[发明专利]一种适用于坚硬破碎地层的取心钻具

说明书

一种适用于坚硬破碎地层的取心钻具：所述取心钻具包括取心钻头、钻杆、外管、内管、扶正块和支承部分；所述外管上部连接钻杆，下部连接取心钻头；所述外管下侧内壁上设有扶正块；所述内管与外管之间设有支承部分；所述内管由多个管筒组成，管筒之间通过螺纹连接；所述管筒内壁上均布多个轴向对称的凹槽，且凹槽上设有锁心机构；所述锁心机构包括回弹件、轴孔和锁心板；所述回弹件设置在凹槽上；所述锁心板通过轴孔连接回弹件；所述锁心板形状为扇形，扇形的外缘两端设有轴孔，扇形靠近圆心的部分为弧形，且弧形边设有齿状尖牙；所述锁心板的数量为多个，由所述锁心板拼接成分体结构的锁心环；本发明能够明显提高在破碎性地层的取心成功率，提高钻井取心效率，以及降低取心成本。

技术领域

本发明涉及地质勘探技术领域，特别是一种适用于坚硬破碎地层的钻进装置。

背景技术

在传统能源储量不断减少的同时，环境问题愈加尖锐；各国纷纷开始了开采新能源的行动，新能源包括太阳能、地热能、风能、生物质能等新能源；而干热岩作为清洁的可再生能源是地热能中最具潜力的部分，是地热能的未来。从分布上来讲，干热岩资源和浅层地温能一样，属于分布较为广泛的资源，然而，干热岩与浅层地温能相比受气候等外界条件影响更小；从资源品质来讲，干热岩资源主要用于发电，能解决国家能源根本需求，资源基数更大。因此干热岩也被称作可能改变未来的新能源，干热岩发电为我国地热能利用的长期目标。目前对干热岩资源的利用方法主要是通过在地表往干热岩中打一眼注入井，封闭井孔后向井中高压注入温度较低的水，低温水在经过高温干热岩的加热后蒸发变成水蒸气，然后再利用高压水蒸气进行发电。在开采的过程中为了保障钻井、压裂、生产过程的顺利进行，需要针对不同的深度井段进行取心作业，以分析目的层井段岩石裂缝发育情况。目前的取心工具通常是通过夹紧岩心的方式来将岩心从地层中拉断取出，对于较硬的地层，这种取心工具非常实用，取心成功率很高，但对于浅层的软地层、不成岩地层和破碎地层，这种取心工具的取心成功率较低，甚至会取心失败。取心作业失败将会导致地质资料缺失、无法直接对地下情况进行客观认识，造成工程作业进展缓慢、地层信息缺失，增加钻井作业成本的同时，影响地质认识。因此，亟需结合实际作业难点，设计一种简单、经济、可靠且方便的适用于坚硬破碎性地层取心的钻具。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于坚硬破碎地层的取心钻具，它不仅适用于普通地层取心作业，也适用于破碎性地层的取心作业，并能显著提高取心成功率，极大地降低取心作业成本。

本发明所述问题是通过以下技术方案解决的：

一种适用于坚硬破碎地层的取心钻具：所述取心钻具包括取心钻头、钻杆、外管、内管、扶正块和支承部分；所述外管上部连接钻杆，下部连接取心钻头；所述外管下侧内壁上设有扶正块；所述内管与外管之间设有支承部分；所述内管由多个管筒组成，管筒之间通过螺纹连接；所述管筒内壁上均布多个轴向对称的凹槽，且凹槽上设有锁心机构；所述锁心机构包括回弹件、轴孔和锁心板；所述回弹件设置在凹槽上；所述锁心板通过轴孔连接回弹件；所述锁心板形状为扇形，扇形的外缘两端设有轴孔，扇形靠近圆心的部分为弧形，且弧形边设有齿状尖牙；所述锁心板的数量为多个，由所述锁心板拼接成分体结构的锁心环。

上述适用于坚硬破碎地层的取心钻具，所述回弹件包括扭簧、固定块和弧形轴；所述凹槽包括凹槽下端面及凹槽侧端面；所述弧形轴穿过轴孔插入凹槽侧端面中的支承孔内；所述扭簧套于弧形轴上，扭簧中间设有卡块，卡块将扭簧固定在凹槽下端面上，扭簧的两端连接于锁心板上端面。

上述适用于坚硬破碎地层的取心钻具，所述支承部分包括轴承、限位块、轴承座和轴承座盖；所述轴承座的内壁与轴承外圈的外壁过盈配合；所述轴承内圈内壁与管筒过盈配合；所述轴承座盖设置在轴承座上；所述轴承座外壁沿轴向对称设置有与限位槽数量相同的限位块，且限位块与外管内壁上轴向对称设置的限位槽相互配合。