申请/专利权人：四川大学;深圳大学

申请日：2018-08-13

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN108930517B

主分类号：E21B10/02

分类号：E21B10/02;E21B10/42;E21B10/60;E21B25/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2018.12.28#实质审查的生效;2018.12.04#公开

摘要：本发明涉及硬岩取芯钻具，包括外芯管和空心钻头，钻头安装在外芯管下端，外芯管和钻头外壁均设有螺旋槽，钻头上的螺旋槽与外芯管上的螺旋槽连续；钻头包括内钻头和外钻头，内钻头安装在外钻头内，内钻头下端有第一级刀片，外钻头外壁有第二级刀片，第一级刀片和第二级刀片处均设有冷却液回路孔。本发明中钻头分为二级刀片，由最下端的刀片首先钻小孔，再由上方的刀片扩孔，可以提高钻进速度，提高取芯效率；在刀片部位均设置冷却液回路孔，冷却液可以通过该通孔喷出来冷却刀片，加快刀片的冷却速度，减少刀具的磨损，延长刀片的寿命；外芯管上有与钻头连续的螺旋槽，随着外芯管旋入岩层，外芯管给取芯工具创造一个密闭空间，可防止保真舱被污染。

主权项：1.硬岩取芯钻具，其特征在于:包括空心的钻头1，所述钻头1包括用于钻孔的第一级刀片2和用于扩孔的第二级刀片3；所述钻头1包括内钻头11和外钻头12，所述内钻头11安装在外钻头12内，第一级刀片2位于内钻头11下端，第二级刀片3位于外钻头12外壁；外钻头12上对应第一级刀片2的位置有第一级刀片避让缺口7，第一级刀片避让缺口7开口于外钻头12的前端面，第一级刀片2的切削刃从第一级刀片避让缺口7处外露于外钻刀体121；还包括外芯管5，所述钻头1安装在外芯管5下端，所述外芯管5和钻头1外壁均设有螺旋槽4，钻头1上的螺旋槽4与外芯管5上的螺旋槽4连续。

全文数据：硬岩取芯钻具技术领域[0001]本发明涉及岩芯钻取设备技术领域，尤其涉及硬岩取芯钻具。背景技术[0002]在油田勘探过程中，岩芯是发现油气层和研究地层、生油层、储油层、盖层、构造等的重要资料，通过对岩芯的观察研究，可以直接地了解地下岩层的岩性、物性和含油、气、水产状特征。油田投入开发后，要通过岩芯进一步研宄和认识油层沉积特征，储层的物性、孔隙结构、润湿性、相对渗透率、岩相特征，油层物理模拟和油层水淹规律;认识和掌握不同开发阶段、不同含水阶段油层水淹特征，搞清剩余油分布，为油田开发方案设计，层系、井网调整和加密井提供科学依据。[00031取岩芯是在钻井过程中使用特殊的取芯工具把地下岩石成块地取到地面上来，这种成块的岩石叫做岩芯，通过它可以测定岩石的各种性质，直观地研宄地下构造和岩石沉积环境，了解其中的流体性质等。在矿产勘探和开发过程中，需要按地质设计的地层层位和深度，开展钻进工作，向井内下入取芯工具，钻取出的岩石样品。[0004]而钻具是取岩芯必不可少的工具，现有的取芯钻头，钻进速度较慢，取芯效率低；此外，取芯钻头的刀片冷却速度慢，刀具的磨损快，刀片的使用寿命短。发明内容[0005]本发明旨在提供硬岩取芯钻具，其钻头具有二级刀片，可以提高钻进速度，提高取芯效率;通过设置冷却液回路孔可以加速冷却刀片，延长刀片的使用寿命。[0006]为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：[0007]硬岩取芯钻具，包括空心的钻头，所述钻头包括用于钻孔的第一级刀片和用于扩孔的第二级刀片。[0008]进一步的，所述钻头包括内钻头和外钻头，所述内钻头安装在外钻头内，第一级刀片位于内钻头下端，第二级刀片位于外钻头外壁。[0009]进一步的，外钻头上对应第一级刀片的位置有第一级刀片避让缺口，第一级刀片避让缺口开口于外钻头的前端面。[0010]进一步的，硬岩取芯钻具还包括外芯管，所述钻头安装在外芯管下端，所述外芯管和钻头外壁均设有螺旋槽，钻头上的螺旋槽与外芯管上的螺旋槽连续。[0011]优选地，所述第一级刀片在圆周方向等间隔设有三个。[0012]优选地，第二级刀片在圆周方向等间隔设有三个。[0013]进一步的，钻头上第一级刀片和第二级刀片处均设有冷却液回路孔。[0014]优选地，第二级刀片处的冷却液回路孔为条形孔。[0015]优选地，第一级刀片处的冷却液回路孔为弧形孔，弧形孔开口于钻头的前端面。[0016]进一步的，钻头内壁设有密封圈，利用高弹性的环向密封圈，实现取芯过程中对岩芯的包裹，达到隔尚保质效果，达到保湿、保质目标。[0017]其中，钻头为PCD刀具。[0018]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：[0019]1，本发明中钻头分为二级刀片，由最下端的刀片首先钻小孔，再由上方的刀片扩孔，可以提高钻进速度，提高取芯效率;利用硬质合金锐口薄唇钻头切割岩层，减少取芯过程对地层的扰动，保证取芯完整度和质量；[0020]2,在刀片部位均设置通孔作为冷却液回路孔，冷却液可以通过该通孔喷出来冷却刀片，加快刀片的冷却速度，减少刀具的磨损，延长刀片的寿命；[0021]3，在外芯管的外壁设置有与钻头连续的螺旋槽，随着外芯管旋入岩层，外芯管给取芯工具创造一个密闭空间，可防止保真舱被污染；[0022]4,钻头内壁设有密封圈，利用高弹性的环向密封圈，实现取芯过程中对岩芯的包裹，达到隔离保质效果，达到保湿、保质目标。附图说明[0023]图1是钻头的结构示意图；[0024]图2是外钻刀体的结构示意图；[0025]图3是内钻刀体的结构示意图；[0026]图4是钻头安装在外芯管上时的结构示意图；[0027]图中：1_钻头、2-第一级刀片、3-第二级刀片、4-螺旋槽、5-外芯管、6-冷却液回路孔、7-第一级刀片避让缺口、8-密封圈、11-内钻头、12-外钻头、111-内钻刀体、U2-第一级刀片安装槽、121-外钻刀体、122-第二级刀片安装槽。具体实施方式[0028]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。[0029]如图1、2、3所不，本发明公开的硬岩取芯钻具，包括空心的钻头1，钻头丨为?〇刀具。钻头1包括用于钻孔的第一级刀片2和用于扩孔的第二级刀片3。[0030]钻头1包括内钻头11和外钻头12,内钻头11包括第一级刀片2和空心的内钻刀体111。如图3所不，内钻刀体111下端有用于安装第一级刀片2的第一级刀片安装槽1丨2，第一级刀片安装槽112开口于内钻刀体111的下端面，内钻刀体ill上第一级刀片安装槽112处有冷却液回路孔6,该冷却液回路孔6为弧形孔，弧形孔开口于钻头1的前端面并且与第一级刀片安装槽II2连通。内钻刀体111上在圆周方向等间隔设有三个第一级刀片安装槽112,每个第一级刀片安装槽II2处均设有冷却液回路孔6,每个第一级刀片安装槽112中均安装有第一级刀片2。内钻刀体111内壁设有密封圈8,利用高弹性的环向密封圈，实现取芯过程中对岩芯的包裹，达到隔离保质效果，达到保湿、保质目标。[0031]外钻头12包括第二级刀片3和空心的外钻刀体121。如图2所示，第二级刀片3外壁有用于安装第二级刀片3的第二级刀片安装槽122,外钻刀体121上第二级刀片安装槽122处有冷却液回路孔6,该冷却液回路孔6为条形孔，条形孔与第二级刀片安装槽122连通。外钻刀体121上在圆周方向等间隔设有三个第二级刀片安装槽122,每个第二级刀片安装槽。〗处均设有冷却液回路孔6,每个第二级刀片安装槽122中均安装有第二级刀片3。[0032]内钻头11安装在外钻头12内，外钻刀体121上对应第一级刀片2的位置有第一级刀片避让缺口7，第一级刀片避让缺口7开口于外钻头12的前端面，第一级刀片2的切削刃从第一级刀片避让缺口7处外露于外钻刀体121。本实施方式中刀片的厚度为3.2mm。[0033]本发明中钻头分为二级刀片，由最下端的第一级刀片2首先钻小孔，再由上方的第二级刀片3扩孔，可以提高钻进速度。在刀片部位均设置通孔作为冷却液回路孔6,冷却液可以通过该通孔喷出，来冷却刀片。本发明利用硬质合金锐口薄唇钻头切割岩层，减少取芯过程对地层的扰动，保证取芯完整度和质量。[0034]如图4所示，在另一个实施例中硬岩取芯钻具还包括外芯管5,钻头1安装在外芯管5下端，外钻刀体121的上端与外芯管5的下端连接，外芯管5和外钻刀体121外壁均设有螺旋槽4,外钻刀体121上的螺旋槽4与外芯管5上的螺旋槽4连续。外壁设置螺旋槽4的外芯管5相当于螺旋外钻，随着外芯管5旋入岩层，外芯管5给取芯工具创造一个密闭空间，密封圈8在取芯过程中对岩芯的包裹，防止保真舱被污染。[0035]当然，本发明还可有其它多种实施方式，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

权利要求：1.硬岩取芯钻具，其特征在于:包括空心的钻头（1，所述钻头（1包括用于钻孔的第一级刀片⑵和用于扩孔的第二级刀片3。2.根据权利要求1所述的硬岩取芯钻具，其特征在于:所述钻头（1包括内钻头（11和外钻头（12，所述内钻头（11安装在外钻头（12内，第一级刀片2位于内钻头（11下端，第二级刀片3位于外钻头12外壁。3.根据权利要求2所述的硬岩取芯钻具，其特征在于：外钻头（12上对应第一级刀片2的位置有第一级刀片避让缺口（7，第一级刀片避让缺口（7开口于外钻头（12的前端面。4.根据权利要求1或2所述的硬岩取芯钻具，其特征在于:还包括外芯管（5，所述钻头1安装在外芯管⑸下端，所述外芯管⑸和钻头（1外壁均设有螺旋槽⑷，钻头（1上的螺旋槽⑷与外芯管⑸上的螺旋槽⑷连续。5.根据权利要求1、2或3所述的硬岩取芯钻具，其特征在于:所述第一级刀片2在圆周方向等间隔设有三个。6.根据权利要求1或2所述的硬岩取芯钻具，其特征在于:第二级刀片3在圆周方向等间隔设有三个。7.根据权利要求1或2所述的硬岩取芯钻具，其特征在于:钻头（1上第一级刀片2和第二级刀片03处均设有冷却液回路孔¢3。8.根据权利要求7所述的硬岩取芯钻具，其特征在于：第二级刀片3处的冷却液回路孔⑹为条形孔，第一级刀片⑵处的冷却液回路孔⑹为弧形孔，弧形孔开口于钻头⑴的前端面。9.根据权利要求1或2所述的硬岩取芯钻具，其特征在于:钻头（1内壁设有密封圈⑻。10.根据权利要求1或2所述的硬岩取芯钻具，其特征在于:钻头⑴为PCD刀具。

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