[發明專利]帶壓濕鉆取心鉆頭

有效

• 申請號: 201310104712.3
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN103195385A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 張廣清
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（北京）
• 主分類號: E21B25/12
• 分類號: E21B25/12;E21B10/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種巖土工程和石油工程巖樣取心鉆頭，特別是一種帶壓濕鉆取心鉆頭。

背景技術

在巖土工程中，巖石力學性質是工程設計最基本的數據，往往要通過大量力學實驗獲得工程巖石的力學參數，而巖樣的鉆取是整個過程的第一步，也是影響實驗數據有效性的第一步。由此引出一個問題：取心過程一定包含損傷，這些損傷對后期參數測量有一定的影響，對于一些堅硬或高強度巖石，這一影響可以忽略不記。而對于一些弱膠結、層狀或裂縫性巖石，取心成功率極低，即便獲得完整的巖心，損傷的影響也極大地改變了巖心的性質。

發明內容

本發明即針對上述缺陷，提供一種解決取心過程因壓力釋放以及巖心壁面摩擦引起損傷的帶壓濕鉆取心鉆頭。

為了實現上述目的，本發明的第一方面提供一種帶壓濕鉆取心鉆頭。

按照本發明第一方面的帶壓濕鉆取心鉆頭包括鉆頭柱、鉆頭、旋轉接頭、活塞、彈簧，鉆頭柱下方與鉆頭連接，鉆頭柱內嵌裝旋轉接頭，活塞與彈簧連接，鉆頭柱內包括巖心夾持腔，旋轉接頭下部與巖心夾持腔接觸，活塞與彈簧置于巖心夾持腔內下部，活塞與巖心接觸。

優選的是，所述巖心夾持腔包括排液口。

優選的是，所述巖心夾持腔包括進液口。

優選的是，所述巖心夾持腔的進液口位于巖心夾持腔的頂部。

優選的是，所述巖心夾持腔內包括液壓腔。

優選的是，所述巖心夾持腔下部外側有一圈凸起，用于保證巖心與鉆頭的軸心線重合。

優選的是，所述液壓腔內的液體為煤油。

優選的是，所述液壓腔內的液體為柴油。

優選的是，所述液壓腔內的液體為礦物油。

優選的是，所述液壓腔內的液體為針對巖石性質專門設計配制的取心介質。

優選的是，所述活塞包括限壓活塞，所述限壓活塞內開有槽口，用于限制巖心夾持腔內壓力過高，保證安全鉆取。

優選的是，所述活塞包括小活塞，所述小活塞的形狀為圓柱形，用于維持巖心夾持腔內的壓力。

優選的是，所述巖心夾持腔內包括限壓結構，該限壓結構包括彈簧和小活塞，所述限壓結構的位移和彈簧剛度決定限壓值的大小。

優選的是，所述小活塞位于限壓活塞的槽口內，小活塞與限壓活塞為過渡配合。

優選的是，所述液壓腔內的壓力通過限壓結構維持在一定數值范圍內。

優選的是，所述液壓腔的壓力范圍為5-10atm。

優選的是，鉆頭柱與活塞通過螺紋連接。

優選的是，鉆頭柱與活塞為間隙配合。

優選的是，鉆頭柱包括直徑不同的兩段柱體。

優選的是，旋轉接頭嵌裝在鉆頭柱的直徑較大的柱體內。

優選的是，所述旋轉接頭包括旋轉部分和非旋轉部分。

優選的是，所述旋轉接頭的旋轉部分與鉆頭柱接觸。

優選的是，所述旋轉接頭的非旋轉部分與所述巖心夾持腔接觸。

本發明第一方面的帶壓濕鉆取心鉆頭的裝配步驟是：

1.在巖心夾持腔內注入液體；

2.將活塞壓入巖心夾持腔；

3.將上一步驟中的巖心夾持腔放入鉆頭柱內腔中，頂住旋轉接頭；

4.將鉆頭安裝/裝配到鉆頭柱的下方。

本發明第一方面的帶壓濕鉆取心鉆頭的工作方式是：將裝配好的帶壓濕鉆取心鉆頭置于待取心的巖體上，從鉆頭柱頂端注入取心液，進入鉆頭柱的取心液充入鉆頭柱內巖心夾持腔外部的空隙；液壓腔下部的限壓結構在液壓推動下通過限壓活塞與巖石接觸，此時旋轉鉆頭柱，則鉆頭柱下方的鉆頭在鉆頭柱的帶動下旋轉切削巖石，隨著切削量增加，鉆頭及鉆頭柱不斷向巖體內深入，則鉆頭柱內的旋轉接頭也帶動巖心夾持腔向下移動，在旋轉接頭和巖心的壓力下，液壓腔內的液體被壓縮，液體壓力升高，位于巖心夾持腔下部的限壓活塞和小活塞被迫向下移動，小活塞下部的彈簧則阻礙活塞移動，因此液壓腔內的壓力緩慢升高，當液壓腔內的壓力達到預定值時，彈簧變形量也達到預定值，所述彈簧變形量的預定值促使限壓活塞的位置低于排液口的位置，因而液體從排液口排出，液體壓力下降，鉆頭不再向下移動鉆取巖心；當液壓低于一定值后，彈簧變形量減小，彈簧彈力也隨之減小，因此限壓活塞向上運動，限壓活塞的位置高于排液口，因而液壓腔重新變成密閉狀態。