[發明專利]一種適用于地面鉆孔的碎軟煤層密閉取芯鉆頭

有效

• 申請號: 202010980185.2
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112112575B
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發明（設計）人: 孫四清;張群;鄭凱歌;龍威成;張鵬;殷新勝;趙繼展;陳冬冬;高曉亮;賈秉義
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: E21B10/43
• 分類號: E21B10/43;E21B10/60;E21B12/00;G01N1/08
• 代理公司: 重慶上義眾和專利代理事務所(普通合伙) 50225
• 代理人: 譚勇

本發明公開一種適用于地面鉆孔的碎軟煤層密閉取芯鉆頭，包括外鉆頭、內鉆頭及鉆頭本體，所述鉆頭本體具有由前至后孔徑依次遞增的三階梯孔，所述外鉆頭固設于鉆頭本體前端的外環壁，外鉆頭設置有多個切削翼，相鄰兩個切削翼之間形成導流槽，所述內鉆頭可拆卸安裝于三階梯孔的小徑孔段，三階梯孔的大徑孔段與較大徑孔段之間的一級臺階面開設有與導流槽連通的水眼，三階梯孔的較大徑孔段開設有環槽，所述環槽用于裝設密封圈。本發明的碎軟煤層密閉取芯鉆頭避免了鉆井液對破碎煤芯的沖刷，降低了鉆進過程中鉆頭壁對煤芯的剝蝕作用，內鉆頭先于外鉆頭進入煤層，有助于提高煤層密閉取芯的采取率和地面鉆井碎軟煤層密閉取芯煤層氣含量測定的成功率。

技術領域

本發明涉及地面鉆井密閉取芯氣含量精準測定技術領域，具體涉及一種適用于地面鉆孔的碎軟煤層密閉取芯鉆頭。

背景技術

碎軟煤層因煤體結構破碎，煤層氣(瓦斯)逸散速度快，采用常規取芯方式測定的煤層氣(瓦斯)含量小于實際煤層氣含量，易造成煤層氣資源量估算不準、煤層瓦斯危險程度認識不足，給煤層氣(瓦斯)資源的勘探開發和煤礦的安全生產留下隱患。地面鉆井煤層密閉取芯技術能夠定點、快速地鉆取煤芯，并能保證煤芯在鉆孔內提升、地面測定全程的密閉，避免煤芯暴露造成煤層氣(瓦斯)逸散，可實現煤層氣(瓦斯)含量精準測定。

密閉取芯裝置一般采用多層結構，取芯裝置整體直徑大，而取芯內筒孔徑小。采用常規取芯鉆頭取芯不僅鉆進效率低、煤芯采取率低，而且碎軟煤層往往采取不到煤芯樣品。常規取芯鉆頭采取不到碎軟煤層煤芯樣品的原因主要有：一是鉆井液對鉆頭前方煤層的沖蝕導致煤體被沖丟；二是取芯鉆進過程中取芯鉆頭寬厚外壁的剝蝕作用會導致煤芯被鉆丟；三是取芯鉆頭內壁與取芯內筒之間流出高壓水的沖刷作用也會引起煤芯丟失。因此，針對碎軟煤層和密閉取芯的現狀，亟需設計并試制一種針對地面鉆井碎軟煤層密閉取芯的鉆頭，以決碎軟煤層密閉取芯采取率低、采取不到煤芯的現象。

發明內容

本發明旨在提供一種適用于地面鉆孔的碎軟煤層密閉取芯鉆頭，通過改變取芯鉆頭的結構，提高地面鉆井煤層密閉取芯的煤芯采取率。

為實現上述目的，本發明提供的一種適用于地面鉆孔的碎軟煤層密閉取芯鉆頭，包括外鉆頭、內鉆頭以及管狀結構的鉆頭本體，所述鉆頭本體的中心孔為由前至后孔徑依次遞增的三階梯孔，所述外鉆頭固設于鉆頭本體前端的外環壁，外鉆頭外環壁的周向上間隔設置有多個切削翼，任意相鄰兩個切削翼之間形成導流槽，每個切削翼均鑲嵌有外切削齒和保徑齒，所述內鉆頭的后端與三階梯孔的小徑孔段可拆卸連接，所述內鉆頭的前端面沿鉆頭本體軸向凸于外鉆頭的前端面，內鉆頭的前端面設置有多個內切削齒，所述三階梯孔的大徑孔段與較大徑孔段之間的一級臺階面開設有與導流槽連通的水眼，所述三階梯孔的較大徑孔段周向上開設有環槽，所述環槽用于裝設隔斷大徑孔段與較小徑孔段的密封圈。

基于上述，內鉆頭的前端面凸于外鉆頭的前端面，可使內鉆頭先于外鉆頭進入煤層，迫使煤體進入內鉆頭，取芯內筒的下端卡在小徑孔段與較小徑孔段形成三級臺階面上，并通過裝設于環槽內的密封圈封堵、或減少通過取芯內筒下端頭與鉆頭本體內壁間隙的鉆井液進入內鉆頭，在三階梯孔的大徑孔段與較大徑孔段之間的一級臺階面開設水眼，可將取芯內筒與鉆頭本體內壁之間的鉆井液通過水眼導向導流槽，這樣既可以冷卻外鉆頭和沖洗排渣，又可以避免鉆頭前方煤層的被過度沖蝕導致煤芯沖丟。

本發明的碎軟煤層密閉取芯鉆頭避免了通過水眼的鉆井液對破碎煤芯的沖刷和鉆頭本體間隙的鉆井液對進入內鉆頭空腔煤芯的沖刷，降低了鉆進過程中鉆頭壁對煤芯的剝蝕作用，內鉆頭先于外鉆頭進入煤層，有助于提高煤層密閉取芯的采取率和地面鉆井碎軟煤層密閉取芯煤層氣含量測定的成功率。

為更好的實現上述方案，優選地，所述內鉆頭的后端與鉆頭本體的前端通過螺紋連接。

優選地，所述水眼的中軸線外偏鉆頭本體的中軸線8°-12°。

優選地，所述外切削齒的切削面與內切削齒的切削面之間的長度不低于50mm。