岩芯钻取工具

摘要

本发明涉及岩芯钻取工具，包括取芯钻具、捕芯器和内芯管，取芯钻具包括外芯管和空心的钻头，钻头包括二级刀片，刀片处设有冷却液回路孔；捕芯器包括环形基体和多个卡爪，环形基体安装在内芯管上，卡爪均匀设置在环形基体上，卡爪上端向内收拢；内芯管下端伸向外芯管底部。本发明设计朝上并向内收拢的机械卡爪，卡爪下行时，卡爪易被岩芯撑开，从而使岩芯进入内芯筒内；卡爪上行时，卡爪难以被岩芯撑开，由于岩芯不能抵抗较大的拉力以及卡爪的夹紧作用，岩芯在卡爪处被拉断，断裂的岩芯将随卡爪继续上行从而保持在内筒中；在刀片部位设置冷却液回路孔，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。

权利要求

1.岩芯钻取工具，其特征在于:包括取芯钻具、捕芯器(1)和内芯管(2)，所述取芯钻具包括外芯管(3)和空心的钻头(4)，钻头(4)与外芯管(3)的下端连接；

所述捕芯器(1)包括环形基体(11)和多个卡爪(12)，环形基体(11)同轴安装在内芯管(2)下端的内壁上，卡爪(12)均匀设置在环形基体(11)上，卡爪(12)下端与环形基体(1)连接，卡爪(2)上端向内收拢；所述内芯管(2)下端伸向外芯管(3)底部，内芯管(2)与外芯管(3)间隙配合；

所述钻头(4)包括用于钻孔的第一级刀片(411)和用于扩孔的第二级刀片(421)。

2.根据权利要求1所述的岩芯钻取工具，其特征在于：所述钻头(4)包括内钻头(41)和外钻头(42)，所述内钻头(41)安装在外钻头(42)内，第一级刀片(411)位于内钻头(41)下端，第二级刀片(421)位于外钻头(42)外侧壁上。

3.根据权利要求1所述的岩芯钻取工具，其特征在于：所述第一级刀片(411)在圆周方向等间隔设有三个，第二级刀片(421)在圆周方向等间隔设有三个。

4.根据权利要求1、2或3所述的岩芯钻取工具，其特征在于：钻头(4)上第一级刀片(411)和第二级刀片(421)处均设有冷却液回路孔(5)。

5.根据权利要求1或2所述的岩芯钻取工具，其特征在于：所述外芯管(3)和钻头(4)外壁均设有螺旋槽(6)，钻头(4)上的螺旋槽(6)与外芯管(3)上的螺旋槽(6)连续。

6.根据权利要求1所述的岩芯钻取工具，其特征在于：卡爪(12)包括一体制造的竖直臂(121)和倾斜臂(122)，所述竖直臂(121)下端与环形基体(11)连接，竖直臂(121)上端与倾斜臂(122)的下端连接，倾斜臂(122)的上端为自由端，倾斜臂(122)从下往上向内倾斜。

7.根据权利要求6所述的岩芯钻取工具，其特征在于：倾斜臂(122)的倾斜角为60°。

8.根据权利要求1所述的岩芯钻取工具，其特征在于：内芯管(2)内壁有石墨烯涂层。

9.根据权利要求1或2所述的岩芯钻取工具，其特征在于：钻头(4)内壁设有密封圈(8)。

说明书

岩芯钻取工具

技术领域

[0001] 本发明涉及岩芯钻取设备技术领域，尤其涉及岩芯钻取工具。

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究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。

[0003] 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，直观地研究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] 取芯工具包括取芯钻具和捕芯器，取芯钻具切割进入地层后，用捕芯器将岩芯保持在内筒中，现有的捕芯器只能取软岩，难以取硬岩。此外，现有的取芯钻具的刀片冷却速度慢，刀具的磨损快，刀片的使用寿命短。

发明内容

[0005] 本发明旨在提供岩芯钻取工具，捕芯器包括朝上向内收拢的卡爪，便于取硬岩。

[0006] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

[0007] 岩芯钻取工具，包括取芯钻具、捕芯器和内芯管，所述取芯钻具包括外芯管和空心的钻头，钻头与外芯管的下端连接；

[0008] 所述捕芯器包括环形基体和多个卡爪，环形基体同轴安装在内芯管下端的内壁上，卡爪均匀设置在环形基体上，卡爪下端与环形基体连接，卡爪上端向内收拢；所述内芯管下端伸向外芯管底部，内芯管与外芯管间隙配合。

[0009] 进一步的，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。

[0010] 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侧壁上。

[0011] 优选地，所述第一级刀片在圆周方向等间隔设有三个，第二级刀片在圆周方向等间隔设有三个。

[0012] 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。

[0013] 进一步的，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。

[0014] 进一步的，卡爪包括一体制造的竖直臂和倾斜臂，所述竖直臂下端与环形基体连接，竖直臂上端与倾斜臂的下端连接，倾斜臂的上端为自由端，倾斜臂从下往上向内倾斜。

[0015] 优选地，倾斜臂的倾斜角为60°。

[0016] 其中，内芯管内壁有石墨烯涂层。内壁附加石墨烯涂层，可以减小岩芯在岩心筒内移动的摩擦系数，降低热量的传递散失，还可降低外部辐射对岩芯的影响，提高保真质量。

[0017] 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，达到隔离保质效果，达到保湿、保质目标。

[0018] 其中，卡爪与环形基体一体制造，环形基体外套装有环形套，环形基体与环形套固接；内芯管内壁有与环形套适配的环形槽，环形套装在环形槽中。

[0019] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0020] 1，本发明设计朝上并向内收拢的机械卡爪，当卡爪下行时，卡爪易被岩芯撑开，从而使岩芯进入内芯筒内；当卡爪上行时，卡爪难以被岩芯撑开，由于岩芯不能抵抗较大的拉力以及卡爪的夹紧作用，岩芯在卡爪处被拉断，断裂的岩芯将随卡爪继续上行从而保持在内筒中；

[0021] 2，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；

[0022] 3，本发明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；

[0023] 4，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；

[0024] 5，内芯管内壁有石墨烯涂层，可以减小岩芯在岩心筒内移动的摩擦系数，降低热量的传递散失，还可降低外部辐射对岩芯的影响，提高保真质量。

附图说明

[0025] 图1是本发明的结构示意图；

[0026] 图2是内芯管的结构示意图；

[0027] 图3是图2中A处的放大图；

[0028] 图4是捕芯器的三维立体图；

[0029] 图5是捕芯器的截面图；

[0030] 图6是取芯钻具的结构示意图；

[0031] 图7是钻头的结构示意图；

[0032] 图8是外钻刀体的结构示意图；

[0033] 图9是内钻刀体的结构示意图；

[0034] 图中：1-捕芯器、2-内芯管、3-外芯管、4-钻头、5-冷却液回路孔、6-螺旋槽、7-环形套、8-密封圈、11-环形基体、12-卡爪、21-岩芯筒、22-芯套管、23-环形槽、41-内钻头、42-外钻头、121-竖直臂、122-倾斜臂、411-第一级刀片、412-内钻刀体、413-第一级刀片安装槽、421-第二级刀片、422-外钻刀体、423-第二级刀片安装槽、424-第一级刀片避让缺口。

具体实施方式

[0035] 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。

[0036] 如图1、6所示，本发明公开的岩芯钻取工具，包括取芯钻具、捕芯器1和内芯管2，取芯钻具包括外芯管3和空心的钻头4，钻头4与外芯管3的下端连接，捕芯器1设于内芯管2下端的内壁上，内芯管2下端伸向外芯管3底部并与外芯管3间隙配合。

[0037] 如图4、5所示，捕芯器1包括环形基体11和多个卡爪12，卡爪12均匀设置在环形基体11上，卡爪12下端与环形基体11连接，卡爪12上端向内收拢。卡爪12有8-15个，优选地，卡爪12有12个。卡爪12的个数可根据需要设置，不限于上述个数。

[0038] 卡爪12包括一体制造的竖直臂121和倾斜臂122，竖直臂121下端与环形基体11连接，竖直臂121上端与倾斜臂122的下端连接，倾斜臂122的上端为自由端，倾斜臂122从下往上向内倾斜，倾斜臂122的倾斜度可以根据需要调整。本实施方式中倾斜臂122的倾斜角为60°，卡爪12从下往上宽度逐渐变小。

[0039] 其中，卡爪12的厚度与环形基体11的厚度相等，卡爪12与环形基体11一体制造。环形基体11外套装有环形套7，环形基体11与环形套7固接。内芯管2内壁有石墨烯涂层。如图2、3所示，内芯管2包括岩芯筒21和芯套管22，芯套管22上端套装固定在岩芯筒21的下端，芯套管22内壁有与环形套7适配的环形槽23，环形套7装在环形槽23中，卡爪12的自由端朝向上方。卡爪12自由端朝上并向内收拢，当岩芯从下往上穿过硬质的捕芯器1时卡爪12容易被撑开，反之则难。

[0040] 钻头4为PCD刀具。如图6、7所示，钻头4包括内钻头41和外钻头42，内钻头41包括第一级刀片411和空心的内钻刀体412。如图9所示，内钻刀体412下端有用于安装第一级刀片411的第一级刀片安装槽413，第一级刀片安装槽413开口于内钻刀体412的下端面，内钻刀体412上第一级刀片安装槽413处有冷却液回路孔5，该冷却液回路孔5为弧形孔，弧形孔开口于钻头4的前端面并且与第一级刀片安装槽413连通。内钻刀体412上在圆周方向等间隔设有三个第一级刀片安装槽413，每个第一级刀片安装槽413处均设有冷却液回路孔5，每个第一级刀片安装槽413中均安装有第一级刀片411。

[0041] 外钻头42包括第二级刀片421和空心的外钻刀体422。如图8所示，第二级刀片421外壁有用于安装第二级刀片421的第二级刀片安装槽423，外钻刀体422上第二级刀片安装槽423处有冷却液回路孔5，该冷却液回路孔5为条形孔，条形孔与第二级刀片安装槽423连通。外钻刀体422上在圆周方向等间隔设有三个第二级刀片安装槽423，每个第二级刀片安装槽423处均设有冷却液回路孔5，每个第二级刀片安装槽423中均安装有第二级刀片421。

[0042] 内钻头41安装在外钻头42内，外钻刀体422上对应第一级刀片411的位置有第一级刀片避让缺口424，第一级刀片避让缺口424开口于外钻头42的前端面，第一级刀片411的切削刃从第一级刀片避让缺口424处外露于外钻刀体422。

[0043] 内钻刀体412内壁设有密封圈8，密封圈8位于第一级刀片411上方，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。

[0044] 本发明中钻头分为二级刀片，由最下端的第一级刀片411首先钻小孔，再由上方的第二级刀片421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5，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。

[0045] 如图1、6、8所示，外芯管3和外钻刀体422外壁均设有螺旋槽6，外钻刀体422上的螺旋槽6与外芯管3上的螺旋槽6连续。外壁设置螺旋槽6的外芯管3相当于螺旋外钻，随着外芯管3旋入岩层，外芯管3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。

[0046] 工作时，随着钻头4的钻进，岩芯进入内芯管2中并从捕芯器1中间穿过，在岩心穿过硬质的卡爪12时会将卡爪12撑开；停钻后，向上提拉时，卡爪12随内芯管2向上移动，因为卡爪12自由端内收，此时卡爪12难以被岩芯撑开，由于岩芯不能抵抗较大的拉力以及卡爪12自由端的内收夹紧，岩芯在卡爪12处被拉断，断裂的岩芯将随卡爪12继续上行从而保持在内芯管2中。

[0047] 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。