一種套管取心鉆具及套管取心鉆進(jìn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于地質(zhì)勘探巖心鉆探工程的套管取心鉆具及套管取心鉆進(jìn)方法，套管取心鉆具是實(shí)施不提鉆換鉆頭取心鉆進(jìn)的孔底鉆進(jìn)裝置，主要由可投撈的內(nèi)管鉆具和與套管連接的外管鉆具組成；套管取心鉆進(jìn)方法主要工序流程和特征是：套管代替孔內(nèi)鉆桿—取心鉆進(jìn)—打撈采取巖心—檢查/更換鉆頭—投放取心鉆具，提出內(nèi)管鉆具，完成套管鉆進(jìn)作業(yè)。本發(fā)明套管取心鉆進(jìn)方法采用所述的套管代替鉆桿傳遞鉆進(jìn)載荷，采用所述套管取心鉆具實(shí)施不提鉆換鉆頭取心鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)隨鉆下套管，通過(guò)快速有效鉆穿并隔離復(fù)雜地層或套管達(dá)到預(yù)期孔深，解決但不限于復(fù)雜地層巖心鉆探的技術(shù)難題。
【專利說(shuō)明】一種套管取心鉆具及套管取心鉆進(jìn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及地質(zhì)勘探行業(yè)領(lǐng)域，具體來(lái)說(shuō)，是指一種套管取心鉆具及套管取心鉆 進(jìn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣鉆井領(lǐng)域的套管鉆井主要用于沉積巖，地層比較穩(wěn)定，其目的是用于一次 成井，但普遍不能取巖心，而且僅局限于直徑大于O 114.3mm套管的條件下實(shí)現(xiàn)，不能用 于地質(zhì)勘探領(lǐng)域的小直徑巖心鉆探工程，如國(guó)外油氣領(lǐng)域廣泛使用的德士古公司(Tesco Corp.)的套管鉆井(drilling with casing)、中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00610070359.1公開 的套管鉆井井底可回收裝置；中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?00510068145.6公開的一種套管鉆井 方法，同時(shí)采用鉆桿和套管雙管鉆進(jìn)，是一種跟管鉆進(jìn)方法，不屬于套管取心鉆進(jìn)范疇。已 有的金剛石取心跟管鉆具采用回次間歇性跟管，也采用鉆桿和套管雙管鉆進(jìn)，不能實(shí)現(xiàn)隨 鉆同步下套管。
[0003]目前，地質(zhì)勘探套管取心鉆進(jìn)技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處于空白，國(guó)外也未見(jiàn)到相關(guān)報(bào)道。套 管取心鉆具是套管鉆進(jìn)的核心技術(shù)，目前與之密切相關(guān)的技術(shù)是不提鉆換鉆頭鉆具，至今 出現(xiàn)的不提鉆換鉆頭鉆具，多數(shù)技術(shù)方案僅僅是一種初級(jí)的設(shè)想，由于方案的系統(tǒng)功能和 結(jié)構(gòu)不完善，難以實(shí)現(xiàn)不提鉆換鉆頭動(dòng)作，不具備實(shí)用性，如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?7205282 整體迭縮式孔底換鉆頭工具、中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?7202449.0公開的不提鉆換鉆頭裝置和 93207805.2公開的一種擴(kuò)孔翼式不提鉆換鉆頭繩沖鉆具；極少數(shù)技術(shù)方案盡管具有一定 實(shí)用性，但由于存在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不完善，僅僅局限于在較完整的地層中使用，不適用于復(fù)雜地 層，如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)?5200563公開的定位張斂式不提鉆換鉆頭鉆具，因容易沉沙、 鉆頭收斂不可靠、懸掛容易變形而且不能修復(fù)、外鉆具底端容易磨損，只能在固相含量小于 4%的泥漿環(huán)境和較完整的地層使用。
[0004]地質(zhì)勘探巖心鉆探經(jīng)常遇到水敏性、水溶性、斷裂破碎帶、裂隙發(fā)育、松散破碎等 復(fù)雜地層，其穩(wěn)定性差，鉆孔容易發(fā)生垮塌、掉塊、縮徑、超徑等鉆進(jìn)故障，進(jìn)而容易導(dǎo)致卡 鉆、埋鉆、斷鉆桿等孔內(nèi)事故，鉆探施工非常困難，普遍存在巖心質(zhì)量差和鉆進(jìn)效率低的問(wèn) 題，影響地質(zhì)勘探進(jìn)度。
[0005]套管隔離鉆孔保護(hù)孔壁是巖心鉆探常用的方法。目前，仍然普遍使用傳統(tǒng)的“先鉆 裸孔，再下套管”隔離鉆孔的方法保護(hù)孔壁。但是，無(wú)論使用常規(guī)的起下鉆取心鉆進(jìn)，還是繩 索取心鉆進(jìn)，都需要先鉆穿復(fù)雜地層，然后提出鉆桿，再下入套管。在這一施工環(huán)節(jié)，鉆裸孔 就比較困難，鉆穿難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)深度和厚度的復(fù)雜地層難上加難；即使裸孔達(dá)到預(yù)定孔深， 由于提鉆產(chǎn)生的抽吸和下套管對(duì)孔壁的擦刮作用，鉆孔孔壁坍塌、掉塊、縮徑等孔內(nèi)故障難 免，所以，也難保套管能下到預(yù)定孔深或穿過(guò)預(yù)定復(fù)雜地層，裸孔穿過(guò)而套管難以穿過(guò)復(fù)雜 地層的情況仍然非常普遍。采用隨鉆下套管的套管取心鉆進(jìn)，是人們?cè)噲D解決復(fù)雜地層鉆 進(jìn)難的長(zhǎng)期愿望，但至今國(guó)內(nèi)未見(jiàn)到這方面的實(shí)例。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種套管取心鉆具及套管取心鉆進(jìn)方法；本發(fā)明套管取心 鉆具直接用于巖心鉆探工程，采用不提鉆換鉆頭取心鉆進(jìn)工藝，避免頻繁起下鉆對(duì)鉆孔穩(wěn) 定性的影響，通過(guò)隨鉆下套管，實(shí)現(xiàn)快速和有效鉆穿和隔離復(fù)雜地層；本發(fā)明套管取心鉆進(jìn) 方法，采取隨鉆下套管取心鉆進(jìn)工藝，解決但不限于復(fù)雜地層鉆進(jìn)的技術(shù)難題。
[0007]本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種套管取心鉆具，主要由可投撈的內(nèi)管鉆具和與套管相連接的外管鉆具組成，所述 內(nèi)管鉆具由可沿軸向移動(dòng)的張斂軸總成和不可移動(dòng)的鉆頭架總成構(gòu)成，所述張斂軸總成套 裝在鉆頭架總成內(nèi)部，所述外管鉆具由上外管和位于上外管下部的定位端管構(gòu)成。
[0008]進(jìn)一步地，為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述張斂軸總成主要由矛頭、環(huán)狀報(bào)信閥、引流 桿、張斂軸、收斂爪固定連接組成，所述矛頭位于引流桿上方，所述環(huán)狀報(bào)信閥套在引流桿 外部，環(huán)狀報(bào)信閥上部外壁有數(shù)條開口向上的獨(dú)頭槽。
[0009]進(jìn)一步地，為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述鉆頭架總成主要由懸掛接頭、懸掛環(huán)、鉆頭 架、副鉆頭、限位器、主鉆頭固定連接組成，所述張斂軸總成套裝在鉆頭架內(nèi)，所述鉆頭架上 部外壁有箭頭向下的內(nèi)管鉆具箭形花鍵，所述鉆頭架中部縱向有一組矩形窗孔，所述鉆頭 架下部?jī)?nèi)腔縱向有一組槽，槽下部徑向設(shè)有排沙孔，所述懸掛接頭有一懸掛接頭內(nèi)通孔，內(nèi) 孔上部直徑小，下部直徑大，矛頭從懸掛接頭上端的小直徑孔伸出，矛頭上端供繩索打撈器 捕撈連接，所述張斂軸套裝在鉆頭架內(nèi)，張斂軸上端楔形面與副鉆頭的上端的楔面組成副 鉆頭張開的張開副，收斂爪的楔形面與副鉆頭下端的楔面組成副鉆頭收縮的收斂副，副鉆 頭插裝在鉆頭架的矩形窗孔內(nèi)，所述限位器位于張斂軸下端。
[0010]進(jìn)一步地，為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述的懸掛環(huán)與定位端管的箭頭構(gòu)成懸掛副，旋 轉(zhuǎn)懸掛環(huán)可得到若干懸掛位置。
[0011]進(jìn)一步地，為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述限位器上部為圓梳形，上端設(shè)置有限位器壓 蓋，所述限位器壓蓋中部?jī)?nèi)壁上設(shè)置有0形圈，在所述限位器下部外側(cè)設(shè)置有柔性調(diào)節(jié)圈， 在所述柔性調(diào)節(jié)圈下端設(shè)置有剛性調(diào)節(jié)圈，在所述限位器下部設(shè)置有墊，在所述限位器外 側(cè)設(shè)置有限位器接頭，所述限位器接頭下端連接有普通雙管鉆具接頭，普通雙管鉆具接頭 下端連接有主鉆頭，所述主鉆頭為普通雙管金剛石鉆頭。
[0012]進(jìn)一步地，為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述副鉆頭為3飛塊可張斂的組合異形鉆頭，所 述組合異形鉆頭的金剛石胎體由保徑圓柱面和碎巖錐面組成，所述保徑圓柱面下端與碎巖 錐面上端相連接，所述副鉆頭內(nèi)側(cè)上平面設(shè)置有磁性材料，副鉆頭插裝在矩形窗孔內(nèi)，副鉆 頭尾部插入鉆頭架的內(nèi)槽。
[0013]進(jìn)一步地，為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述鉆頭架總成還包括普通雙管鉆具接頭、巖心 容納管、外管、擴(kuò)孔器、內(nèi)管短節(jié)、卡簧座、卡簧，所述普通雙管鉆具接頭位于限位器接頭下 方，所述巖心容納管位于普通雙管鉆具接頭下方，巖心容納管下端與內(nèi)管短節(jié)上端相連接， 所述外管位于巖心容納管外部，且外管下端與擴(kuò)孔器上端相連接，所述內(nèi)管短節(jié)下端與卡 簧座上端相連接，卡簧座內(nèi)部設(shè)置有卡簧。
[0014]進(jìn)一步地，為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述上外管的上部?jī)?nèi)裝扶正環(huán)、下部?jī)?nèi)裝密封 環(huán)，所述定位端管內(nèi)腔管壁上設(shè)置有箭頭向上的箭形花鍵，所述定位端管下端內(nèi)腔開有供 副鉆頭張開嵌入的梯形槽，所述梯形槽底部無(wú)出刃鑲嵌有一組超硬材料。[0015]進(jìn)一步地，為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述懸掛接頭上圓柱面可與外管鉆具的扶正環(huán) 構(gòu)成扶正副，懸掛接頭下圓柱面可與外管鉆具的密封環(huán)構(gòu)成密封副，密封副又是扶正副。
[0016]進(jìn)一步地，本發(fā)明在一種套管取心鉆具的基礎(chǔ)上，提出了一種套管取心鉆進(jìn)方法， 包括以下步驟:
第一步:套管代替孔內(nèi)鉆桿，套管與巖心鉆機(jī)的機(jī)上鉆桿連接；
第二步:取心鉆進(jìn)，用巖心鉆機(jī)驅(qū)動(dòng)套管回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)套管下端連接的套管取心鉆具進(jìn)行 取心鉆進(jìn)，泥漿泵通過(guò)套管內(nèi)腔把泥漿送到孔內(nèi)冷卻鉆具、攜帶巖粉和維持孔壁穩(wěn)定； 第三步:打撈采取巖心，鉆具裝滿巖心后，用連接在絞車上的繩索打撈器把孔內(nèi)套管取 心鉆具的內(nèi)管鉆具提到地面采取巖心；
第四步:檢查/更換鉆頭，采取巖心后，檢查孔底服役鉆頭，需要更換的話，更換鉆頭； 第五步:投放取心鉆具，將套管取心鉆具的內(nèi)管鉆具投入孔底并與套管底端的外管鉆 具連接，進(jìn)行下一次鉆進(jìn)；
第六步:提出內(nèi)管鉆具，完成套管鉆進(jìn)作業(yè):重復(fù)進(jìn)行第二步至第五步，在套管隨鉆向 下延伸直至鉆到預(yù)定孔深或穿過(guò)預(yù)定復(fù)雜地層后，提出內(nèi)管鉆具，套管則留并固定在孔內(nèi)， 完成套管鉆進(jìn)作業(yè)。
[0017]本進(jìn)一步地，為更好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述套管主要由依次相連接的管狀上接頭、管 體、管狀下接頭構(gòu)成，所述套管內(nèi)平，套管上端為螺距為6?10mm的錐形梯形內(nèi)螺紋，下端為 螺距為6?10mm的錐形梯形外螺紋。
[0018]發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果:
(1)本發(fā)明提供實(shí)現(xiàn)套管取心鉆進(jìn)的孔底鉆進(jìn)裝置——套管取心鉆具，鉆具設(shè)計(jì)具有 不提鉆換鉆頭取心鉆進(jìn)能力，是實(shí)現(xiàn)套管取心鉆進(jìn)不可缺、不可替代的孔底取心鉆進(jìn)裝置； 采用不提鉆換鉆頭取心鉆進(jìn)原理，在取心工序環(huán)節(jié)，采用鋼絲繩打撈方法，將裝滿巖心和帶 孔底服役主鉆頭和副鉆頭的內(nèi)管鉆具打撈到地面，在采取巖心的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)檢查或更換孔 底服役主鉆頭和副鉆頭；鉆具具有可靠的內(nèi)管鉆具與外管鉆具自動(dòng)瞄向到位、懸掛、水力 驅(qū)動(dòng)張開和打撈收斂、鉆具張開報(bào)信、傳遞鉆進(jìn)載荷、雙扶正、自動(dòng)除沙、雙管取心鉆具的機(jī) 構(gòu)，具備完備和可靠的不提鉆換鉆頭取心鉆進(jìn)的系統(tǒng)功能，滿足套管鉆進(jìn)的工藝要求，適用 于但不限于復(fù)雜地層的巖心鉆探工程；
(2)本發(fā)明的懸掛接頭上圓柱面與扶正環(huán)，下圓柱面與密封環(huán)組成的雙扶正機(jī)構(gòu)，使內(nèi) 管鉆具與外管鉆具保持較高的同軸度，在副鉆頭張開后，使套管取心鉆具具有良好的剛性， 鉆具能采用3米以上長(zhǎng)度的巖心容納管，并且能在300轉(zhuǎn)/分鐘以上的轉(zhuǎn)速條件下正常鉆 進(jìn);
(3)本發(fā)明的鉆頭架內(nèi)槽下部開有排沙孔，利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，及時(shí)將從鉆頭架的 窗口進(jìn)入其下部槽內(nèi)的巖屑(包含巖粉、碎石顆粒、沙、泥質(zhì)物等混合固相物質(zhì))排除，避免 其沉淀并滯留在鉆頭架內(nèi)部，從而消除巖屑對(duì)副鉆頭收斂的影響因素，使副鉆頭收斂動(dòng)作 靈活可靠；
(4)本發(fā)明的副鉆頭鑲嵌的磁性材料，使副鉆頭常受到一個(gè)向心的磁力，避免副鉆頭在 開始收斂時(shí)，因其重心偏離收斂支撐點(diǎn)，頭部有沿支撐點(diǎn)下垂的趨勢(shì)而影響收斂，使副鉆頭 收斂靈活可靠；
(5)本發(fā)明的懸掛環(huán)與定位端管的箭形花鍵箭頭構(gòu)成的懸掛機(jī)構(gòu)，承擔(dān)懸掛內(nèi)管鉆具任務(wù)，包括內(nèi)管鉆具自重、提斷巖心的拉力、有卡鉆或埋鉆跡象時(shí)提升阻力，懸掛環(huán)的懸掛 點(diǎn)可通過(guò)相對(duì)懸掛接頭旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)，一個(gè)懸掛環(huán)有若干懸掛點(diǎn)；
(6)本發(fā)明的定位端管底部縱向鑲嵌圓柱狀超硬材料，采取無(wú)出刃鑲嵌，使定位端管 具有足夠的耐磨壽命，盡管偶爾內(nèi)管鉆具在不到位情況下發(fā)生誤操作，定位端管的底端面 與孔底巖石一旦接觸，可通過(guò)泥漿泵的泵壓表的蹩泵信號(hào)判斷糾正錯(cuò)誤操作；
(7)本發(fā)明的圓梳形限位器的圓梳齒上套裝柔性調(diào)節(jié)圈和剛性調(diào)節(jié)圈，二者構(gòu)成組合 調(diào)節(jié)圈，其不同數(shù)量或不同厚度的組合，增大限位器阻止張斂軸下端軸頸沿軸向自由移動(dòng) 的阻力的調(diào)節(jié)范圍，進(jìn)而增大驅(qū)動(dòng)副鉆頭張開泵壓的調(diào)節(jié)范圍，使鉆具張開報(bào)信更醒目，同 時(shí)維持鉆具張開和收斂?jī)煞N工作狀態(tài)的穩(wěn)定性；
(8)本發(fā)明的在套管取心鉆具的限位器接頭下端連接普通注漿工具，組成可投撈式掃 孔注漿工具，實(shí)現(xiàn)在不提鉆條件下灌注水泥漿、化學(xué)漿液和惰性材料等，進(jìn)行固結(jié)注漿護(hù)壁 和堵漏；可在其限位器接頭下端連接孔內(nèi)事故處理工具，實(shí)現(xiàn)不提鉆處理燒鉆、卡鉆和埋鉆 事故；
(9 )本發(fā)明為水敏性、水溶性、斷裂破碎帶、裂隙發(fā)育、松散破碎等復(fù)雜地層巖心鉆探提 供一種有效的巖心鉆探方法；該方法采用繩索取心鉆進(jìn)基本原理，采用套管代替鉆桿傳遞 鉆進(jìn)載荷并作為傳輸泥漿的通道，采用套管取心鉆具進(jìn)行不提鉆換鉆頭取心鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)隨 鉆下套管，即套管取心鉆進(jìn)，用一道鉆進(jìn)工序完成其它方法所需“鉆裸孔、下套管”兩道工序 才能完成的套管隔離鉆孔保護(hù)孔壁的作業(yè)，可有效鉆穿和隔離復(fù)雜地層，消除其它鉆進(jìn)方 法頻繁起下鉆對(duì)鉆孔穩(wěn)定性的影響，提高巖心采取率和鉆探效率，解決復(fù)雜地層鉆進(jìn)的技 術(shù)難題，與此同時(shí)，改善鉆探施工環(huán)境，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，促進(jìn)安全生產(chǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為實(shí)施例中套管取心鉆進(jìn)的鉆進(jìn)示意圖；
圖2為實(shí)施例中打撈內(nèi)管鉆具示意圖；
圖3為圖1的套管取心鉆具鉆進(jìn)工作狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖的上部；
圖4為圖1的套管取心鉆具的結(jié)構(gòu)示意圖的下部；
圖5為套管取心鉆具收斂工作狀態(tài)的內(nèi)管鉆具上部的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖6為套管取心鉆具的外管鉆具結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7為圖3的鉆頭架的軸測(cè)圖局部；
圖8為圖6的A-A剖面圖；
圖9為圖1的套管結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為圖9的B部的放大圖；
圖11為圖9的C部的放大圖；
圖12為套管取心鉆進(jìn)方法步驟示意圖。
[0020]其中:1一外管鉆具；2—內(nèi)管鉆具；3—主鉆頭；4一副鉆頭；5—張斂軸總成；6— 鉆頭架總成；7—矛頭；8—環(huán)狀報(bào)信閥；9—引流桿；10—張斂軸；11—收斂爪；12—懸掛 接頭；13—懸掛環(huán)；14一鉆頭架；15 —限位器；16—普通雙管鉆具接頭；17—巖心容納管； 18—外管；19—擴(kuò)孔器；20 —內(nèi)管短節(jié)；21—卡簧座；22—卡簧；23—上外管；24—扶正環(huán)； 25—定位端管；26—密封環(huán)；27—外管鉆具箭形花鍵；28—梯形槽；29—超硬材料；30—內(nèi)管鉆具箭形花鍵；31—矩形窗孔；32—槽；33—排沙孔；34 —限位器壓蓋；35 —O形圈；36— 柔性調(diào)節(jié)圈；37 —?jiǎng)傂哉{(diào)節(jié)圈；38 —墊；39 —限位器接頭；40—保徑圓柱面；41 一碎巖維 面；42—磁性材料；43—懸掛接頭內(nèi)通孔；44一繩索打撈器；45—獨(dú)頭槽；46—管狀上接頭； 47—管體；48—管狀下接頭；49一外螺紋；50 —圓柱銷；51—巖心鉆機(jī)；52—泥衆(zhòng)泵；53— 孔口夾持器；54—絞車；55—提引器；56—套管；57—套管取心鉆具；58 —回轉(zhuǎn)器；59—泥 衆(zhòng)；60一鉆孔；61—巖心；62—機(jī)上鉆桿；63—鋼絲繩；64—鉆塔；65—泵壓表；66—地面； 67—地層；68 —內(nèi)螺紋。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)介紹，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于 此。
[0022]實(shí)施例1:
如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8所示，一種套管取心鉆具，巖心鉆機(jī)51的回 轉(zhuǎn)器58帶動(dòng)機(jī)上鉆桿62旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)孔內(nèi)代替鉆桿的套管56旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)呈鉆進(jìn)工作狀態(tài)的 孔底套管取心鉆具57旋轉(zhuǎn)；巖心鉆機(jī)51通過(guò)其回轉(zhuǎn)器58施加的鉆進(jìn)壓力，通過(guò)機(jī)上鉆桿 62、套管56傳到孔底套管取心鉆具57 ;來(lái)自泥漿泵52的泥漿59，通過(guò)套管輸送到孔底，套 管取心鉆具57在孔底執(zhí)行取心鉆進(jìn)，其巖心容納管17裝滿巖心61后，停止鉆進(jìn)，用孔口夾 持器53夾持住套管56，機(jī)上鉆桿62卸扣脫離開套管56 ;將與鋼絲繩63連接的繩索打撈器 44投入套管內(nèi)，憑其自重下到孔底捕撈住套管取心鉆具的矛頭7，通過(guò)鋼絲繩63提升繩索 打撈器44，將套管取心鉆具57的內(nèi)管鉆具2提到地面66，采集巖心和檢查或更換主鉆頭3 和副鉆頭4，然后將內(nèi)管鉆具2投入套管內(nèi)，機(jī)上鉆桿62與套管56連接，開泥漿泵52用泥 漿送內(nèi)管鉆具2到孔底，并驅(qū)動(dòng)副鉆頭4張開，進(jìn)行下一回次鉆進(jìn)；如此循環(huán)，套管隨鉆向下 延深，直至鉆到預(yù)定孔深或穿過(guò)預(yù)定復(fù)雜地層67，提出內(nèi)管鉆具2，套管56則留并固定在孔 內(nèi)，完成套管取心鉆進(jìn)作業(yè)。套管需要在后期采用其他方法使鉆孔60到達(dá)設(shè)計(jì)孔深或靶區(qū) 后，才能起拔回收套管。
[0023]副鉆頭4處于收斂的內(nèi)管鉆具2通過(guò)套管投入鉆孔，也可采用繩索打撈器44送， 鉆具憑自重，或泥漿輸送達(dá)到孔底，首先通過(guò)瞄向機(jī)構(gòu)自動(dòng)瞄向，使內(nèi)管鉆具2到達(dá)與外管 鉆具I的配合位置；此時(shí)，由所述的懸掛環(huán)13與外管鉆具箭形花鍵27組成的懸掛機(jī)構(gòu)懸掛 內(nèi)管鉆具2，懸掛接頭12與密封環(huán)26構(gòu)成密封，環(huán)狀報(bào)信閥8全部處于懸掛接頭12上部的 小直徑孔內(nèi)，即水路處于關(guān)閉位置；在開通泥漿泵52后，環(huán)狀報(bào)信閥8受泥漿的水力壓力驅(qū) 動(dòng)向下移動(dòng)，帶動(dòng)張斂軸10向下移動(dòng)，使副鉆頭4從鉆頭架14的矩形窗孔31伸出，即副鉆 頭4張開，張開的副鉆頭4外徑比套管外徑大4-10mm，其頭部嵌入定位端管25的梯形槽28， 尾部插入鉆頭架14的內(nèi)槽32，將內(nèi)管鉆具2與外管鉆具I連接，同時(shí)與定位端管25和鉆頭 架14組成傳遞鉆進(jìn)壓力和扭矩的通道，此時(shí)，鉆具呈鉆進(jìn)工作狀態(tài)，可執(zhí)行取心鉆進(jìn)。鉆進(jìn) 時(shí)，主鉆頭3執(zhí)行先導(dǎo)取心鉆進(jìn)，副鉆頭4承擔(dān)擴(kuò)孔任務(wù)，鉆孔直徑比套管外徑大4-10mm，巖 心則隨鉆進(jìn)入巖心容納管17。巖心容納管17裝滿巖心后，將繩索打撈器44通過(guò)套管的內(nèi) 腔下到孔底，繩索打撈器44捕撈住內(nèi)管鉆具2的矛頭7，采用地面絞車54提拉，在開始提 拉時(shí)，矛頭7帶動(dòng)張斂軸10向上移動(dòng)，其收斂爪11的楔面插入副鉆頭4的收斂槽(楔面)， 使副鉆頭4沿徑向收縮，即副鉆頭4收斂，解除內(nèi)管鉆具2與外管鉆具I的連接，內(nèi)管鉆具2的最大外徑比套管內(nèi)徑小3-6_，可直接將內(nèi)管鉆具2打撈到地面進(jìn)行采集巖心和檢查或 更換鉆頭(包括主鉆頭3、擴(kuò)孔器19、副鉆頭4)，完成一個(gè)鉆進(jìn)取心回次，即實(shí)現(xiàn)不提鉆換鉆 頭取心鉆進(jìn)。如此反復(fù)循環(huán)，套管隨鉆向孔底延伸，直至鉆孔達(dá)到預(yù)定孔深或鉆穿預(yù)定復(fù)雜 地層，打撈出內(nèi)管鉆具2，套管及其下端連接的外管鉆具I則留并固定在孔內(nèi)，恢復(fù)套管隔 離鉆孔的護(hù)壁功能，完成套管鉆進(jìn)作業(yè)。留在孔內(nèi)的套管，待鉆孔采用其他方法鉆到設(shè)計(jì)孔 深或靶區(qū)，采用地面設(shè)備起拔回收。
[0024]實(shí)施例2:
本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，懸掛接頭12上圓柱面與扶正環(huán)24，懸掛接頭12下圓 柱面與密封環(huán)26組成的雙扶正機(jī)構(gòu)，使內(nèi)管鉆具2與外管鉆具I保持較高的同軸度，并在 副鉆頭4張開后，套管取心鉆具具有良好的剛性，使鉆具能采用3米以上長(zhǎng)度的巖心容納 管，并且能在400轉(zhuǎn)/分鐘以上的轉(zhuǎn)速條件下正常鉆進(jìn)；鉆頭架14內(nèi)槽32下部開有排沙孔 33，利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的徑向離心力，及時(shí)將從鉆頭架14的矩形窗口 31進(jìn)入其下部槽32內(nèi)的 巖屑(巖粉、碎石顆粒、沙、泥質(zhì)物等混合固相物質(zhì))排除，避免其沉淀在鉆頭架內(nèi)部，從而消 除巖屑沉淀對(duì)副鉆頭4收斂的影響因素；副鉆頭4鑲嵌的磁性材料42，使副鉆頭4常受到 一個(gè)向心的磁力，避免副鉆頭4在開始收斂時(shí)，因其重心偏離收斂支撐點(diǎn)，頭部有沿支撐點(diǎn) 下垂的趨勢(shì)而影響收斂，使副鉆頭4收斂靈活可靠；懸掛環(huán)13與定位端管25的箭形花鍵箭 頭構(gòu)成的懸掛機(jī)構(gòu)，承擔(dān)懸掛內(nèi)管鉆具2任務(wù)，包括內(nèi)管鉆具2自重、提斷巖心的拉力、有卡 鉆或埋鉆跡象時(shí)提升阻力，懸掛環(huán)13的懸掛點(diǎn)可通過(guò)相對(duì)懸掛接頭12旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)，一個(gè)懸 掛環(huán)13有若干懸掛點(diǎn)；定位端管25底部縱向鑲嵌圓柱狀超硬材料29，無(wú)出刃鑲嵌，使定位 端管具有足夠的耐磨壽命，盡管偶爾內(nèi)管鉆具2在不到位情況下發(fā)生誤操作，定位端管25 的底端面與孔底巖石一旦接觸，可通過(guò)泥漿泵的泵壓表65的蹩泵信號(hào)判斷糾正錯(cuò)誤操作； 圓梳形限位器15用于阻止張斂軸10下端軸頸沿軸向自由移動(dòng)，即阻止其自由拔出或插入， 維持鉆具張開和收斂?jī)煞N工作狀態(tài)的穩(wěn)定性，限位器的圓梳齒上套裝柔性調(diào)節(jié)圈36和剛 性調(diào)節(jié)圈37，二者構(gòu)成組合調(diào)節(jié)圈，其不同數(shù)量或不同厚度的組合，增大限位器阻止張斂軸 10沿軸向移動(dòng)的阻力的調(diào)節(jié)范圍，進(jìn)而增大驅(qū)動(dòng)副鉆頭4張開泵壓的調(diào)節(jié)范圍，使鉆具張 開報(bào)信泵壓更醒目；所述套管取心鉆具的特征是，可在其限位器接頭39下端連接普通注漿 工具，組成可投撈式掃孔注漿工具，實(shí)現(xiàn)在不提鉆條件下灌注水泥漿、化學(xué)漿液和惰性材料 等，進(jìn)行固結(jié)注漿護(hù)壁和或堵漏，可在其限位器接頭39下端連接孔內(nèi)事故處理工具，實(shí)現(xiàn) 不提鉆處理燒鉆、卡鉆和埋鉆事故。本實(shí)施例其他部分與實(shí)施例1相同，不再贅述。
[0025]實(shí)施例3:
如圖1、圖2、圖12所示，一種套管取心鉆進(jìn)方法，地面裝置為巖心鉆機(jī)51、泥漿泵52、 孔口夾持器53、絞車54、繩索打撈器44、提引器55，孔內(nèi)鉆進(jìn)裝置包括套管取心鉆具57、套 管56 ;用套管56代替鉆桿并與機(jī)上鉆桿62連接，用巖心鉆機(jī)51驅(qū)動(dòng)套管回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)套管 下端連接的套管取心鉆具57進(jìn)行取心鉆進(jìn)；泥漿泵52通過(guò)套管內(nèi)腔把泥漿59送到孔內(nèi)冷 卻鉆具、攜帶巖粉和維持孔壁穩(wěn)定；鉆具裝滿巖心61后，用連接在絞車54鋼絲繩63上的繩 索打撈器44，把孔內(nèi)套管取心鉆具57的內(nèi)管鉆具提到地面66，在采取巖心61的同時(shí)，檢查 或更換孔底服役鉆頭，然后再將套管取心鉆具57的內(nèi)管鉆具投或送到孔底與套管底端的 外管鉆具I連接，進(jìn)行下一次鉆進(jìn)；如此循環(huán)，套管隨鉆向下延深，直至鉆到預(yù)定孔深或穿 過(guò)預(yù)定復(fù)雜地層67，提出內(nèi)管鉆具2，套管則留并固定在孔內(nèi)，完成套管鉆進(jìn)作業(yè)。[0026]實(shí)施例4:
如圖9、圖10、圖11所示，本實(shí)施例在實(shí)施例3的基礎(chǔ)上，所述套管56主要由依次相連 接的管狀上接頭46、管體47、管狀下接頭48構(gòu)成,所述套管56內(nèi)平,套管56上端為螺距為 6?IOmm的錐形梯形內(nèi)螺紋68，下端為螺距為6?IOmm的錐形梯形外螺紋49。套管56具有 足夠傳遞鉆進(jìn)鉆壓和扭矩的能力，又是輸送泥漿的通道，鉆進(jìn)時(shí)用作鉆桿使用，套管鉆進(jìn)結(jié) 束后，留在孔內(nèi)隔離孔壁，恢復(fù)套管56護(hù)壁功能。
[0027]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依 據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種套管取心鉆具，其特征在于:主要由可投撈的內(nèi)管鉆具(2)和與套管(56)連接的外管鉆具(I)組成，所述內(nèi)管鉆具(2)由可沿軸向移動(dòng)的張斂軸總成(5)和不可移動(dòng)的鉆頭架總成(6)構(gòu)成，所述張斂軸總成(5)套裝在鉆頭架總成(6)內(nèi)部，所述外管鉆具(I)由上部?jī)?nèi)腔裝有扶正環(huán)(24)和下部?jī)?nèi)腔裝有密封環(huán)(26)的上外管(23)和位于上外管(23) 下部的定位端管(25)構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種套管取心鉆具，其特征在于:所述張斂軸總成(5)主要由矛頭(7)、環(huán)狀報(bào)信閥(8)、引流桿(9)、張斂軸(10)、收斂爪(11)固定連接組成，所述矛頭(7)位于引流桿(9)上方，所述環(huán)狀報(bào)信閥(8)套在引流桿(9)外部，環(huán)狀報(bào)信閥(8)上部外壁有數(shù)條開口向上的獨(dú)頭槽(45)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種套管取心鉆具，特征在于:所述鉆頭架總成(6)主要由懸掛接頭(12)、懸掛環(huán)(13)、鉆頭架(14)、副鉆頭(4)、限位器(15)、主鉆頭(3)固定連接組成，所述張斂軸總成(5)套裝在鉆頭架(14)內(nèi)，所述鉆頭架(14)上部外壁有箭頭向下的內(nèi)管鉆具箭形花鍵(30)，所述鉆頭架(14)中部縱向有一組矩形窗孔(31)，所述鉆頭架(14)下部?jī)?nèi)腔縱向有一組槽(32)，槽(32)下部徑向設(shè)有排沙孔(33)，所述懸掛接頭(12)上端設(shè)置有懸掛接頭內(nèi)通孔(43)，懸掛接頭內(nèi)通孔(43)上部直徑小于下部直徑，矛頭(7)從懸掛接頭內(nèi)通孔(43 )小直徑孔伸出，矛頭(7 )上端供繩索打撈器(44 )捕撈，所述張斂軸(10 )套裝在鉆頭架(14)內(nèi)，張斂軸(10)中部?jī)山M楔形面與副鉆頭(4)內(nèi)側(cè)的兩組楔面組成副鉆頭(4)張開的張開副，收斂爪(11)的楔形面與副鉆頭(4)外側(cè)下部的楔面組成副鉆頭(4)收縮的收斂副，副鉆頭(4)插裝在鉆頭架(14)的矩形窗孔(31)內(nèi)，所述限位器(15)位于張斂軸(10)下端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種套管取心鉆具，特征在于:所述的懸掛環(huán)(13)與定位端管(25)的箭頭構(gòu)成懸掛副，旋轉(zhuǎn)懸掛環(huán)可得到多個(gè)懸掛位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種套管取心鉆具，其特征在于:所述限位器(15)上端設(shè)置有限位器壓蓋(34)，所述限位器壓蓋(34)中部?jī)?nèi)壁上設(shè)置有O形圈(35)，在所述限位器(15)下部外側(cè)設(shè)置有柔性調(diào)節(jié)圈(36)，在所述柔性調(diào)節(jié)圈(36)下端設(shè)置有剛性調(diào)節(jié)圈 (37)，在所述限位器(15)下部設(shè)置有墊(38)，在所述限位器(15)外側(cè)設(shè)置有限位器接頭 (39),所述限位器接頭(39)下端連接有普通雙管鉆具接頭(16)，普通雙管鉆具接頭(16)下端連接有主鉆頭(3 )，所述主鉆頭(3 )為普通雙管金剛石鉆頭。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種套管取心鉆具，其特征在于:所述副鉆頭(4)為3飛塊可張斂的組合異形鉆頭，所述組合異形鉆頭的金剛石胎體由保徑圓柱面(40)和碎巖錐面 (41)組成，所述保徑圓柱面(40)下端與碎巖錐面(41)上端相連接，所述副鉆頭(4)內(nèi)側(cè)上平面設(shè)置有磁性材料(42)，副鉆頭(4)插裝在矩形窗孔(31)內(nèi)，副鉆頭(4)尾部插入槽 (32)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種套管取心鉆具，特征在于:所述鉆頭架總成(6)還包括普通雙管鉆具接頭(16)、巖心容納管(17)、外管(18)、擴(kuò)孔器(19)、內(nèi)管短節(jié)(20)、卡簧座 (21 )、卡簧(22)，所述普通雙管鉆具接(16)頭位于限位器接頭(39)下方，所述巖心容納管(17)位于普通雙管鉆具接頭(16)下方，巖心容納管(17)下端與內(nèi)管短節(jié)(20)上端相連接， 所述外管(18)位于巖心容納管(17)外部，且外管(18)下端與擴(kuò)孔器(19)上端相連接，所述內(nèi)管短節(jié)(20)下端與卡簧座(21)上端相連接，卡簧座(21)內(nèi)部設(shè)置有卡簧(22)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種套管取心鉆具，其特征在于:所述懸掛接頭(12)上圓柱面外套裝有扶正環(huán)(24)，所述懸掛接頭(12)下圓柱面外套裝有密封環(huán)(26)，所述定位端管(25)內(nèi)腔管壁上設(shè)置有箭頭向上的箭形花鍵(27)，所述定位端管(25)下端內(nèi)腔開有供副鉆頭(3)張開嵌入的梯形槽(28)，所述定位端管(25)底部無(wú)出刃鑲嵌有一組超硬材料(29)。
9.一種套管取心鉆進(jìn)方法，其特征在于:包括以下步驟:第一步:套管代替孔內(nèi)鉆桿，套管(56)與巖心鉆機(jī)(51)的機(jī)上鉆桿(62)連接第二步:取心鉆進(jìn)，用巖心鉆機(jī)(51)驅(qū)動(dòng)套管(56)回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)套管(56)下端連接的套管取心鉆具(57)進(jìn)行取心鉆進(jìn)；泥漿泵(52)通過(guò)套管內(nèi)腔把泥漿(59)送到孔內(nèi)冷卻鉆具、 攜帶巖粉和維持孔壁穩(wěn)定；第三步:打撈采取巖心，鉆具裝滿巖心(61)后，用連接在絞車(54)上的繩索打撈器 (44)把孔內(nèi)套管取心鉆具(57)的內(nèi)管鉆具(2)提到地面(66)采取巖心(61)；第四步:檢查/更換鉆頭，采取巖心(61)后，檢查孔底服役鉆頭，需要更換的話，更換鉆頭;第五步:投放取心鉆具，將套管取心鉆具(57)的內(nèi)管鉆具(2)投入孔底并與套管底端的外管鉆具(I)連接，進(jìn)行下一次鉆進(jìn)；第六步:提出內(nèi)管鉆具，完成套管鉆進(jìn)作業(yè):重復(fù)進(jìn)行第二至第五步，套管隨鉆向下延伸直至鉆到預(yù)定孔深或穿過(guò)預(yù)定復(fù)雜地層(67)后，提出內(nèi)管鉆具(2)，套管則留并固定在孔內(nèi)，完成套管鉆進(jìn)作業(yè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種套管取心鉆進(jìn)方法，其特征在于:所述套管(56)主要由依次相連接的管狀上接頭(46 )、管體(47 )、管狀下接頭(48 )構(gòu)成,所述套管(56 )內(nèi)平,套管 (56)上端為螺距為6~IOmm的錐形梯形內(nèi)螺紋(68)，套管(56)下端為螺距為6~IOmm的錐形梯形`外螺紋(49)。
【文檔編號(hào)】E21B10/02GK103603625SQ201310650334
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月6日
【發(fā)明者】李政昭, 錢鋒, 房勇, 張偉 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所