[发明专利]快速出心式取心钻头

说明书

本发明涉及取心钻头技术领域，是一种快速出心式取心钻头，其包括取心外筒，取心外筒下端外侧通过螺纹连接有钻头本体，钻头本体下端外侧沿圆周固定安装有刀翼，刀翼外侧固定安装有尺寸不同的PDC齿，取心外筒内侧设有取心内筒。本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过设置尺寸不同的PDC齿，大、小齿优势互补，能兼顾取心钻头的侵入能力、攻击性和破岩效率，提高取心钻头工作稳定性，延长钻头使用寿命、提高钻头导向能力、增强取心钻头的地层适应性，特别是软硬交错地层的钻进性能，通过将取心内筒、内筒短节下端设置便于拆卸的连接短节和引导头，可快速取心，具有安全、省力、简便和高效的特点。

技术领域

本发明涉及取心钻头技术领域，是一种快速出心式取心钻头。

背景技术

目前PDC钻头是石油天然气钻井取心工程中使用得最多的破岩工具之一。PDC钻头多设计成刀翼式结构形式，PDC齿布置在钻头体的刀翼冠部上，刀翼之间形成钻头的水力流道。PDC齿由聚晶金刚石层和硬质合金基座复合而成，聚晶金刚石层具有金刚石的高硬度和高耐磨性，但也有一定的脆性。PDC齿一般为圆柱状，PDC钻头破岩工作时，靠钻压将PDC齿压入（侵入）地层，在钻头体的旋转带动下刮切破碎岩石。一般来说，PDC齿尺寸（指圆柱的直径大小）越小，越容易侵入地层。但PDC齿尺寸越小刮切时的刮切破岩量越小，齿的覆盖面积也越小。因此，在较软的地层中钻进时，一般采用较大尺寸的PDC齿，以增大PDC齿的刮切破岩量，进而提高软地层的钻进效率；在硬地层中钻进时，一般采用较小尺寸的PDC齿，增强PDC齿侵入地层的能力和深度，以提高钻井速度。

由于PDC齿的聚晶金刚石层有一定的脆性，大尺寸PDC齿的金刚石量和可磨损高度大于小尺寸的PDC齿，但大尺寸PDC齿的抗冲性能弱于小尺寸PDC齿。在较硬地层中钻进时，由于地层硬，PDC齿难以侵入地层，地层对PDC齿的冲击损坏大，因此硬地层中一般选用较小尺寸的PDC齿。但小尺寸的PDC齿的可磨损高度较小，PDC齿的金刚石含量较少，耐磨寿命相对短。这就是硬地层中PDC齿选用的矛盾。

取心钻进时往往不是在相对单一岩性的地层中钻进，有时钻进过程中须穿过多种软硬不同、岩性变化的地层。由于PDC齿有一定的脆性，其地层适应性相对较差，地层变化时，会带来PDC齿的损坏或钻头钻进速度的降低等不适应情况的产生，进而造成单趟取心进尺低的情况出现。

在进行取心作业时，先拆卸外筒与内筒总成，提出内筒总成后卸松内筒总成下部的岩心抓心机构，将内筒总成移至坡道或钻台前方进行出心作业，取心过程费时费力，在钻遇深部难钻、松散、破碎地层时，岩心破碎不成形，出心时需要敲击内筒，加剧岩心的破碎，也为后期岩心选样带来了困难。

发明内容

本发明提供了一种快速出心式取心钻头，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有，PDC钻头PDC齿选用矛盾的问题以及取心存在的费时费力、施工效率较低、存在安全隐患的问题。

本发明的技术方案是通过以下措施来实现的：一种快速出心式取心钻头，包括取心外筒，取心外筒下端外侧通过螺纹连接有钻头本体，钻头本体下端外侧沿圆周固定安装有刀翼，刀翼外侧固定安装有尺寸不同的PDC齿，取心外筒内侧设有取心内筒，取心内筒下端外侧固定安装有下部位于取心外筒下方的内筒短节，对应取心内筒下方位置的内筒短节下部外侧与钻头本体内侧之间固定安装有连接短节，连接短节下部内侧通过固定件连接有引导头，引导头内侧固定安装有岩心爪。

下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：

上述PDC齿的设置方式可为大尺寸的齿与小尺寸齿相间设置。

上述还可包括弹簧，钻头上部内侧设有内径依次减小的第一内环槽、第二内环槽和第三内环槽，连接短节位于第一内环槽内，对应第一内环槽下侧位置的引导头下端外侧设有安装环槽，安装环槽上侧与第二内环槽下侧之间设有套装在引导头外侧的弹簧，引导头下端位于第三内环槽内。