CN102305022B

CN102305022B - 一种打捞式套管钻进钻具

Info

Publication number: CN102305022B
Application number: CN 201110231694
Authority: CN
Inventors: 卢春华; 蒋国盛; 吴翔; 张涛; 王荣璟
Original assignee: China University of Geosciences
Current assignee: China University of Geosciences
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2031-08-12
Also published as: CN102305022A

Abstract

本发明提供了一种打捞式套管钻进钻具，包括钻头和打捞器，套管的下方固定连接有外管，套管带动外管转动，外管的内壁上设有止档位，外管的下段为扭矩接头，扭矩接头位于止档位的下方，外管内安装有钻具机构，钻具机构至少包括弹卡机构、过水接头、传扭短节、铰刀和铰刀接头。本发明提供的打捞式套管钻进钻具，不仅能够提高钻进效率，将钻进和下套管合二为一；同时还采用了套管代替钻杆，大大的降低了钻探的成本。

Description

一种打捞式套管钻进钻具

技术领域

本发明涉及一种打捞式套管钻进钻具，具体为一种提高复杂地层钻探效率的套管钻进钻具，广泛应用于地质、水电、煤炭、冶金等部门的钻探领域。

背景技术

在钻探领域中，维护钻孔的孔壁稳定是确保钻进正常进行的基本条件之一，采用传统的先钻孔后下套管支护孔壁的方法既费时又费力，且孔身结构复杂；随着我国大规模转向深部找矿，钻孔越来越深，钻遇地层越来越复杂，这种弊端日趋显著。同时随着钻孔的越来越深，更换钻头时提大钻所需的时间也越来越多，当钻孔的深度在千米以上时，提一次大钻的平均时间是两天左右，严重降低了钻进的效率。

发明内容

本发明提供了一种打捞式套管钻进钻具，利用套管代替钻杆，将钻进和下套管两种工艺过程合二为一，同时钻头能够从钻孔内取出，提高了钻进效率。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种打捞式套管钻进钻具，至少包括钻头和打捞器，套管的下方固定连接有外管，套管带动外管转动，外管的内壁上设有止档位，外管的下段为扭矩接头，扭矩接头位于止档位的下方，外管内安装有钻具机构，钻具机构至少包括弹卡机构、过水接头、传扭短节、铰刀和铰刀接头，弹卡机构位于钻具机构的上部，过水接头位于传扭短节的上方，两者固定连接且在两者连接处安装有悬挂环，钻具机构通过悬挂环悬挂于外管内的止档位上，扭矩接头以键连接方式套装于传扭短节的外部，传扭短节的下端与空心管状的铰刀接头固定连接，铰刀通过销轴安装于铰刀接头的上部，铰刀的刀片之间设有芯套，芯套位于铰刀接头的管心且能够在铰刀接头内上下移动，芯套与铰刀接头之间通过键连接，钻头固定连接于芯套的底端。

扭矩接头和传扭短节之间采用花键连接，铰刀接头和芯套之间采用花键连接。

外管至少包括弹卡室、扭矩接头和套管鞋，弹卡室位于扭矩接头的上方，两者固定连接，弹卡室上部的内径小于套管的内径，套管鞋位于扭矩接头的底端，外管内壁上的止档位为座环，座环安装于弹卡室和扭矩接头之间。外管的顶部为套管接头，外管通过套管接头与套管固定连接。套管接头和弹卡室之间设有扶正器且两者均与扶正器固定连接，扶正器的外径大于套管的外径。

弹卡机构的结构为：其顶部为捞矛头，捞矛头的下方固定连接有回收管，回收管内设有弹卡架以及固定于弹卡架上的弹卡钳，弹卡架的上部位于回收管内，弹卡架位于回收管内的部位设有滑槽，回收管内设有穿过滑槽的弹性销，且回收管通过弹性销相对于弹卡钳以及弹卡架上下滑动，弹卡钳的两钳体之间设有张簧，两钳体的外侧穿出回收管与弹卡室上部的内壁接触。弹卡机构和过水接头之间设有导正器，导正器分别与弹卡机构上的弹卡架和过水接头固定连接，导正器的外壁与外管的内壁接触。

铰刀由两刀片和拉簧组成，拉簧的两端分别与两刀片连接。

本发明提供的套管式钻进钻具有以下优点：

(1)提高钻进效率：本发明中套管带动外管转动，外管下部的扭矩接头将扭矩传递至钻具机构，钻具机构带动钻头和铰刀旋转，进行钻探。钻进和下套管同时进行，省时省力。

(2)节约钻探成本：本发明中采用套管代替钻杆，钻进和下管同时进行，因此节省了钻杆材料使用，使得钻探成本大为降低。

附图说明

图1为本发明提供的打捞式套管钻进钻具的结构示意图；

图2为图1的A-A向视图；

图3为图1的B-B向视图；

图4为打捞器的结构示意图；

图中：1-套管接头，2-扶正器，3-弹卡室，4-座环，5-扭矩接头，6-套管鞋，7-捞矛头，8-张簧，9-弹卡钳，10-钻头，11-回收管，12-弹性销，13-弹卡架，14-导正器，15-过水接头，16-悬挂环，17-传扭短节，18-铰刀，19-拉簧，20-芯套，21-铰刀接头，22-钢丝绳，23-轴承，24-捞钩，25-压簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细具体的说明。

本发明提供的打捞式套管钻进钻具的结构如图1所示，套管的下方固定连接有外管，套管能够带动外管旋转，外管包括弹卡室3、扭矩接头5和套管鞋6，弹卡室3位于扭矩接头5的上方，两者均为圆管状且固定连接，弹卡室3上部的内径小于套管的内径，套管鞋6位于扭矩接头5的底端。外管的内壁上设有止档位，扭矩接头5位于止档位的下方，在本实施例中外管内壁上的止档位为座环4，座环4安装于弹卡室3和扭矩接头5之间。本实施例中外管的顶部为套管接头1，外管通过套管接头1与套管固定连接，用于增强外管与套管之间连接的牢固度。本实施例中套管接头1和弹卡室3之间设有扶正器2且两者均与扶正器2固定连接，扶正器2的外径大于套管的外径。

外管内安装有钻具机构，钻具机构包括弹卡机构、过水接头15、传扭短节17、铰刀18和铰刀接头21，弹卡机构位于钻具机构的上部，过水接头15位于传扭短节17的上方，两者固定连接且在两者连接处安装有悬挂环16，钻具机构通过悬挂环16悬挂于外管内的座环4上。扭矩接头5以键连接方式套装于传扭短节17的外部，在本实施例中扭矩接头5和传扭短节17之间采用花键连接，如图2所示。传扭短节17的下端与空心管状的铰刀接头21固定连接，铰刀18通过销轴安装于铰刀接头21的上部，铰刀18由两刀片和拉簧19组成，拉簧19的两端分别与两刀片连接。铰刀18的两刀片之间设有芯套20，芯套20位于铰刀接头21的管心且能够在铰刀接头21内上下移动，芯套20与铰刀接头21之间通过键连接，本实施例中铰刀接头21和芯套20之间采用花键连接，如图3所示，钻头10固定连接于芯套20的底端。

弹卡机构的结构为：其顶部为捞矛头7，捞矛头7的下方固定连接有回收管11，回收管11内设有弹卡架13以及固定于弹卡架13上的弹卡钳9，弹卡架13的上部位于回收管11内，弹卡架13位于回收管11内的部位设有滑槽，回收管11内设有穿过滑槽的弹性销12，且回收管11通过弹性销12相对于弹卡钳9以及弹卡架13上下滑动，弹卡钳9的两钳体之间设有张簧8，两钳体的外侧穿出回收管11与弹卡室3上部的内壁接触。

本实施例中弹卡机构和过水接头15之间设有导正器14，导正器14分别与弹卡机构底部的弹卡架13和过水接头15固定连接，导正器14的外壁与外管的内壁接触。

本发明提供的打捞式套管钻进钻具的打捞器结构如图4所示，其顶部的压盖上系有钢丝绳22，压盖的下方固定连接有套有轴承23的连杆，连杆的底端和加重体固定连接。加重体的下方设有捞钩24，捞钩24安装于捞钩架上，捞钩的两钩爪之间设有压簧25。

本发明提供的打捞式套管钻进钻具的工作原理如下：将套管和外管下入钻孔内，套管鞋距离孔底大约2米，然后将钻具机构投入套管内，钻具机构在重力作用下沿套管内壁下滑，当悬挂环位于座环上后，钻具机构停止下滑而悬挂在外管内，此时弹卡钳刚好处于弹卡室的上部，由于弹卡室上部的内径比扶正器的内径稍大，因此弹卡室和扶正器之间形成的台阶可防止钻具机构相对外管向上窜动。当钻具机构安装到位后，便可以开始钻探。地表上的钻机带动套管旋转，套管带动外管旋转，由于外管上设有扶正器，扶正器的外壁与孔壁接触，因此避免了套管和外管在旋转过程中左右晃动，同时也减小了套管和外管在旋转过程中与孔壁之间产生的摩擦力。

外管下部的扭矩接头通过花键将扭矩传送至传扭短节，传扭短节带动其下的铰刀接头旋转，铰刀接头通过芯套将扭矩传送至钻头。当钻头与孔底接触时，钻头在孔底的弹力作用下连同芯套一起向上滑动，将铰刀的两刀片撑开，使铰刀的刀片伸出铰刀接头。当铰刀刀片彻底打开后，钻头无法继续上移，转而进行钻孔，同时铰刀刀片在铰刀接头的带动下旋转进行扩孔，外管底部的套管鞋进行修孔，使孔壁平整。这样在钻进的同时，套管可顺利往下延伸，达到边钻进边下套管支护孔壁的目的。

当孔底钻头磨损后，机械钻速会大幅下降，此时需将钻具机构打捞至地表更换钻头。其过程如下：将打捞器通过钢丝绳与地表铰车连接，从孔口投入套管内，在重力作用下打捞器加速下降到达孔底后，打捞器的捞勾与钻具机构的捞矛头接触，在重力和惯性力作用下，捞勾张开并勾住捞矛头。此时起动地表铰车带动钢丝绳提拉打捞器，打捞器通过捞矛头提拉钻具机构，与捞矛头连接的回收管相对弹卡架向上滑动并迫使弹卡钳收拢，同时弹性销也在滑槽内向上移动，当弹性销移至滑槽的最上端时，带动弹卡架及下部所有零件上移。芯套和钻头与孔底脱离，并在重力和拉簧的作用下于铰刀接头内下滑，铰刀的刀片因此收拢与铰刀接头内，从而使整个钻具机构可顺利提至地表。将钻头更换后，钻具机构重新投放入套中内。

因此，本发明提供的打捞式套管钻进钻具，不仅能够提高钻进效率，将钻进和下套管合二为一；同时还采用了套管代替钻杆，大大的降低了钻探的成本。

Claims

1.一种打捞式套管钻进钻具，至少包括钻头和打捞器，其特征在于：套管的下方固定连接有外管，套管带动外管转动，外管的内壁上设有止档位，外管的下段为扭矩接头，扭矩接头位于止档位的下方，外管内安装有钻具机构，钻具机构至少包括弹卡机构、过水接头、传扭短节、铰刀和铰刀接头，弹卡机构位于钻具机构的上部，过水接头位于传扭短节的上方，两者固定连接且在两者连接处安装有悬挂环，钻具机构通过悬挂环悬挂于外管内的止档位上，扭矩接头以键连接方式套装于传扭短节的外部，传扭短节的下端与空心管状的铰刀接头固定连接，铰刀通过销轴安装于铰刀接头的上部，铰刀由两刀片和拉簧组成，拉簧的两端分别与两刀片连接，铰刀的刀片之间设有芯套，芯套位于铰刀接头的管心且能够在铰刀接头内上下移动，芯套与铰刀接头之间通过键连接，钻头固定连接于芯套的底端。

2.根据权利要求1所述的打捞式套管钻进钻具，其特征在于：扭矩接头和传扭短节之间采用花键连接，铰刀接头和芯套之间采用花键连接。

3.根据权利要求1所述的打捞式套管钻进钻具，其特征在于：外管至少包括弹卡室、扭矩接头和套管鞋，弹卡室位于扭矩接头的上方，两者固定连接，弹卡室上部的内径小于套管的内径，套管鞋位于扭矩接头的底端，外管内壁上的止档位为座环，座环安装于弹卡室和扭矩接头之间。

4.根据权利要求3所述的打捞式套管钻进钻具，其特征在于：外管的顶部为套管接头，外管通过套管接头与套管固定连接。

5.根据权利要求4所述的打捞式套管钻进钻具，其特征在于：套管接头和弹卡室之间设有扶正器且两者均与扶正器固定连接，扶正器的外径大于套管的外径。

6.根据权利要求3所述的打捞式套管钻进钻具，其特征在于：弹卡机构的结构为：其顶部为捞矛头，捞矛头的下方固定连接有回收管，回收管内设有弹卡架以及固定于弹卡架上的弹卡钳，弹卡架的上部位于回收管内，弹卡架位于回收管内的部位设有滑槽，回收管内设有穿过滑槽的弹性销，且回收管通过弹性销相对于弹卡钳以及弹卡架上下滑动，弹卡钳的两钳体之间设有张簧，两钳体的外侧穿出回收管与弹卡室上部的内壁接触。

7.根据权利要求6所述的打捞式套管钻进钻具，其特征在于：弹卡机构和过水接头之间设有导正器，导正器分别与弹卡机构上的弹卡架和过水接头固定连接，导正器的外壁与外管的内壁接触。