CN103643913A - 冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具 - Google Patents

冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具 Download PDF

Info

Publication number
CN103643913A
CN103643913A CN201310645162.6A CN201310645162A CN103643913A CN 103643913 A CN103643913 A CN 103643913A CN 201310645162 A CN201310645162 A CN 201310645162A CN 103643913 A CN103643913 A CN 103643913A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bit
bit body
endosome
drilling
turbine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201310645162.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103643913B (zh
Inventor
王如生
达拉拉伊
宫达
孙友宏
曹品鲁
张楠
郑治川
范晓鹏
胡正毅
杨成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN201310645162.6A priority Critical patent/CN103643913B/zh
Publication of CN103643913A publication Critical patent/CN103643913A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103643913B publication Critical patent/CN103643913B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Earth Drilling (AREA)

Abstract

本发明公开了一种冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具，其是在钻头体上设置有一定数量的切削具和与之配套的喷射钻头内体；钻头体与钻头内体通过圆锥滚子轴承连接在一起，钻头内体与钻头体之间形成有可供气体通过的环装间隙；钻头内体设有内喷孔和偏心卡簧，内喷孔的倾角α为30°~50°；钻头内体、环装间隙、切削具、内喷孔、底喷孔与钻头的中心通道相连通；涡轮定子固定在连接管上，连接管上端与双壁钻杆内管配合连接，连接管下端与钻头内体配合连接；涡轮转子固定在钻头体上；本发明利用双壁钻杆将压缩空气从钻杆内外管之间的间隙输送至孔底驱动涡轮作为钻进动力，钻进效率高。同时利用反循环将冰心、冰屑经由中心通道返回地表，实现不停钻连续取心。

Description

冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具
技术领域
本发明涉及一种钻探机具，特别涉及一种极地浅层冰盖下的冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具。
背景技术
目前冰层钻进采用的钻探机具多为孔底由电机驱动的取心钻具，但使用这种方式进行钻进取心时，每钻取一根冰心，就需要提下钻具一次，使得取心效率非常低。而且钻进过程中所使用的钻井液对极地环境有很大的影响，如污染空气、积雪层、冰屑以及地下水资源，同时对冰下的生物极为不利，并且会对冰心产生污染。目前极地钻探急需寻求一种新型高效、环保的钻进方式。涡轮空气钻进技术被公认为当代应用广泛和最具有发展前景的钻探技术方法之一，并在地址勘探、油气探采、水温水井、矿山采掘、地质灾害防治和岩土工程施工等领域广为应用。直到现在，世界上采用空气作为循环介质的冰层钻进的流体方式为正循环，如美国采用的Rapid Air MovementRAMDrill。然而由于孔口及浅层冰层的松散状态，钻进过程中压缩空气易发生漏失和孔口扩径，压缩空气流量减少，流速降低，无法排出冰屑，冰屑在孔底重复破碎，钻进效率低下，钻进时间较长，直至最后不能进尺。正循环空气钻进的方法钻进深度一般只能达到100米左右，最终无法实现钻进目标而终止钻进。空气涡轮反循环连续取心钻探技术，利用双臂钻杆，将压缩空气从钻杆内外管之间的间隙送到孔底驱动涡轮作为钻进动力，并通过反循环携带冰心和冰屑从钻杆中心返回地表，实现不停钻连续取心。
因此，如何根据现有的反循环空气钻进技术，并结合涡轮钻技术，设计一种结构参数合理，钻进效率高效的冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具成为当前的主要问题。
发明内容
本发明就是在空气反循环钻进技术的基础上，提供一种冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具。
本发明的钻头体上设置有一定数量的切削具和与之配套的喷射钻头内体；钻头体与钻头内体通过圆锥滚子轴承连接在一起，钻头内体与钻头体之间形成有可供气体通过的环装间隙；钻头内体设有内喷孔和偏心卡簧，内喷孔的倾角α为30°~50°，直径为10~50mm、数量为2~6个；钻头内体、环装间隙、切削具、内喷孔、底喷孔与钻头的中心通道相连通；涡轮定子固定在连接管上，连接管两端设置有螺纹，连接管上端与双壁钻杆内管配合连接，连接管下端与钻头内体配合连接；涡轮转子固定在钻头体上，钻头体与双壁钻杆外管间设置有密封圈。
本发明的有益效果：
1、本发明结构设计简单，反循环效果好，能获取中等深度冰层的完整冰心，很好的克服了极地钻探中钻井液对冰心和极地环境的不利影响。
2、采用涡轮组作为孔底动力，结合空气反循环结构，实现连续取心，取样效率高。将成为我国极地考察和极地研究的一种简易、方便、快速、环保的新型冰层钻探技术。同时，为我国极地深部冰层钻探技术提供一种有效的技术补充。
附图说明
图1为本发明的剖视图。
其中：1-切削具；2-钻头内体；3-底喷孔；4-圆锥滚子轴承；5-中心通道；6-钻头体；7-环装间隙；8-偏心卡簧；9-内喷孔；10-涡轮转子；11-涡轮定子；12-连接管；13-密封圈；14-双壁钻杆外管；15-双壁钻杆内管。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明的钻头体6上设置有一定数量的切削具1和与之配套的喷射钻头内体2；钻头体6与钻头内体2通过圆锥滚子轴承4连接在一起，钻头内体2与钻头体6之间形成有可供气体通过的环装间隙7；钻头内体2设有内喷孔9和偏心卡簧8，内喷孔9的倾角α为30°~50°，直径为10~50mm、数量为2~6个；钻头内体2、环装间隙7、切削具1、内喷孔9、底喷孔3与钻头的中心通道5相连通；涡轮定子11固定在连接管12上，连接管12两端设置有螺纹，连接管12上端与双壁钻杆内管15配合连接，连接管12下端与钻头内体2配合连接；涡轮转子10固定在钻头体6上，钻头体6与双壁钻杆外管14间设置有密封圈13。
钻进开始时，压缩空气经由双壁钻杆输入到涡轮组，驱动涡轮转子10转动，涡轮转子带动钻头体6旋转，钻头体6带动切削具1一起回转。钻头内体2与钻头体6通过一对圆锥滚子轴承4连接，且钻头体2、连接管12、双壁钻杆内管15依次通过螺纹连接，因此钻头内体2不会随着钻头体6一起回转。压缩空气经由双壁钻杆进入环装间隙7，一部分空气从钻头底部的底喷孔3高速喷出，吹洗孔底由切削具1切削下来的冰屑。另一部分气体则从钻头内体2上的喷射空9进入中心通道。钻进过程中获得的冰心，在偏心卡簧8的作用下被卡断成一定长度的冰心。卡断的冰心和孔底混合冰屑的气流在内喷孔的高速引射流的引射抽吸和钻头外壁与孔壁间密封的共同作用下，通过双壁钻杆的中心通道，输送到地表。钻进过程中不停钻连续卡断冰心，实现连续获取冰心的目的。

Claims (2)

1.一种冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具，其特征在于：所述的钻头体（6）上设置有一定数量的切削具（1）和与之配套的喷射钻头内体（2）；钻头体（6）与钻头内体（2）通过圆锥滚子轴承（4）连接在一起，钻头内体（2）与钻头体（6）之间形成有可供气体通过的环装间隙（7）；钻头内体（2）设有内喷孔（9）和偏心卡簧（8）；钻头内体（2）、环装间隙（7）、切削具（1）、内喷孔（9）、底喷孔（3）与钻头的中心通道（5）相连通；涡轮定子（11）固定在连接管（12）上，连接管（12）两端设置有螺纹，连接管（12）上端与双壁钻杆内管（15）配合连接，连接管（12）下端与钻头内体（2）配合连接；涡轮转子（10）固定在钻头体（6）上，钻头体（6）与双壁钻杆外管（14）间设置有密封圈（13）。
2.根据权利要求1所述的一种冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具，其特征在于：其特征在于：所述的内喷孔（9）的倾角α为30°~50°、直径为10~50mm、数量为2~6个。
CN201310645162.6A 2013-12-05 2013-12-05 冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具 Expired - Fee Related CN103643913B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310645162.6A CN103643913B (zh) 2013-12-05 2013-12-05 冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310645162.6A CN103643913B (zh) 2013-12-05 2013-12-05 冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103643913A true CN103643913A (zh) 2014-03-19
CN103643913B CN103643913B (zh) 2018-01-30

Family

ID=50249185

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310645162.6A Expired - Fee Related CN103643913B (zh) 2013-12-05 2013-12-05 冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103643913B (zh)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103967421A (zh) * 2014-05-28 2014-08-06 吉林大学 一种强力抽吸式反循环取心钻头
CN106257265A (zh) * 2016-08-04 2016-12-28 吉林大学 一种用于海洋天然气水合物勘探的单动旋转取样钻具
CN106481297A (zh) * 2016-12-02 2017-03-08 吉林大学 一种涡流管式保温取样钻具
CN106677707A (zh) * 2017-03-22 2017-05-17 吉林大学 一种空气反循环连续取心冰钻钻头
CN106907106A (zh) * 2017-04-29 2017-06-30 吉林大学 热水驱动自旋转冰层取芯钻进方法及装置
CN106907111A (zh) * 2017-04-29 2017-06-30 吉林大学 极地积雪层快速钻进用空气旋喷钻头
CN107401386A (zh) * 2017-08-03 2017-11-28 中石化石油工程技术服务有限公司 一种石油钻井取心震动防堵短接
CN107620578A (zh) * 2017-11-02 2018-01-23 吉林大学 一种冰层钻进用铠装电缆式电动机械双管取心钻具
CN108868595A (zh) * 2018-07-26 2018-11-23 吉林大学 一种极地冰层空气反循环快速钻探***
CN113309472A (zh) * 2021-07-02 2021-08-27 重庆大学 一种三通道反循环钻头
CN114086882A (zh) * 2022-01-20 2022-02-25 中国地质科学院勘探技术研究所 一种适用于极地冰盖钻进的装置及方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003048505A1 (en) * 2001-12-06 2003-06-12 Corion Diamond Products Ltd. Coring system and method
CN1730898A (zh) * 2005-09-05 2006-02-08 中国大陆科学钻探工程中心 井底马达和冲击器驱动的组合式取心钻进***
CN202194564U (zh) * 2011-06-23 2012-04-18 北京探矿工程研究所 一种可以应用于绳索取心钻进的涡轮钻具
CN203175449U (zh) * 2013-04-02 2013-09-04 中国石油集团长城钻探工程有限公司 一种双作用取芯式反循环打捞篮
CN103397847A (zh) * 2013-07-08 2013-11-20 吉林大学 冰层快速空气钻进反循环连续取心钻头

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003048505A1 (en) * 2001-12-06 2003-06-12 Corion Diamond Products Ltd. Coring system and method
CN1730898A (zh) * 2005-09-05 2006-02-08 中国大陆科学钻探工程中心 井底马达和冲击器驱动的组合式取心钻进***
CN202194564U (zh) * 2011-06-23 2012-04-18 北京探矿工程研究所 一种可以应用于绳索取心钻进的涡轮钻具
CN203175449U (zh) * 2013-04-02 2013-09-04 中国石油集团长城钻探工程有限公司 一种双作用取芯式反循环打捞篮
CN103397847A (zh) * 2013-07-08 2013-11-20 吉林大学 冰层快速空气钻进反循环连续取心钻头

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103967421B (zh) * 2014-05-28 2016-05-25 吉林大学 一种强力抽吸式反循环取心钻头
CN103967421A (zh) * 2014-05-28 2014-08-06 吉林大学 一种强力抽吸式反循环取心钻头
CN106257265B (zh) * 2016-08-04 2018-11-27 吉林大学 一种用于海洋天然气水合物勘探的单动旋转取样钻具
CN106257265A (zh) * 2016-08-04 2016-12-28 吉林大学 一种用于海洋天然气水合物勘探的单动旋转取样钻具
CN106481297A (zh) * 2016-12-02 2017-03-08 吉林大学 一种涡流管式保温取样钻具
CN106481297B (zh) * 2016-12-02 2018-08-07 吉林大学 一种涡流管式保温取样钻具
CN106677707A (zh) * 2017-03-22 2017-05-17 吉林大学 一种空气反循环连续取心冰钻钻头
CN106907106A (zh) * 2017-04-29 2017-06-30 吉林大学 热水驱动自旋转冰层取芯钻进方法及装置
CN106907111A (zh) * 2017-04-29 2017-06-30 吉林大学 极地积雪层快速钻进用空气旋喷钻头
CN106907106B (zh) * 2017-04-29 2023-05-16 吉林大学 热水驱动自旋转冰层取芯钻进方法及装置
CN107401386A (zh) * 2017-08-03 2017-11-28 中石化石油工程技术服务有限公司 一种石油钻井取心震动防堵短接
CN107620578A (zh) * 2017-11-02 2018-01-23 吉林大学 一种冰层钻进用铠装电缆式电动机械双管取心钻具
CN107620578B (zh) * 2017-11-02 2023-12-12 吉林大学 一种冰层钻进用铠装电缆式电动机械双管取心钻具
CN108868595B (zh) * 2018-07-26 2019-03-12 吉林大学 一种极地冰层空气反循环快速钻探***
CN108868595A (zh) * 2018-07-26 2018-11-23 吉林大学 一种极地冰层空气反循环快速钻探***
CN113309472A (zh) * 2021-07-02 2021-08-27 重庆大学 一种三通道反循环钻头
CN114086882A (zh) * 2022-01-20 2022-02-25 中国地质科学院勘探技术研究所 一种适用于极地冰盖钻进的装置及方法
CN114086882B (zh) * 2022-01-20 2022-06-24 中国地质科学院勘探技术研究所 一种适用于极地冰盖钻进的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103643913B (zh) 2018-01-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103643913A (zh) 冰层空气涡轮反循环连续取心孔底动力钻具
CN103397847A (zh) 冰层快速空气钻进反循环连续取心钻头
WO2011035280A3 (en) Systems and methods for improving drilling efficiency
MY166114A (en) Method of and apparatus for drilling a subterranean borehole
US10787886B2 (en) Auxiliary feeding device for flexible pipe of radial horizontal well
CN203669921U (zh) 松软破碎煤层瓦斯抽采孔跟管钻进装置
CN103306657B (zh) 一种煤层割缝卸压增透和缝槽保持装置及方法
CN204984343U (zh) 一种分体组合式囊袋封孔装置
CN203905824U (zh) 一种径向侧钻旋转自进式多孔射流钻头
CN104632112A (zh) 一种贯通式潜孔锤反循环钻进结构
CN202325239U (zh) 水力喷射径向钻孔装置
CN203145829U (zh) 基于锚索钻机的小孔径钻孔与水力割缝一体化装置
CN203321327U (zh) 冰层快速空气钻进反循环连续取心钻头
CN105089499A (zh) 煤矿井下水力喷射树状钻孔导向装置及导向方法
CN207004427U (zh) 极地冰下基岩热水取心钻进装置
CN205297337U (zh) 一种钻井用扩孔掏穴器
CN102943635B (zh) 变径、减磨钻柱扶正器
CN104763324A (zh) 一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备及其施工方法
CN202451094U (zh) 一种水压式割管器
CN105156054A (zh) 松散破碎地层用局部反循环取芯钻具
CN110984878B (zh) 一种城市深埋隧道勘察孔绳索取芯钻进装置
CN209799868U (zh) 一种多金属矿竖井钻孔防斜纠偏装置
CN104453723A (zh) 一种高粘性土土层长螺旋桩高压水气混合成孔的施工方法
CN204511291U (zh) 一种取芯式入岩的大直径成孔施工设备
CN102536123A (zh) 气举反循环金刚石钻头

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180130