[发明专利]复杂地层双隔自锁式三层管绳索取心钻具

说明书

本发明涉及一种复杂地层双隔自锁式三层管绳索取心钻具，它是在现有的S95绳索取心钻具基础上改造而成，保留了原S95绳索取心钻具的铰链式矛头机构、弹卡定位机构、到位报信机构、悬挂机构、单动机构、内管保护机构、内管调节机构、内管扶正机构，对原S95钻具的岩心堵塞报信机构、单向球阀部分、内管部分、岩心提断器、钻头五个部分的结构进行了技术升级改造。本发明在内管内设置衬管封隔卡簧或发夹的夹头，避免卡簧或发夹的夹头对软弱松散岩心进入衬管的扰动和阻拦，有利于保持岩心的原状性，降低堵心几率；经过改良常规底喷钻头的水路设计，既能有效封隔冲洗液对岩心的冲刷，又能提高清洗钻头唇面岩粉效果。

技术领域

本发明涉及绳索取心钻具的改进技术(钻探取心技术)，特别是一种复杂地层双隔自锁式三层管绳索取心钻具，可广泛应用于矿山地质、工程地质、水文地质、环境地质等勘察部门的岩心钻探。

背景技术

传统的绳索取心钻具是双管单动钻进，采用卡簧自锁方式在提动钻具时卡取岩心。对于坚硬完整或一般裂隙地层，该钻具能够满足常规地质钻探的岩心质量要求，一般岩心采取率可达到90％以上；但是，对于节理发育、松散破碎、水敏性强的复杂地层，采用该钻具取心时，要想满足岩心质量要求则是非常困难。

传统的绳索取心钻具在软弱松散地层钻进中主要存在两个问题：一是岩心提断器中的卡簧和挡圈对岩心进入内管有一定的阻碍，该处是钻进堵心、磨心的关键部位，严重影响回次进尺量、岩心采取率及钻进效率。二是钻孔冲洗液从钻具内外管总成间隙流经钻头内水槽直接冲刷岩心，导致岩心被冲蚀或失去原状性，取出的岩心样品不具有代表性，影响人们对矿产资源或地层情况的正确分析和评价。

传统的绳索取心钻进工艺以其钻进效率高、钻孔质量好等诸多优越性，在国内外得到普遍应用。人们看好绳索取心钻进工艺的优势，为解决复杂地层取心质量问题，研制出以液动锤、反循环、半合管、爪簧、拦簧、隔水钻头等不同构件组合的众多绳索取心钻具。其目的不外乎：避免冲洗液对岩心的冲刷，保护岩心的原状性；提高钻具在复杂工况条件下的单动性，避免外管回转力作用岩心容纳管磨耗岩心；降低岩心容纳管内壁的摩擦系数，减轻钻进中不断增量的岩心进入岩心容纳管的摩擦阻力；对钻具施以高频振动，解除岩心的堵、卡应力；改变冲洗液的循环方式，避免岩屑、岩块自重下沉的挤压力对岩心容纳管内壁所产生的摩擦阻力。这些不同功能、目的的绳索取心钻具，对地层条件、钻孔口径及深度具有苛刻的选择性或局限性，对钻探设备、钻孔冲洗液等技术条件附有一定的特别要求。尽管在某些钻探领域解决了一些复杂地层取心质量问题，但是未能从根本上解决岩心提断器的卡心构件对岩心进入岩心容纳管的阻碍问题。现有隔水钻头大多采用底喷式结构，虽然能有效封隔冲洗液对岩心的冲刷，但是钻头唇面克取的部分岩粉未能及时被冲洗液清除，以至于钻头发生“泥垫”现象，降低了钻进效率。总观现有复杂地层绳索取心钻具，因各自功能结构问题仍然难以得到普及应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种复杂地层双隔自锁式三层管绳索取心钻具。该钻具是在传统的S95绳索取心钻具基础上改进而成，保留了原S95绳索取心钻具的铰链式矛头机构1、弹卡定位机构2、到位报信机构3、悬挂机构4、单动机构12、内管保护机构14、内管调节机构19、内管扶正机构35，对原S95钻具的岩心堵塞报信机构、单向球阀部分、内管部分、岩心提断器、钻头，五个部分的结构进行了技术升级改造，解决了绳索取心钻进工艺在复杂地层应用中，所谓“双隔”——“隔水”“隔卡”的关键技术问题。