[发明专利]一种壳式包裹防卡钻取心钻头

说明书

一种壳式包裹防卡钻取心钻头，通过螺纹配合与钻杆连接，由螺纹管头、芯轴底座、定位销、取心本体、瓣式壳体和翻转轴构成。钻头钻进时，瓣式壳体被定位销锁住，并与取心本体组成“双层碗”模式，在对地层岩石破碎过程中岩心进入取心本体内腔。定位销解锁瓣式壳体后，瓣式壳体180度翻转，与取心本体组成“非等径球体”模式，并利用其环状复合金刚石刮削片完成对岩心的切割截取操作。取心本体和瓣式壳体的特有结构及瓣式壳体两瓣壳体的分体翻转，不仅能够环切岩石实现取心和护心，还具有抗冲击性能，可以有效解决沉砂、井塌、落物、砂桥及泥包卡钻的问题，能较好地适应软、中、硬地层，具有较高的工程实际应用价值。

技术领域

本发明涉及一种壳式包裹防卡钻取心钻头，即一种通过螺纹连接于钻杆的钻井工具，属于钻采装备制造技术领域。

背景技术

岩心是油田宝贵的基础资料。通过对岩心的观察研究，可以直接了解地下岩层的岩性、物性和含油、气、水产状特征。油田钻井所用取心钻头，是环空旋转破碎井底岩石，在中心部位形成岩心柱的关键工具。取心钻头的种类很多,在结构上差别也很大。目前，根据破岩方式取心钻头分为切削型、微切削型和研磨型3种类型；根据破碎岩石主体结构分为牙轮、刮刀和筒状取心钻头。钻头钻进和上提过程中，为减少和避免由于沉砂、井塌、落物、砂桥、泥包等各种原因产生的卡钻问题，研究和设计一种有利于形成岩心并保护岩心，同时可以实现有效解卡的钻头，在油田钻井和录井工程中具有实际应用价值。

发明内容

以有利于形成岩心、保护及取出岩心为主线，结合卡钻形成的原因，本发明提供一种壳式包裹防卡钻取心钻头，是一种既能够环切岩石实现取心和护心，同时具有抗冲击性能的防卡钻钻头，可以有效解决沉砂、井塌、落物、砂桥及泥包卡钻的问题，较好地适应软、中、硬地层。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在钻杆端部安装壳式包裹防卡钻取心钻头。该钻头由螺纹管头、芯轴底座、定位销、取心本体、瓣式壳体和翻转轴构成。钻头钻进过程中，瓣式壳体由定位销卡位固定于芯轴底座，取心本体与瓣式壳体呈内、外双层半球体的“双层碗”模式，并以芯轴底座的芯杆为轴随芯轴底座做同轴360度旋转，实现对地层岩石的破碎，岩心进入半球缺状的取心本体内腔。定位销解锁瓣式壳体后，瓣式壳体在翻转轴控制下实现180度翻转，并在翻转中以瓣式壳体的环状复合金刚石刮削片完成对岩心的切割截取操作，并将包裹在由小径半球体的取心本体与大径半球体的瓣式壳体构成的封闭空间中的岩心保护起来，即“非等径球体”模式下完成取心和护心操作。瓣式壳体在被定位销卡位锁住以及解锁阶段，其半球弧面外表面以及弧面上的磨削齿分别在钻头上提和钻进中对与其表面接触的地层岩石和落物起到切削和磨削的作用。而且，定位销对瓣式壳体解锁后，瓣式壳体的两瓣壳体在分体翻转过程中对附着于其上的沉砂、落物、砂桥以及泥等物质进行刮削和抛甩，进而实现解卡。

上述螺纹管头与钻杆的螺纹配合用于连接钻铤和钻头，内部中空，垂直投影面呈圆环。

上述芯轴底座是一侧端面中心一体化成型有芯杆的圆柱体，芯杆与圆柱体底座端面垂直。圆柱体底座另一侧端面与螺纹管头的圆环面一体化连接。圆柱体底座上均匀分布有若干个作为钻井液等液体流动通道的贯穿性液流孔，孔口的形状呈圆形、方形或异形。当钻井液的液体经钻杆内部中空通道流经螺纹管头内腔，再经贯穿性液流孔沿瓣式壳体或取心本体的外表面流入井底，避免了钻井液等流体对取心本体采集的岩心进行直接冲击和腐蚀。圆柱体底座上均匀分布有非贯穿性销槽，销槽槽口与芯杆处于圆柱体底座同侧端面，销槽数量及其断面形状与定位销相匹配。芯轴底座销槽内腔具有多个卡位，对定位销起到滑位和定位作用。