生卡、抱钻等故障，快速扩穴处理。但该机构存在以下问题：

4、1、结构较为复杂，使得可靠性相对较差；

5、2、其工作时，需先剪断剪切销钉，在使用完成后，需将上活塞、导向管等进行复位，再装上新的剪切销钉，才能进行下次的使用，这就增加了设备的维护成本及使用成本。

6、基于此，本实用新型旨在提供一种结构简单，适于反复使用的不提钻扩穴装置。

技术实现思路

1、针对上述问题，本实用新型提供了一种结构简单的扩穴装置，利用水力扩穴装置的扩穴钻头片将破碎岩层、断层软泥井段切削扩扫增大，尽量释放地层应力达到解决正常钻进取心目的。

2、本实用新型另一方面目的是在原绳索取心钻具基础上，更换了座环为花键座环，而花键座环尺寸规格与原座环尺寸规格一致，不致影响绳索取心钻进正常施工。

3、根据第一方面，本实用新型提供了一种用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，包括：

4、本体，与绳索取心不提钻的回转管连接，且随回转管的转动而转动，本体内部容腔与地上的泥浆泵辅助装置连接，使用时，泥浆泵辅助装置向本体内部容腔输送泥浆；所述本体底部设有前导钻头；

5、推力柱塞，设于所述本体内部容腔内，且配置成沿本体轴向方向移动，所述推力柱塞上设有张力弹簧；所述推力柱塞上设有通孔，所述通孔与本体同轴，用于装置下放时外侧钻井液向上流通；

6、密封件，设于所述推力柱塞内部，用于泥浆泵辅助装置向本体内部的容腔输送泥浆时，密封所述通孔；

7、稳压单元，设于所述本体上，用于控制工作时本体内部容腔的水量和水压；

8、扩穴钻头片，转动连接在本体上，且自本体内部穿出本体，其位于本体内部容腔的一端与推力柱塞底部相接触，所述推力柱塞用于带动扩穴钻头片转动，进而向外侧展开，进行扩穴。

9、进一步地，所述本体内部容腔为台阶孔，所述推力柱塞为与所述台阶孔相适配的台阶状。

10、进一步地，所述密封件为钢球，所述推力柱塞顶部设有圆孔，所述钢球位于所述圆孔内。

11、进一步地，所述圆孔上设有钢球限位件，所述钢球限位件用于将钢球限制在所述圆孔内。

12、进一步地，所述本体内部设有柱塞限位件，所述柱塞限位件用于限制推力柱塞的位移量。

13、进一步地，所述稳压单元为设于所述本体上的若干个稳压孔，所述稳压孔连通外界与本体内部容腔。

14、进一步地，所述扩穴钻头片位于本体内部容腔的一端设有抵接部，所述抵接部向台阶孔内延伸，并抵住推力柱塞底部，所述推力柱塞下移时，下压所述抵接部，并带动扩穴钻头片转动，向外展开。

15、进一步地，所述本体底部外侧设有凹槽，所述扩穴钻头片自本体内部穿出本体，且其穿出本体的部分位于所述凹槽内。

16、进一步地，所述本体顶部通过转接接头与回转管连接。

17、本实用新型的工作原理：

18、在进行扩穴时，泥浆泵辅助装置将绳索取心不提钻具钻进产生的泥浆泵送至本体内部，随着泥浆的进入，本体内部容腔的压力增大，挤压推力柱塞，使其下移，并推动扩穴钻头片，使扩穴钻头片转动，向外侧展开。

19、绳索取心不提钻的回转管与外管总成固定连接，其外管转动的同时带动回转管转动，进而带动本体及扩穴钻头片转动，通过转动展开后的扩穴钻头片进行扩穴。

20、如在施工中钻遇松散破碎地层、断层软塑缩径原因等经常性发生卡、包等故障，致使不能进行正常钻进取心工作时，提出原绳索取心内管总成，将组装好的新内管总成(绳索打捞机构+回转管+水力扩穴装置)利用打捞绞车及钢丝绳辅助装置送至钻具外管的花键座环处，然后将打捞绞车及钢丝绳辅助装置和新内管总成脱卡后，打捞绞车及钢丝绳辅助装置提出井外，进一步将钻机、泥浆泵辅助装置与孔内钻杆连接，接着将扩穴钻头送至破碎地层、断层软塑缩径井段，紧接着启动泥浆泵送入钻井液，利用钻井液在水力扩穴装置内产生的高压力液压动力将扩穴钻头伸展张开，紧接着启动钻机回转转动，再利用花键座环和花键传扭轴连接将钻机扭矩及回转动力传至扩穴钻头。扩穴钻头在回转动力的圆周旋转下切削破碎、断层软塑井段的井壁，进一步将破碎、断层软塑井段的井壁扩扫增大，待将破碎、断层软塑井段的井壁扩扫完成后，在下入打捞绞车及钢丝绳辅助装置将新内管总成提出井外，再下入原内管总成可继续进行金刚石绳索取心正常钻进施工。

21、与现有技术相比，本实用新型的有益效果：

22、本实用新型提供的水力扩穴装置，利用钻井过程中产生的钻井液(泥浆)在扩穴装置本体内产生的高压力液压动力将扩穴钻头片伸展张开，进而通过钻机回转带动其转动，实现对破碎、断层软塑井段的井壁扩扫，可快速有效解决绳索取心施工钻遇松散破碎地层、断层软塑缩径原因等经常性发生卡、包等故障，将其影响限定在可控范围，减少人力、物力和辅助时间，提高复杂地层故障处理的成功机率，提高钻探施工效率，减少钻孔因复杂地层故障处理失败而报废钻孔的几率。

技术特征：

1.一种用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，其特征在于，所述本体(51)内部容腔为台阶孔，所述推力柱塞(52)为与所述台阶孔相适配的台阶状。

3.如权利要求1所述的用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，其特征在于，所述密封件为钢球(53)，所述推力柱塞(52)顶部设有圆孔，所述钢球(53)位于所述圆孔内。

4.如权利要求3所述的用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，其特征在于，所述圆孔上设有钢球限位件(54)，所述钢球限位件(54)用于将钢球(53)限制在所述圆孔内。

5.如权利要求1所述的用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，其特征在于，所述本体(51)内部设有柱塞限位件(55)，所述柱塞限位件(55)用于限制推力柱塞的位移量。

6.如权利要求1所述的用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，其特征在于，所述稳压单元为设于所述本体(51)上的若干个稳压孔(511)，所述稳压孔(511)连通外界与本体(51)内部容腔。

7.如权利要求2所述的用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，其特征在于，所述扩穴钻头片(57)位于本体(51)内部容腔的一端设有抵接部，所述抵接部向台阶孔内延伸，并抵住推力柱塞(52)底部，所述推力柱塞(52)下移时，下压所述抵接部，并带动扩穴钻头片(57)转动，向外展开。

8.如权利要求1所述的用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，其特征在于，所述本体(51)底部外侧设有凹槽(512)，所述扩穴钻头片(57)自本体(51)内部穿出本体(51)，且其穿出本体(51)的部分位于所述凹槽(512)内。

9.如权利要求1所述的用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，其特征在于，所述本体(51)顶部通过转接接头(4)与回转管(3)连接。

技术总结
本技术公开了一种用于绳索取心不提钻的水力扩穴装置，其包括：本体、推力柱塞、密封件、稳压单元和扩穴钻头片，本体与绳索取心不提钻的回转管连接，且随回转管的转动而转动，本体内部容腔与地上的泥浆泵辅助装置连接，本体底部设有前导钻头；推力柱塞和密封件位于本体内部容腔内，且配置成沿本体轴向方向移动；扩穴钻头片转动连接在本体上，且自本体内部穿出本体，其位于本体内部容腔的一端与推力柱塞底部相接触，推力柱塞下移时带动扩穴钻头片向外侧展开，启动钻机回转后带动扩穴装置转动，进而进行扩穴。该扩穴装置利用钻井过程中产生的钻井液使扩穴钻头片拓展后将破碎岩层、断层软泥井段切削扩扫增大，尽量释放地层应力达到解决正常钻进取心目的。

技术研发人员：汪林,易强忠,阮剑,王长如,喻忠伟,张发贵,周兴华,姚荣华,陈军,郭俊波,马启民
受保护的技术使用者：中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心
技术研发日：20230711
技术公布日：2024/2/1