[发明专利]一种循环冷却式微取芯钻头

说明书

技术领域

本发明涉及钻探钻具技术领域，更具体的是涉及一种循环冷却式微取芯钻头。

背景技术

在石油、地质勘探中，为了解地层地质情况，需要对所钻地层进行岩石取样，以测定地层内的矿物组分情况和地层岩石性质参数等地质分析。岩心样本的获取质量和收获率，将直接影响地质分析的准确性。

目前，微取芯钻头的钻井液喷孔均设置在钻头心部的周围，由于周围的钻井液喷孔都在同时向井底喷射高速流体，喷孔向钻头中心形成漫流，甚至形成涡流。心部的微岩芯在漫流或涡流的作用下难以迅速地从钻头中心往外运移，这将导致微岩芯在钻头不断往下进尺钻进作用下被挤压，发生再次破碎，难以形成完整的微岩芯。与此同时，钻头在旋转钻进过程中，刀翼刮切破碎井底岩石钻进，并不断产生岩屑，微岩芯在钻头体及刀翼的旋转带动下快速旋转并与井底(或井壁)不断高速碰撞，同时井底(或井壁)被刀翼挤压、刮切；因此，现有技术中还存在的技术问题为：钻头体及刀翼与井底(或井壁)高速碰撞，刀翼被快速磨损，机械负荷大热负荷大，而更换钻头劳动强度大。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述技术问题，本发明提供一种循环冷却式微取芯钻头，能够有效地吸收钻头体和刀翼挤压、刮切井底(或井壁)过程中产生的大量热量，迅速冷却钻头体和刀翼。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种循环冷却式微取芯钻头，包括钻头体、设置在钻头体上的刀翼以及设置在钻头体端部的取芯孔，所述钻头体内设有至少一个与所述取芯孔连通的取芯通道，所述钻头体内还设有与所述取芯通道连通的循环冷却通道和冷却装置，所述循环冷却通道包括输出通道和抽吸通道，所述冷却装置包括盛放有冷却液的伸压缸和驱动伸压缸压缩的液压缸，所述伸压缸内设有与所述输出通道对应的输出口和输出阀门以及与所述抽吸通道对应的抽吸口和抽吸阀门，伸压缸内冷却液经输出通道流入至取芯通道，再通过抽吸通道回流至伸压缸内。

本发明在钻头体内设置冷却装置和循环冷却通道，利用液压缸驱动压缩伸压缸，盛放有冷却液的伸压缸受到液压缸驱动力的作用，冷却液首先通过先打开的输出阀门流经输出通道，而输出通道与取芯通道连通，从而冷却液流入至取芯通道内，再通过抽吸通道回流至伸压缸内，通过输出通道、抽吸通道循环流通的冷却液通过热传递可吸收钻头体和刀翼挤压、刮切井底(或井壁)过程中产生的大量热量，迅速冷却钻头体、刀翼；且通过冷却液冷却后的取芯通道可迅速冷却取出的岩芯，避免取出的岩芯钻头体流经钻头体受热容易膨胀裂开，提高岩芯的完整性和岩芯质量。进一步，输出通道和抽吸通道与取芯通道连通，输出通道的出口方向顺着取芯通道的流向方向，抽吸通道的入口方向与取芯通道的流向方向，构成冷却液的循环通道，从而伸压缸通过输出通道射出的高压冷却液迅速通过与取芯孔连通的取芯通道，再通过抽吸通道回流至伸压缸内，根据伯努利原理，向取芯通道方向喷射的高速射流，将使喷射通道及以下的取芯孔处产生负压，取芯孔处的岩芯具有被抽吸的效果，从而易于微岩芯从钻头心部抽吸排出，避免钻头心部的微岩芯不能迅速往外排出而引起挤压和再次破碎，可有效提高微岩芯的完整性和成芯率，形成标准的微岩芯。

进一步，所述伸压缸呈柱状，所述伸压缸的缸壁呈折叠型。有益效果：柱状的伸压缸可盛放较多的冷却液，且折叠型缸壁的伸压缸可实现伸压缸迅速压缩，提高伸压缸内冷却液的初始流速，提高冷却液射向取芯通道方向的射流速度，增强取芯孔处产生的负压而增强抽吸效应。

进一步，所述伸压缸的缸壁采用高碳钢制成。有益效果：碳含量越高的缸壁，弹性效果越好，便于液压缸被外部驱动力迅速压缩后的弹性恢复。

进一步，所述输出通道和所述抽吸通道均设置在所述伸压缸的下端。有益效果：便于伸压缸内冷却液的排出和回流，且减小冷却液重力势能的改变，从而保持较高的流速。

进一步，所述输出通道的出口流向线与所述取芯通道的流向方向线的夹角为145°-180°。有益效果：取芯通道的流向方向线是指微岩芯经取芯通道至岩芯排出口的流动方向，而本申请中输出通道的出口流向线是指冷却液流出输出通道的方向线；通过申请人多次试验，输出通道的出口流向线与取芯通道的流向方向线的夹角为145°-180°，夹角越大，经输出通道射出的高速冷却液流体越容易进入取芯通道，且不会对取芯通道的内壁造成冲击磨损。