專利名稱：一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心作業(yè)工具，尤其是一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具，可廣泛應(yīng)用于科學(xué)鉆探、石油鉆井、煤田勘探、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有在地質(zhì)勘探、石油鉆井、煤田勘探、科學(xué)鉆探中鉆取巖心所用的取心工具通常包括常規(guī)取心工具和特殊取心工具。在地質(zhì)勘探中進(jìn)行破碎地層取心作業(yè)時常用噴射式反循環(huán)取心工具、屏蔽式孔底雙循環(huán)取心工具、底噴式取心工具等，但破碎的巖心易堵塞在內(nèi)管內(nèi)導(dǎo)致回次取心鉆進(jìn)長度短、施工成本高、施工時間長，同時獲取的破碎狀巖心在地面出心時易破壞原結(jié)構(gòu)狀；在石油鉆井中進(jìn)行破碎地層取心作業(yè)時大都采用特殊取心工具，如橡膠筒取心工具、反循環(huán)取心工具、密閉取心工具、保壓取心工具等，但這些特殊取心工具使用成本高、使用工藝技術(shù)復(fù)雜。另在破碎地層中鉆進(jìn)時，孔壁穩(wěn)定性差，高速回轉(zhuǎn)的鉆桿柱對孔壁的敲打，更易發(fā)生鉆孔垮塌和卡鉆、埋鉆等嚴(yán)重事故。因此，在破碎地層中取心鉆進(jìn)難，獲取破碎巖心困難大，取心鉆進(jìn)效果差。因此，現(xiàn)有取心鉆具存在缺陷，需要進(jìn)行改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于提供能節(jié)約能源、降低鉆桿柱的磨損、防止鉆孔孔斜的一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具。本實用新型 的技術(shù)方案是:一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具，包括井底馬達(dá)、沖擊器、半合管取心工具和底噴取心鉆頭，所述井底馬達(dá)的驅(qū)動軸下端與沖擊器的上端連接，所述沖擊器的下端與半合管取心工具的上端連接，所述半合管取心工具的下端與底噴取心鉆頭相連接，所述井底馬達(dá)給半合管取心工具及底噴取心鉆頭提供碎巖扭矩(也就是說，井底馬達(dá)與半合管取心工具及底噴取心鉆頭傳動連接)，所述沖擊器給半合管取心工具及底噴取心鉆頭提供碎巖沖擊力及巖心順利進(jìn)入半合管的振動力。作為優(yōu)選，所述的井底馬達(dá)為螺桿馬達(dá)或渦輪馬達(dá)。作為優(yōu)選，所述的沖擊器為液動沖擊器，所述液動沖擊器可以是閥式雙作用沖擊器、射流式?jīng)_擊器、射吸式?jīng)_擊器、閥式正作用沖擊器或閥式反作用沖擊器。作為優(yōu)選，所述的半合管取心工具為單動雙管取心工具，所述單動雙管取心工具可以是普通單動半合管取心工具、雙級單動半合管取心工具或開式單動半合管取心工具。作為優(yōu)選，所述半合管取心工具中的半合管可以為卡箍箍抱式半合管、牙嵌自鎖式半合管或卡板側(cè)卡式半合管。作為優(yōu)選，所述的底噴取心鉆頭可以為電鍍金剛石底噴鉆頭、熱壓金剛石底噴鉆頭或復(fù)合片底噴鉆頭。[0012]本實用新型所述的組合式取心鉆具由井底馬達(dá)驅(qū)動回轉(zhuǎn)，鉆進(jìn)時鉆桿柱敲打孔壁小、動力消耗小和鉆桿柱的磨損小；由孔底液動沖擊器施加沖擊力及振動力，在破碎地層取心鉆進(jìn)時巖心不堵塞、回次取心鉆進(jìn)長度長、機(jī)械鉆速高和鉆孔孔斜小，由半合管取心工具儲存底噴取心鉆頭鉆取的破碎巖心，在地面出巖心時保持了原結(jié)構(gòu)狀；由底噴取心鉆頭鉆取破碎地層，底噴水眼隔離了鉆井液對破碎巖心的沖刷，使破碎地層的巖心采取率得以保證；因此，本實用新型所述的組合式取心鉆具能有效改善破碎地層取心鉆進(jìn)的效果。另外，在使用本實用新型所述的組合式取心鉆具進(jìn)行取心鉆進(jìn)時，可以讓鉆桿柱以較低的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)雙回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，在鉆孔孔深較深時讓軸向壓力順利地傳遞到底噴取心鉆頭上有效地破碎巖石。最后，經(jīng)試驗，本實用新型所述的組合式取心鉆具具有在破碎地層中取心鉆進(jìn)不少于500m、綜合取心鉆進(jìn)效率提高50% 100%的技術(shù)效果。與前述現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比，本實用新型的有益效果是能克服現(xiàn)有的破碎地層取心鉆進(jìn)巖心易堵塞、回次取心鉆進(jìn)長度短、鉆進(jìn)效率低、巖心原結(jié)構(gòu)狀差、鉆孔易垮塌的不足，該組合式取心鉆具不僅完全能解決上述取心工具存在的問題，而且能節(jié)約能源、降低鉆桿柱的磨損、防止鉆孔孔斜。本實用新型的內(nèi)容結(jié)合以下實施例作更進(jìn)一步的說明，但本實用新型的內(nèi)容不僅限于實施例中所涉及的內(nèi)容。

圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖的軸向剖視圖。
具體實施方式
如圖1所示,本實施例中所述的一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具，包括井底馬達(dá)1、沖擊器2、半合管取心工具3和底噴取心鉆頭4，其特征在于:所述井底馬達(dá)I的驅(qū)動軸下端·與沖擊器2的上端連接，所述沖擊器2的下端與半合管取心工具3的上端連接，所述半合管取心工具3的下端與底噴取心鉆頭4相連接，所述井底馬達(dá)I與半合管取心工具3及底噴取心鉆頭4傳動連接，所述沖擊器2給半合管取心工具3提供沖擊力，所述沖擊器2給底噴取心鉆頭4提供振動力。本實施例中所述的井底馬達(dá)I為螺桿馬達(dá)。本實施例中所述的沖擊器2為液動沖擊器，所述液動沖擊器為閥式雙作用沖擊器。本實施例中所述的半合管取心工具3為單動雙管取心工具，所述單動雙管取心工具為普通單動半合管取心工具。本實施例中所述半合管取心工具3中的半合管為卡箍箍抱式半合管。本實施例中所述的底噴取心鉆頭4為電鍍金剛石底噴鉆頭。具體來說，本實施例中所述的一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具包括井底馬達(dá)1、沖擊器2、半合管取心工具3和底噴取心鉆頭4，所述井底馬達(dá)的上端與鉆桿柱連接，所述井底馬達(dá)的驅(qū)動軸5的下端與沖擊器的上接頭6由螺紋相連接。所述井底馬達(dá)驅(qū)動軸5由上硬質(zhì)合金軸承7、推力球軸承8和下硬質(zhì)合金軸承9支撐在井底馬達(dá)外殼10內(nèi)，所述井底馬達(dá)驅(qū)動軸5的上端設(shè)置有井底馬達(dá)動力軸連接結(jié)構(gòu)，此處該動力軸連接結(jié)構(gòu)為螺紋連接頭11，在井底馬達(dá)驅(qū)動軸外殼10的上端具有井底馬達(dá)外殼連接結(jié)構(gòu)，此處為連接接口 12。所述沖擊器由沖擊器上接頭6、上閥13、缸套14、上活塞15、心閥16、沖錘17、沖擊器外管18、傳功座密封套19、傳功座20、密封套21、花鍵套22和帶外花鍵下接頭23構(gòu)成。所述沖擊器的下端的帶外花鍵下接頭23和半合管取心工具上接頭24由螺紋相連接，所述取心工具的下端的下擴(kuò)孔器25和底噴取心鉆頭4由螺紋相連接。所述半合管取心工具由內(nèi)總成和外總成構(gòu)成,所述內(nèi)總成通過軸承26懸掛在外總成內(nèi)并由扶正環(huán)27扶正，形成單動。所述內(nèi)總成由卡簧28、卡簧座29、短節(jié)30、半合管31、半合管接頭32、鉤頭楔鍵33、背帽34、心軸35和軸承26構(gòu)成，儲存底噴取心鉆頭4鉆取的巖心并在提鉆時通過卡簧28和卡簧座29的錐面配合卡斷和卡取巖心。所述半合管31由兩瓣的半合管用卡箍或牙嵌、卡板固定形成一個整體巖心管，儲存底噴取心鉆頭4鉆取的巖心，在地面出巖心時通過打開固定半合管的卡箍或牙嵌、卡板等，揭開平躺在地面上的半合管31上面的一瓣半合管，原結(jié)構(gòu)狀的巖心平躺在另一瓣半合管里，避免巖心在地面從巖心管內(nèi)出心時的錯亂。所述外總成由下擴(kuò)孔器25、外管36、上擴(kuò)孔器37、軸承腔38、壓蓋39和半合管取心工具上接頭24構(gòu)成。在取心工具外總成的半合管取心工具上接頭24和上擴(kuò)孔器37之間設(shè)置了軸承腔38，以便于安裝中系列推力球軸承，軸承安裝采用不密封方式，利用鉆井液潤滑和冷卻軸承。在取心工具外總成上設(shè)置了上擴(kuò)孔器37和下擴(kuò)孔器25，以便于修整底噴取心鉆頭4碎巖后形成的鉆孔的軌跡，同時增強(qiáng)了取心工具的同軸性、有利于鉆孔防斜。在半合管接頭32和背帽34之間設(shè)置了鉤頭楔鍵33，以便于半合管接頭32周向固定在心軸35上。所述底噴取心鉆頭4的底部內(nèi)側(cè)開有底噴水眼40，鉆井液通過底噴水眼40流出，冷卻底噴取心鉆頭4的金剛石工作層、攜帶巖粉，避免沖刷將進(jìn)入鉆頭內(nèi)的巖心，提高破碎地層的巖心采取率。該組合式取心鉆具利用鉆桿柱下入孔內(nèi)，在取心鉆進(jìn)過程中，半合管取心工具及底噴取心鉆頭4由井底動力驅(qū)動，井底馬達(dá)經(jīng)井底馬達(dá)驅(qū)動軸5、沖擊器上接頭6、沖擊器外管18、花鍵套22、帶外花鍵下接頭23、半合管取心工具上接頭24、上擴(kuò)孔器37、外管36和下擴(kuò)孔器25給底噴取心鉆頭4提供碎巖扭矩，不回轉(zhuǎn)的鉆桿柱能減少鉆桿柱對孔壁的敲打、避免鉆孔的垮塌及卡鉆、埋鉆事故，同時能有效節(jié)約能源、降低鉆桿柱的磨損；沖擊器經(jīng)帶外花鍵下接頭23、半合管取心工具上接頭 24、上擴(kuò)孔器37、外管36和下擴(kuò)孔器25給底噴取心鉆頭4提供碎巖沖擊力及巖心順利進(jìn)入半合管的振動力，能有效避免破碎巖心在半合管內(nèi)的堵塞，延長破碎地層回次取心鉆進(jìn)長度，同時可明顯提高鉆進(jìn)效率，降低鉆進(jìn)成本；軸向壓力經(jīng)不回轉(zhuǎn)的鉆桿柱、井底馬達(dá)外殼10、推力球軸承8、井底馬達(dá)驅(qū)動軸5、沖擊器上接頭6、沖擊器外管18、花鍵套22、帶外花鍵下接頭23、半合管取心工具上接頭24、上擴(kuò)孔器37、外管36和下擴(kuò)孔器25給底噴取心鉆頭4提供碎巖壓力?？梢宰屻@桿柱以較低的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)雙回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)，在鉆孔孔深較深時讓軸向壓力順利地傳遞到底噴取心鉆頭4上有效地破碎巖石。這里，底噴取心鉆頭在井底動力驅(qū)動回轉(zhuǎn)、井底動力驅(qū)動沖擊碎巖的情況下，采用比常規(guī)取心鉆進(jìn)小的軸向壓力，有利于鉆孔防斜。所述井底馬達(dá)把由地表泵送的高壓鉆井液的液壓能量，轉(zhuǎn)化為能驅(qū)動鉆頭破碎巖石進(jìn)行回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的機(jī)械能。所述沖擊器把地表泵送的高壓鉆井液的液壓能量，轉(zhuǎn)化為能驅(qū)動鉆頭沖擊破碎巖石進(jìn)行沖擊鉆進(jìn)的機(jī)械能。所述半合管取心工具把底噴取心鉆頭4破碎巖石鉆取的巖心容納在其中。所述底噴取心鉆頭以環(huán)狀端面破碎巖石，獲取圓柱狀巖心。所述底噴取心鉆頭4由金剛石工作層和鉆頭鋼體構(gòu)成，金剛石工作層采用電鍍、熱壓燒結(jié)或鑲焊復(fù)合片的方法加工，內(nèi)外保徑采用聚晶和金剛石混鑲的方法，內(nèi)外保徑較高，以便于防斜。綜上所述僅為本實用新型較佳的實施例，并非用來限定本實用新型的實施范圍。即凡依本實用新型申請專利范圍的內(nèi)容所作的等效變化及修飾，皆應(yīng)屬于本實用新型的技術(shù)范 疇。
權(quán)利要求1.一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具，包括井底馬達(dá)、沖擊器、半合管取心工具和底噴取心鉆頭，其特征在于:所述井底馬達(dá)的驅(qū)動軸下端與沖擊器的上端連接，所述沖擊器的下端與半合管取心工具的上端連接，所述半合管取心工具的下端與底噴取心鉆頭相連接，所述井底馬達(dá)與半合管取心工具及底噴取心鉆頭傳動連接，所述沖擊器給半合管取心工具提供沖擊力，所述沖擊器給底噴取心鉆頭提供振動力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具，其特征在于所述的井底馬達(dá)為螺桿馬達(dá)或渦輪馬達(dá)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具，其特征在于所述的沖擊器為液動沖擊器，所述液動沖擊器為閥式雙作用沖擊器、射流式?jīng)_擊器、射吸式?jīng)_擊器、閥式正作用沖擊器或閥式反作用沖擊器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具，其特征在于所述的半合管取心工具為單動雙管取心工具，所述單動雙管取心工具為普通單動半合管取心工具、雙級單動半合管取心工具或開式單動半合管取心工具。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具，其特征在于所述半合管取心工具中的半合管為卡箍箍抱式半合管、牙嵌自鎖式半合管或卡板側(cè)卡式半合管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具，其特征在于所述的底噴取心鉆頭為電鍍金剛石底噴鉆頭、熱壓金剛石底噴鉆頭或復(fù)合片底噴鉆頭?！?br> 專利摘要本實用新型涉及一種改善破碎地層取心鉆進(jìn)效果的組合式取心鉆具，該取心鉆具包括井底馬達(dá)、沖擊器、半合管取心工具和底噴取心鉆頭，其特征在于井底馬達(dá)的驅(qū)動軸下端與沖擊器的上端連接，沖擊器的下端與半合管取心工具的上端連接，半合管取心工具的下端與底噴取心鉆頭相連接，井底馬達(dá)與半合管取心工具及底噴取心鉆頭傳動連接，沖擊器給半合管取心工具提供沖擊力，沖擊器給底噴取心鉆頭提供振動力。本產(chǎn)品不僅能在破碎地層鉆進(jìn)中提高回次取心鉆進(jìn)長度和機(jī)械鉆速，而且能獲取原結(jié)構(gòu)狀的巖心，并且能節(jié)約能源、減少孔內(nèi)事故、降低鉆桿柱的磨損、防止鉆孔孔斜。
文檔編號E21B25/00GK203145879SQ20132010208
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月7日
發(fā)明者張偉, 樊臘生, 賈軍, 吳金生, 朱永宜, 李旭東 申請人:中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所