[发明专利]带压干钻取心方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩土工程岩样取心的方法，特别是一种采用带压干钻取心钻头的取心方法。

背景技术

在岩土工程和石油工程中，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，损伤的影响对岩石性质的改变亦很显著。

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轴向压力释放以及岩心圆柱壁面与钻头壁面摩擦引起岩心损伤的带压干钻取心钻头。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种带压干钻取心钻头。

按照本发明第一方面的带压干钻取心钻头包括钻头、活塞、弹簧，其中弹簧嵌入钻头内部，弹簧上端与钻头内表面接触，弹簧下端与活塞相连，钻头上包括注液口和排液口。

优选的是，所述活塞的数量为至少两个。

优选的是，所述带压干钻取心钻头的活塞包括活塞A和活塞B。

优选的是，所述带压干钻取心钻头还包括旋转接头。

优选的是，所述活塞A的上部与弹簧相连。

优选的是，所述活塞B下端与所述旋转接头相连。

优选的是，所述活塞A与所述活塞B之间构成液压腔。

优选的是，所述活塞B的侧面与钻头内表面配合。

优选的是，所述活塞B的侧面与钻头内表面的配合方式为间隙配合。

优选的是，所述活塞B的侧面与钻头内表面的配合方式为过渡配合。

优选的是，所述活塞A与弹簧构成限压装置，所述限压装置使液压腔内满足一定压力，并将该压力施加到活塞B上，继而将该压力传递至岩心。

优选的是，所述钻头的材料为45#钢。

优选的是，所述钻头的材料为合金钢。

优选的是，在钻头外壁面上设有刻度线。

优选的是，所述钻头包括钻头齿。

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活塞B接触。

优选的是，所述旋转接头的非旋转部分与岩心接触。

优选的是，所述活塞A的材料为45#钢。

优选的是，所述活塞B的材料为45#钢。

优选的是，所述弹簧的材料为合金弹簧钢丝。

优选的是，所述弹簧的材料为60Si₂Mn。

本发明第一方面的带压干钻取心钻头的工作方式是：将液体从注液口注入液压腔，使液压腔内注满液体，然后关闭注液口，在液压作用下活塞B推动旋转接头与岩石接触；推动钻头向下压，并旋转切削岩石，此时随着钻头下压，钻头内液压腔的内压力升高，同时，液压腔的内压推动活塞A向上移动，弹簧阻碍活塞A的移动；当液压腔内的压力达到预定值时，活塞A在液压作用下向上移动并压缩弹簧，且弹簧的变形量超过一定限度，活塞A的下端退回至排液口以上时，液压腔内的液体从排液口排出；此时，液压腔内的压力下降，活塞A下端所受的液体内压降低，在弹簧弹力和液体内压的压力差作用下，活塞A向下运动，从而使液压腔内的液体内压恢复到一定值，并促使活塞B推动旋转接头压住岩心，此后，继续推动钻头向下压并旋转切削岩石。

钻头下压过程中，钻头内液压腔的内压再次升高，推动活塞A向上移动并高于排液口，液压腔内的液体排出，液压腔内压下降，活塞A向下运动，液压腔封闭并保证一定压力促使活塞B推动旋转接头与岩心接触。

带压干钻取心钻头如上述过程反复循环，不断推动钻头向下压，并旋转切削岩心，每次取心完成后，可通过注液口注入液体，液压腔工作时为密封状态。

本发明第一方面提供的带压干钻取心钻头可避免对岩心的损害，取心成功率高，对于现场勘测和实验室研究数据的提取均具有很强的必要性。

本发明第一方面所提供的带压干钻取心钻头的技术方案包括上述各部分的任意组合，上述各部分组件的简单变化或组合仍为本发明的保护范围。

本发明的第二方面还提供一种带压干钻取心方法，其包括如下步骤：

a.通过注液口向钻头液压腔内注满液体；

b.将注液口封闭；

c.推动活塞B使之与旋转接头接触；

d.推动旋转接头与岩石接触；

e.朝向岩石基岩方向压下钻头；

f.转动钻头对岩石进行切削；