[發明專利]一種抽吸式微取芯鉆探鉆頭

有效

• 申請號: 201610181050.3
• 申請日: 2016-03-28
• 公開（公告）號: CN105672890B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 張亮;楊迎新;李舒;況雨春;王磊;陳煉;曾德發;鄭耀東
• 申請（專利權）人: 四川深遠石油鉆井工具股份有限公司;西南石油大學
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/60;E21B25/00
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙)51223
• 代理人: 徐豐

技術領域

本發明涉及鉆探機具領域，具體而言，涉及一種抽吸式微取芯鉆探鉆頭。

背景技術

在石油、地質勘探中，為了解地層地質情況，需要對所鉆地層進行巖石取樣，以測定地層內的礦物組分情況和地層巖石性質參數等地質分析。巖心樣本的獲取質量和收獲率，將直接影響地質分析的準確性。

公告號為CN 203114180 U及CN 203499567 U的專利文獻，分別公開了一種微取芯鉆頭和自斷式微取芯鉆頭。兩專利文獻的鉆頭心部設置有敞開式的取芯槽，敞開式的取芯槽直接與鉆頭刀翼間的巖屑排放槽連接，鉆頭鉆進過程中從心部形成的巖芯柱被折斷后，由鉆井液流體通過刀翼間加深了的的巖屑排放槽排出、送離井底并攜帶上返至地面。上述專利文獻及現有技術的微取芯鉆頭存在巖芯成芯質量差（巖芯碎小或無法成芯）導致巖芯獲取率低的問題。其主要原因是：①現有微取芯鉆頭的鉆井液噴孔均設置在鉆頭心部的周圍，鉆井液噴孔的出口方向指向井底，微取芯鉆頭中心部位形成的巖芯柱被折斷后形成微巖芯，由于周圍的鉆井液噴孔都在同時向井底噴射高速流體，噴孔向鉆頭中心形成漫流，甚至形成渦流。心部的微巖芯在漫流或渦流的作用下難以迅速地從鉆頭中心往外運移，這將導致微巖芯在鉆頭不斷往下進尺鉆進作用下被擠壓，發生再次破碎，難以形成完整的微巖芯。②現有微取芯鉆頭的微巖芯排出槽由刀翼間的流道槽自然形成，也就是刀翼間開放式的排屑槽。鉆頭心部產生的微巖芯運移至排屑槽后，開放式的排屑槽一側為井底（或井壁），鉆頭在旋轉鉆進過程中，刀翼刮切破碎井底巖石鉆進，并不斷產生巖屑，微巖芯在鉆頭體及刀翼的旋轉帶動下相對未被破碎的井底（或井壁）快速旋轉，與井底（或井壁）不斷碰撞，并被刀翼擠壓、刮切。微巖芯在流經開放式的排屑槽過程中會受損破碎，難以成型。

另外，開放式的微巖芯排出槽是將刀翼間的排屑槽加深和（或）加寬形成的，這將占據鉆頭上有限而寶貴的空間，影響刀翼結構設計和鉆頭冠部布齒設計的同時，還會影響鉆頭的井底流場。排屑槽的加深和（或）加寬也將影響鉆頭體及刀翼的強度和剛性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種抽吸式微取芯鉆探鉆頭，以解決現有的微取芯鉆頭的取芯質量差、收獲率低的問題。

為實現本發明目的，采用的技術方案為：一種抽吸式微取芯鉆探鉆頭，包括鉆頭體、刀翼，鉆頭體端部的中部開設有取芯孔，其特征在于，鉆頭體內在取芯孔上部設置有至少一個與取芯孔連通的排芯通道，排芯通道有排芯出口；鉆頭體內還設置有至少一個與排芯通道連通的噴射通道，噴射通道與鉆頭內流道連通，噴射通道的出口方向順著排芯通道的流向方向，噴射通道的出口流向線與排芯通道的流向方向線的夾角為鈍角或平角。

排芯通道的流向是指從取芯孔經排芯通道至排芯出口的流體流動方向。流向線是指流體流動時主流流體的流動的方向線。鉆頭的內流道即為鉆頭內部供鉆井液流通的通道。

噴射通道的出口方向順著排芯通道的流向方向，噴射通道的出口流向線與排芯通道的流向方向線的夾角為鈍角或平角，能保證流體從噴射通道噴出時，噴出的流體將會沿著排芯通道流向排芯出口，而不會導致噴出的流體沖向取芯孔。

進一步地，噴射通道的出口流向線與排芯通道的流向方向線的夾角為110~180°。更進一步地，噴射通道的出口流向線與排芯通道的流向方向線的夾角為135~180°。

噴射通道的出口流向線與排芯通道的流向方向線的夾角越大，噴射通道噴出的高速鉆井液流體越容易進入排芯通道并從排芯通道的排芯出口排出。噴射通道與排芯通道連通交匯，從噴射通道噴出的流體進入排芯通道時會有能量損失，噴射通道的出口流向線與排芯通道的流向方向線的夾角越大，噴射通道噴出的高速流體進入排芯通道時的流動方向改變越小、越緩，流體流動越順暢，流體的速度和能量損失越小，噴射通道出口以下部分及取芯孔處的負壓效益越強，越有利于排芯通道的吸芯和排芯。

進一步地，所述排芯通道的排芯出口位于鉆頭體上刀翼的后方。

進一步地，所述排芯出口位于鉆頭體上刀翼末端的倒角面上。

進一步地，所述取芯孔內設有導向微巖芯向排芯通道流動的倒斜面。

進一步地，所述噴射通道的噴射出口處設置有噴嘴。

進一步地，所述取芯孔配設有為巖心塑形的至少一個塑芯齒。

進一步地，相鄰的所述刀翼之間形成排屑通道，排屑通道的底部開設有與鉆頭內流道連通的噴液孔。

進一步地，所述取芯孔的直徑為10~25mm。

本發明的有益效果是：