[发明专利]贯通式潜孔锤反循环连续取心钻头

说明书

本发明涉及一种主要用于钻探的贯通式潜孔锤反循环连续取心钻探机具。

现有加拿大发明的Center    Sample    Recovery的目的是反循环钻进采取岩样，其反循环的形成主要是靠钻杆与孔壁的级配，使外环阻力增大，迫使流体形成反循环，且潜孔锤部位仍是正循环，而且不能获取柱状岩心。在实际工作中，钻孔孔径因需要而不同，尤其是较大口径钻孔就难以依靠钻杆直径的增大来实现反循环。就澳大利亚专利AU-A-10189188中公开了一种反循环潜孔锤冲击器及其钻头，是依靠外环隙封隔器和钻头结构实现反循环，也只能连续采取岩样，而不能连续采取柱状岩心，且封隔器易磨损，同时也受孔径变化的影响。

本发明的目的就在于避免上述现有技术中的不足之处而提供一种配合贯通式潜孔锤实现反循环连续采取柱状岩心的钻头，克服反循环钻进钻孔孔径受钻杆直径限制和外环隙封隔器易磨损的缺点。

本发明是通过钻头的设计和结构来实现，尤其是钻头上部设有泄风槽1，密封槽2，卡槽3，芯管内孔5，在中部设有圆柱面8，环槽10，上锥面20和台肩面21，在下部设有密封台阶11，取心偏心孔12，扩散槽13，外缘隔壁14，底唇锥面15。

本发明还可以通过以下措施来实现：取心偏心孔12的几何中心与中心通道6的几何中心之间至少有5°以上夹角，取心偏心孔12的长度大于100mm，且绕钻头几何中心旋转，泄风槽1和底喷排风孔7各至少设3个，底喷排风孔7的直径与中心通道6的直径比例为3∶1，外缘隔壁14设在底喷排风孔7的外缘与底唇锥面15之间，底喷排风孔7的底喷口出露在扩散槽13的斜面上;合金柱齿9垂直嵌入上锥面20，起稳定钻头和提钻解卡作用;扩散槽13的位置由取心偏心孔12的几何中心与底喷排风孔7的中心连线确定，该连线为扩散槽13的中心线，扩散槽13至少有3个以上槽向钻头唇面中心内侧倾斜，其倾角至少5°，并以非正十字形式或非正三边形式径向分布在取心偏心孔12的周围。

经近300m钻进试验，配合CN2048509U中公开的贯通式风动潜孔锤，实现了反循环连续取心钻进，进尺与取心同步完成，在白云质灰岩中钻进平均每小时进尺4-6m，岩心采取率98%以上。与普通潜孔锤正循环钻进相比，台月效率提高4.8倍，每米进尺成本降低30-40%。并能及时迅速获取柱状岩心，随时掌握地层变化，判层及时准确，岩心纯洁性好。对复杂易坍地层双壁钻杆既为套管，可保持孔壁稳定，冲洗介质与孔壁无接触，避免了对孔壁的冲蚀。既使在漏失、溶洞地层钻进，排屑也不受影响，始终保持孔内整洁，有效地解决了岩心卡塞和大口径排屑难的问题。较大口径钻孔亦可一径成孔，用一台空压机即可实现，节省了设备投资。

附图的图面说明：

图1为贯通式潜孔锤反循环连续取心钻头侧视剖面图：1泄风槽，2密封槽，3卡槽，4花键，5芯管内孔，6中心通道，7底喷排风孔，8圆柱面，9合金柱齿，10环槽，11密封台阶，12取心偏心孔，13扩散槽，14外缘隔壁，15底唇锥面，16底唇，17、18、19合金柱齿，20上锥面，21台肩面。

图2和图3为贯通式潜孔锤反循环连续取心钻头底部仰视图。

本发明下面将结合实施例和附图作进一步详述：压缩空气由双壁钻杆的环状间隙送入，驱动潜孔锤工作，工作后的废气经泄风槽1排入底喷排风孔7形成射流，在喷出口附近形成负压区，对外环隙形成一定的抽吸力，气流遇外缘隔壁14和孔底锥形岩面发生反射，沿向钻头唇面中心内侧倾斜的扩散槽13进入取心偏心孔12和中心通道6，从而形成反循环。密封槽2和芯管内孔5与冲击器芯管相配合，提钻状态钻头向下滑出，钻进时冲击器芯管插入芯管内孔5中，在密封槽2内设有O形密封圈，以实现中心通道6与冲击器工作腔室间的密封。卡槽3用以放置半圆卡对钻头轴向限位，同时在钻具提拉时悬挂钻头。花键4与冲击器花键套配合，轴向可自由伸缩，圆周方向传递回转扭矩。中心通道6是柱状岩心排出地表的贯通孔，其直径与底喷排风孔7的直径比例为3∶1，底喷排风孔7的喷出口设在扩散槽13的斜面上。圆柱面8和台肩面21与冲击器花键套配合，使冲击器腔室与钻孔相隔离，轴心压力由冲击器花键套作用于台肩面21后传给钻头作用面。合金柱齿9垂直嵌入上锥面20，起稳定钻头和保持孔径及提钻时扫孔解卡作用。在密封台阶11两侧各设一个环槽10，在钻进中起密封和积留岩粉作用，形成自然的弹塑性岩粉密封圈，可随孔径自动补偿变化，对外环隙起到进一步封隔作用。取心偏心孔12的长度为115mm，其几何中心与中心通道6的几何中心之间有6°夹角，并绕同一旋转中心旋转;取心偏心孔12在孔底扫过的面积大于贯通钻孔断面积，有利于冷却钻头和排出岩屑，又可使岩心与取心偏心孔12呈相切状态，保持最大通屑粒经，减少气体流动阻力，利于反循环形成。附图2和附图3显示，扩散槽13至少有三个槽向钻头唇面中心内侧倾斜，其倾角6°，并以非正十字形式或非正三边形式径向分布在取心偏心孔12的周围，扩散槽13的位置由取心偏心孔12的几何中心与底喷排风孔7的中心连线确定，该连线为扩散槽13的中心线，扩散槽13的宽度略大于底喷排风孔7的直径，扩散槽13起导流、扩散和压力恢复作用，当气体进入扩散槽13后体积逐渐变大，流速变低，压力升高，遇外缘隔壁14和孔底锥形岩面发生反射，以利于进入取心偏心孔12。外缘台肩14设在底喷排风孔7的外缘与底唇锥面15之间。合金柱齿18垂直嵌入底唇锥面15上，得到所要求的外出刃，使钻孔底部造成锥形岩面。底唇16面上嵌有若干个合金柱齿17，其分布按常规布齿原则设定。合金柱齿19镶在取心偏心孔12距钻头几何中心最近的侧壁上，由合金柱齿19决定岩心直径。