[发明专利]带压湿钻取心钻头

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩土工程和石油工程岩样取心钻头，特别是一种带压湿钻取心钻头。

背景技术

在岩土工程中，岩石力学性质是工程设计最基本的数据，往往要通过大量力学实验获得工程岩石的力学参数，而岩样的钻取是整个过程的第一步，也是影响实验数据有效性的第一步。由此引出一个问题：取心过程一定包含损伤，这些损伤对后期参数测量有一定的影响，对于一些坚硬或高强度岩石，这一影响可以忽略不记。而对于一些弱胶结、层状或裂缝性岩石，取心成功率极低，即便获得完整的岩心，损伤的影响也极大地改变了岩心的性质。

发明内容

本发明即针对上述缺陷，提供一种解决取心过程因压力释放以及岩心壁面摩擦引起损伤的带压湿钻取心钻头。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种带压湿钻取心钻头。

按照本发明第一方面的带压湿钻取心钻头包括钻头柱、钻头、旋转接头、活塞、弹簧，钻头柱下方与钻头连接，钻头柱内嵌装旋转接头，活塞与弹簧连接，钻头柱内包括岩心夹持腔，旋转接头下部与岩心夹持腔接触，活塞与弹簧置于岩心夹持腔内下部，活塞与岩心接触。

优选的是，所述岩心夹持腔包括排液口。

优选的是，所述岩心夹持腔包括进液口。

优选的是，所述岩心夹持腔的进液口位于岩心夹持腔的顶部。

优选的是，所述岩心夹持腔内包括液压腔。

优选的是，所述岩心夹持腔下部外侧有一圈凸起，用于保证岩心与钻头的轴心线重合。

优选的是，所述液压腔内的液体为煤油。

优选的是，所述液压腔内的液体为柴油。

优选的是，所述液压腔内的液体为矿物油。

优选的是，所述液压腔内的液体为针对岩石性质专门设计配制的取心介质。

优选的是，所述活塞包括限压活塞，所述限压活塞内开有槽口，用于限制岩心夹持腔内压力过高，保证安全钻取。

优选的是，所述活塞包括小活塞，所述小活塞的形状为圆柱形，用于维持岩心夹持腔内的压力。

优选的是，所述岩心夹持腔内包括限压结构，该限压结构包括弹簧和小活塞，所述限压结构的位移和弹簧刚度决定限压值的大小。

优选的是，所述小活塞位于限压活塞的槽口内，小活塞与限压活塞为过渡配合。

优选的是，所述液压腔内的压力通过限压结构维持在一定数值范围内。

优选的是，所述液压腔的压力范围为5-10atm。

优选的是，钻头柱与活塞通过螺纹连接。

优选的是，钻头柱与活塞为间隙配合。

优选的是，钻头柱包括直径不同的两段柱体。

优选的是，旋转接头嵌装在钻头柱的直径较大的柱体内。

优选的是，所述旋转接头包括旋转部分和非旋转部分。

优选的是，所述旋转接头的旋转部分与钻头柱接触。

优选的是，所述旋转接头的非旋转部分与所述岩心夹持腔接触。

本发明第一方面的带压湿钻取心钻头的装配步骤是：

1.在岩心夹持腔内注入液体；

2.将活塞压入岩心夹持腔；

3.将上一步骤中的岩心夹持腔放入钻头柱内腔中，顶住旋转接头；

4.将钻头安装/装配到钻头柱的下方。

本发明第一方面的带压湿钻取心钻头的工作方式是：将装配好的带压湿钻取心钻头置于待取心的岩体上，从钻头柱顶端注入取心液，进入钻头柱的取心液充入钻头柱内岩心夹持腔外部的空隙；液压腔下部的限压结构在液压推动下通过限压活塞与岩石接触，此时旋转钻头柱，则钻头柱下方的钻头在钻头柱的带动下旋转切削岩石，随着切削量增加，钻头及钻头柱不断向岩体内深入，则钻头柱内的旋转接头也带动岩心夹持腔向下移动，在旋转接头和岩心的压力下，液压腔内的液体被压缩，液体压力升高，位于岩心夹持腔下部的限压活塞和小活塞被迫向下移动，小活塞下部的弹簧则阻碍活塞移动，因此液压腔内的压力缓慢升高，当液压腔内的压力达到预定值时，弹簧变形量也达到预定值，所述弹簧变形量的预定值促使限压活塞的位置低于排液口的位置，因而液体从排液口排出，液体压力下降，钻头不再向下移动钻取岩心；当液压低于一定值后，弹簧变形量减小，弹簧弹力也随之减小，因此限压活塞向上运动，限压活塞的位置高于排液口，因而液压腔重新变成密闭状态。