用於地質勘探的巖芯提取鑽具的製作方法

2023-12-06 15:43:56

本實用新型涉及地質勘探設備，特別涉及一種用於地質勘探的巖芯提取鑽具。

背景技術：

巖芯是根據地質工作或工程的需要，使用環狀鑽頭及其他取芯工具，從孔內取出的圓柱狀巖石樣品。巖芯是研究和了解地下地質和礦產情況的重要實物材料。例如在油、氣田勘探和開發中，按勘察得到的地層層位和設計深度，向井內下入取芯工具,鑽取出巖芯，從而了解地下油層及所含流體特徵。

現有取芯工具通常為鑽井取心，在鑽頭和鑽杆中心有空腔，空腔下端設有環狀抱緊裝置，鑽頭進給時，巖芯伸入空腔中，達到需要的深度後，抱緊裝置將巖芯夾緊，同時鑽杆提起，通過拉力截取巖芯，並將巖芯提出地面。

在巖芯截取過程中，設備需對巖芯施加很大的拉力才可將巖芯截斷，如果巖芯表層鬆軟，與抱緊裝置接觸的巖芯表層容易受到破壞，如遇到硬質巖石，斷面無法控制，斷口容易沿巖層分割面斷開，造成斷口不齊，影響對地層的分析，甚至造成設備損壞，縮短使用壽命。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本實用新型提供一種用於地質勘探的巖芯提取鑽具，截取巖芯時，拉力小，巖芯斷口可控，保護巖芯的完整性，同時防止設備損壞，延長了使用壽命。

本實用新型提供的用於地質勘探的巖芯提取鑽具，包括：鑽杆、鑽頭和環切裝置，所述鑽杆包括同軸轉動連接的外筒和內筒，所述鑽頭連接在所述外筒的下端；所述內筒的內部形成容納巖芯的腔體，所述腔體下方開口，所述腔體的開口端為上大下小的錐形腔，所述錐形腔的大端直徑大於所述腔體上端的直徑，所述錐形腔內同軸設置有抱緊環，所述抱緊環的外周壁也為錐面，與所述錐形腔的腔壁適配，所述抱緊環的內周壁設有多個環狀凸稜；所述環切裝置設置在所述鑽頭的上端面與所述內筒的下端面之間，所述環切裝置包括環切刀和用於設置所述環切刀的安裝座，所述環切刀和所述安裝座均為環狀，所述安裝座與所述外筒固定連接，所述安裝座的內壁為上大下小的錐面，所述環切刀的外周壁也為錐面，與所述安裝座的內壁適配，所述環切刀包括橡膠摩擦部和設置在所述橡膠摩擦部下端的切割部，所述橡膠摩擦部的內徑大於所述切割部的內徑，所述切割部的內徑大於所述抱緊環的內徑。

進一步地，所述橡膠摩擦部的內周壁也設置有環狀凸稜。

進一步地，所述安裝座的上端面與所述內筒的下端面設置有滾珠。

進一步地，還包括轉接頭，所述轉接頭的上端與所述外筒螺紋連接，下端通過軸承與所述內筒的上端轉動連接。

進一步地，所述轉接頭包括：第一轉接頭和第二轉接頭，第一轉接頭的下端設有內螺紋，第二轉接頭的上端設有外螺紋，所述第二轉接頭螺紋連接在所述第一轉接頭的下方，所述第二轉接頭與所述內筒之間通過軸承轉動連接。

進一步地，所述內筒和所述外筒之間形成泥漿通道，所述轉接頭的上端設有第一泥漿孔，用於與泥漿管連通，所述轉接頭的周壁設有第二泥漿孔，所述第一泥漿孔和所述第二泥漿孔連通，所述第二泥漿孔與所述泥漿通道連通。

進一步地，所述安裝座上設有漏泥通道。

進一步地，所述內筒和所述轉接頭的內部均沿軸線設置有減壓通道，且所述轉接頭的減壓通道內設有允許從下到上方向導通的單向閥。

進一步地，所述抱緊環和所述環切裝置的切割部的下表面都為上端小下端大的內錐面。

本實用新型提供的巖芯提取鑽具的鑽杆、鑽頭和環切裝置，鑽杆包括內筒和外筒，且內筒可相對外筒自由轉動，所述環切裝置的橡膠摩擦部的內徑大於所述切割部的內徑，所述切割部的內徑大於所述抱緊環的內徑，且抱緊環與錐形腔、以及環切刀與安裝座均為錐面配合。環切鑽頭進給時，外筒轉動，內筒不轉，在鑽頭的中心形成柱狀巖芯，巖芯向上頂入內筒的腔體內，達到預設的進給量時，鑽具向上提升，由於橡膠摩擦部的內徑最小，在摩擦力的作用下，環切裝置向下移動，在錐面的作用下，環切裝置向內壓縮，摩擦力增大，同時橡膠摩擦部進一步壓縮，切割部與芯棒接觸，切割部隨外筒轉動，對巖芯進行環切，在巖芯的周向形成環切槽；鑽具進一步向上提起，抱緊環與巖芯接觸，受到向下的摩擦力，同理，在錐面的作用下向內壓縮，進一步增大摩擦力，抱緊巖芯，並用力向上提起；由於在環切槽部巖芯的結構強度最弱，巖芯沿環切槽斷裂，形成相對平整的切口。

本實用新型提供的用於地質勘探的巖芯提取鑽具，預先通過環切裝置在巖芯的下端形成環切槽，降低了巖芯在環切槽處的結構強度，減小了截取巖芯時的拉力，巖芯沿環切槽斷裂，斷口可控，保護巖芯的完整性，同時防止設備損壞，延長了使用壽命。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。在所有附圖中，類似的元件或部分一般由類似的附圖標記標識。附圖中，各元件或部分並不一定按照實際的比例繪製。

圖1為一實施例提供的巖芯提取鑽具的結構示意圖；

圖2為圖1的局部放大A視圖；

圖3為一實施例提供的巖芯提取鑽具中轉接頭的結構示意圖。

附圖標記說明：

100、鑽杆 200、鑽頭 300、環切裝置

110、外筒 120、內筒 410、抱緊環

320、安裝座 311、橡膠摩擦部 312、切割部

420、滾珠 510、第一轉接頭 520、第二轉接頭

530、軸承 540、擋塊 610、泥漿通道

620、第一泥漿孔 630、第二泥漿孔 640、漏泥通道

650、泥漿管 710、減壓通道 720、單向閥

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型技術方案的實施例進行詳細的描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本實用新型的技術方案，因此只作為示例，而不能以此來限制本實用新型的保護範圍。

需要注意的是，除非另有說明，本申請使用的技術術語或者科學術語應當為本實用新型所屬領域技術人員所理解的通常意義。

參照圖1到圖3，在一實施例中，本實用新型提供的用於地質勘探的巖芯提取鑽具，包括：鑽杆100、鑽頭200和環切裝置300，所述鑽杆100包括同軸轉動連接的外筒110和內筒120，所述鑽頭200連接在所述外筒110的下端；所述內筒120的內部形成容納巖芯的腔體，所述腔體下方開口，所述腔體的開口端為上大下小的錐形腔，所述錐形腔的大端直徑大於所述腔體的直徑，所述錐形腔內同軸設置有抱緊環410，所述抱緊環410的外周壁也為錐面，與所述錐形腔的腔壁適配，所述抱緊環410的內周壁設有多個環狀凸稜；所述環切裝置300設置在所述鑽頭200的上端面與所述內筒120的下端面之間，所述環切裝置300包括環切刀和用於設置所述環切刀的安裝座320，所述環切刀和所述安裝座320均為環狀，所述安裝座320與所述外筒110固定連接，所述安裝座320的內壁為上大下小的錐面，所述環切刀的外周壁也為錐面，與所述安裝座320的內壁適配，所述環切刀包括橡膠摩擦部311和設置在所述橡膠摩擦部311下端的切割部312，所述橡膠摩擦部311的內徑大於所述切割部312的內徑，所述切割部312的內徑大於所述抱緊環410的內徑。

本實施例提供的巖芯提取鑽具工作原理如下：環切鑽頭200進給時，外筒110轉動，內筒120不轉，在鑽頭200的中心形成柱狀巖芯，巖芯向上頂入內筒120的腔體內，達到預設的進給量時，鑽具向上提升，由於橡膠摩擦部311的內徑最小，在摩擦力的作用下，環切裝置300向下移動，在錐面的作用下，環切裝置300向內壓縮，摩擦力增大，同時橡膠摩擦部311進一步壓縮，切割部312與芯棒接觸，切割部312隨外筒110轉動，對巖芯進行環切，在巖芯的周向形成環切槽；鑽具進一步向上提起，抱緊環410與巖芯接觸，受到向下的摩擦力，抱緊環410上的環狀凸稜可增強摩擦力，同理，在錐面的作用下向內壓縮，進一步增大摩擦力，抱緊巖芯，並用力向上提起；由於在環切槽部巖芯的結構強度最弱，巖芯沿環切槽斷裂，形成相對平整的切口。

本實施例的巖芯提取鑽具截取巖芯時，預先通過環切裝置300在巖芯的下端形成環切槽，降低了巖芯在環切槽處的結構強度，減小了截取巖芯時的拉力，巖芯沿環切槽斷裂，斷口可控，保護巖芯的完整性，同時防止設備損壞，延長了使用壽命。

進一步地，為了增加橡膠摩擦部311與巖芯之間的摩擦力，所述橡膠摩擦部311的內周壁也設置有環狀凸稜。由於切斷時，安裝座320轉動，內筒120不轉，為了減小安裝座320與內筒120之間的摩擦力，所述安裝座320的上端面與所述內筒120的下端面設置有滾珠420。

具體地，為了使內筒120和外筒110之間可自由轉動，本實施例的巖芯提取鑽具，包括轉接頭，所述轉接頭的上端與所述外筒110螺紋連接，下端通過軸承530與所述內筒120的上端轉動連接，在軸承530的作用下，內筒120可自由轉動。

其中，由於內筒120卡在軸承530上，為了便於裝配，所述轉接頭包括：第一轉接頭510和第二轉接頭520，第一轉接頭510的下端設有內螺紋，第二轉接頭520的上端設有外螺紋，所述第二轉接頭520螺紋連接在所述第一轉接頭510的下方，在所述第二轉接頭520上端和下端分別設有一個軸承530。安裝時，先將內筒120的上端穿過軸承530，並在軸承530上端設置擋塊540，擋塊540通過螺紋連接固定設置在內筒120上，當然還可以為銷接、卡接等其他方式，從而使內筒120懸掛在外筒110內。

進一步地，鑽具通常設置有泥漿通道610，且泥漿的壓力大，衝擊力強，為了防止泥漿直接作用於對巖芯，破壞巖芯，所述內筒120和所述外筒110之間形成泥漿通道610，所述轉接頭的上端設有第一泥漿孔620，用於與泥漿管650連通，所述轉接頭的周壁設有第二泥漿孔630，所述第一泥漿孔620和所述第二泥漿孔630連通，所述第二泥漿孔630與所述泥漿通道610連通，從而使泥漿與巖芯分離，保護巖芯不受到損傷。

具體的，所述安裝座320上設有漏泥通道640，漏泥通道640連通泥漿通道610和鑽頭200內。

本實施例的巖芯提取鑽具還設置有減壓裝置，具體為，所述內筒120和所述轉接頭的內部均沿軸線設置有減壓通道710，且所述轉接頭的減壓通道710內設有允許從下到上方向導通的單向閥720。當巖芯向上頂入腔體時，腔體相對密封，腔內氣壓升高，不利於巖芯進入，增加了阻力，因此，在所述內筒120和所述轉接頭的內部均沿軸線設置有減壓通道710，腔內氣壓升高時，氣體沿減壓通道710排出，降低氣壓，使巖芯順利進入，同時，為了防止泥漿進入減壓通道710，在轉接頭的減壓通道710內設有允許從下到上方向導通的單向閥720。

更進一步地，在鑽具進給時，為了防止環切裝置300和抱緊環410的下端卡死鑽具，所述抱緊環410和所述環切裝置300的切割部312的下表面都為上端小下端大的內錐面，通過錐面對巖芯進行導向，同時向外撐開抱緊環410和環切裝置300，使巖芯順利進入腔體。

在本申請的描述中，需要理解的是，術語「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。

此外，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特徵的數量。在本實用新型的描述中，「多個」的含義是兩個以上，除非另有明確具體的限定。

本實用新型的說明書中，說明了大量具體細節。然而，能夠理解，本實用新型的實施例可以在沒有這些具體細節的情況下實踐。在一些實例中，並未詳細示出公知的方法、結構和技術，以便不模糊對本說明書的理解。

在本說明書的描述中，具體特徵、結構、材料或者特點可以在任一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領域的技術人員可以將本說明書中描述的不同實施例或示例以及不同實施例或示例的特徵進行結合和組合。

最後應說明的是：以上各實施例僅用以說明本實用新型的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述各實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術方案的範圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求和說明書的範圍當中。