[發明專利]一種循環冷卻式微取芯鉆頭

在審

• 申請號: 201710691395.8
• 申請日: 2017-08-14
• 公開（公告）號: CN107327277A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 趙紅昌;陳伊苒
• 申請（專利權）人: 四川弘毅智慧知識產權運營有限公司
• 主分類號: E21B10/60
• 分類號: E21B10/60;E21B25/00
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司51230
• 代理人: 趙宇

技術領域

本發明涉及鉆探鉆具技術領域，更具體的是涉及一種循環冷卻式微取芯鉆頭。

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。

目前，微取芯鉆頭的鉆井液噴孔均設置在鉆頭心部的周圍，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。與此同時，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快速旋轉并與井底(或井壁)不斷高速碰撞，同時井底(或井壁)被刀翼擠壓、刮切；因此，現有技術中還存在的技術問題為：鉆頭體及刀翼與井底(或井壁)高速碰撞，刀翼被快速磨損，機械負荷大熱負荷大，而更換鉆頭勞動強度大。

發明內容

本發明的目的在于：為了解決上述技術問題，本發明提供一種循環冷卻式微取芯鉆頭，能夠有效地吸收鉆頭體和刀翼擠壓、刮切井底(或井壁)過程中產生的大量熱量，迅速冷卻鉆頭體和刀翼。

本發明為了實現上述目的具體采用以下技術方案：

一種循環冷卻式微取芯鉆頭，包括鉆頭體、設置在鉆頭體上的刀翼以及設置在鉆頭體端部的取芯孔，所述鉆頭體內設有至少一個與所述取芯孔連通的取芯通道，所述鉆頭體內還設有與所述取芯通道連通的循環冷卻通道和冷卻裝置，所述循環冷卻通道包括輸出通道和抽吸通道，所述冷卻裝置包括盛放有冷卻液的伸壓缸和驅動伸壓缸壓縮的液壓缸，所述伸壓缸內設有與所述輸出通道對應的輸出口和輸出閥門以及與所述抽吸通道對應的抽吸口和抽吸閥門，伸壓缸內冷卻液經輸出通道流入至取芯通道，再通過抽吸通道回流至伸壓缸內。

本發明在鉆頭體內設置冷卻裝置和循環冷卻通道，利用液壓缸驅動壓縮伸壓缸，盛放有冷卻液的伸壓缸受到液壓缸驅動力的作用，冷卻液首先通過先打開的輸出閥門流經輸出通道，而輸出通道與取芯通道連通，從而冷卻液流入至取芯通道內，再通過抽吸通道回流至伸壓缸內，通過輸出通道、抽吸通道循環流通的冷卻液通過熱傳遞可吸收鉆頭體和刀翼擠壓、刮切井底(或井壁)過程中產生的大量熱量，迅速冷卻鉆頭體、刀翼；且通過冷卻液冷卻后的取芯通道可迅速冷卻取出的巖芯，避免取出的巖芯鉆頭體流經鉆頭體受熱容易膨脹裂開，提高巖芯的完整性和巖芯質量。進一步，輸出通道和抽吸通道與取芯通道連通，輸出通道的出口方向順著取芯通道的流向方向，抽吸通道的入口方向與取芯通道的流向方向，構成冷卻液的循環通道，從而伸壓缸通過輸出通道射出的高壓冷卻液迅速通過與取芯孔連通的取芯通道，再通過抽吸通道回流至伸壓缸內，根據伯努利原理，向取芯通道方向噴射的高速射流，將使噴射通道及以下的取芯孔處產生負壓，取芯孔處的巖芯具有被抽吸的效果，從而易于微巖芯從鉆頭心部抽吸排出，避免鉆頭心部的微巖芯不能迅速往外排出而引起擠壓和再次破碎，可有效提高微巖芯的完整性和成芯率，形成標準的微巖芯。

進一步，所述伸壓缸呈柱狀，所述伸壓缸的缸壁呈折疊型。有益效果：柱狀的伸壓缸可盛放較多的冷卻液，且折疊型缸壁的伸壓缸可實現伸壓缸迅速壓縮，提高伸壓缸內冷卻液的初始流速，提高冷卻液射向取芯通道方向的射流速度，增強取芯孔處產生的負壓而增強抽吸效應。

進一步，所述伸壓缸的缸壁采用高碳鋼制成。有益效果：碳含量越高的缸壁，彈性效果越好，便于液壓缸被外部驅動力迅速壓縮后的彈性恢復。

進一步，所述輸出通道和所述抽吸通道均設置在所述伸壓缸的下端。有益效果：便于伸壓缸內冷卻液的排出和回流，且減小冷卻液重力勢能的改變，從而保持較高的流速。

進一步，所述輸出通道的出口流向線與所述取芯通道的流向方向線的夾角為145°-180°。有益效果：取芯通道的流向方向線是指微巖芯經取芯通道至巖芯排出口的流動方向，而本申請中輸出通道的出口流向線是指冷卻液流出輸出通道的方向線；通過申請人多次試驗，輸出通道的出口流向線與取芯通道的流向方向線的夾角為145°-180°，夾角越大，經輸出通道射出的高速冷卻液流體越容易進入取芯通道，且不會對取芯通道的內壁造成沖擊磨損。