地质钻探取管装置及取管方法

171 编辑：中冶有色技术网来源：金川集团工程建设有限公司矿山工程分公司, 中国地质科学院探矿工艺研究所

2024-12-24 15:30:08

权利要求

1.一种地质钻探取管装置，其特征在于，包括芯轴(6)、外悬挂接头(2)、内悬挂接头(1)以及卡瓦结构(3)，所述芯轴(6)设置于所述内悬挂接头(1)内，所述卡瓦结构(3)套设于所述芯轴(6)的外侧壁上，所述外悬挂接头(2)套设于所述内悬挂接头(1)的外侧壁上，所述外悬挂接头(2)与所述卡瓦结构(3)可拆卸连接，所述芯轴(6)内设有用于控制卡瓦结构(3)的瓦片径向运动扩径结构。

2.根据权利要求1所述的一种地质钻探取管装置，其特征在于，所述卡瓦结构(3)包括卡瓦连接件(4)以及多个卡瓦(16)，所述卡瓦连接件(4)与外悬挂接头(2)可拆卸连接，多个所述卡瓦(16)环绕设置于卡瓦连接件(4)的外壁上，所述卡瓦连接件(4)的外壁上开设有多个安装槽，所述安装槽内均设有与所述卡瓦(16)连接的限位架(17)。

3.根据权利要求2所述的一种地质钻探取管装置，其特征在于，所述扩径结构包括多个顶杆(21)，所述芯轴(6)的外侧壁上开设有环形凹槽，所述环形凹槽内设有位移座，所述位移座的外侧壁上环绕设有多个与所述顶杆(21)一一对应的沉槽(18);所述沉槽(18)的槽底上开设有第二斜面，所述第二斜面的反向延长线与所述芯轴(6)的轴线相交，且二者之间的夹角为锐角;所述第二斜面的侧壁上开设有导向槽(19)，所述导向槽(19)内滑动设有与所述顶杆(21)连接的导向块(20)，所述顶杆(21)与滑动设置于所述安装槽内的限位架(17)连接，所述顶杆(21)上套设有与所述沉槽(18)连接的调节弹簧(22);所述内悬挂接头(1)的内壁上的开设有注液通道(10)，所述外悬挂接头(2)与所述内悬挂接头(1)之间设有与所述注液通道(10)连通的增压腔室(11)。

4.根据权利要求3所述的一种地质钻探取管装置，其特征在于，所述外悬挂接头(2)与所述芯轴(6)之间设有安装腔室，所述安装腔室内设有与所述卡瓦连接件(4)连接的第一弹簧(12)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种地质钻探取管装置，其特征在于，所述芯轴(6)背离所述内悬挂接头(1)的端部设有扩铣结构。

6.根据权利要求5所述的一种地质钻探取管装置，其特征在于，所述扩铣结构包括钻头架(5)，所述芯轴(6)内沿其轴向开设有供液通道，所述供液通道与所述内悬挂接头(1)连通，所述钻头架(5)安装于所述芯轴(6)上，所述钻头架(5)与所述供液通道连通;所述钻头架(5)的外侧壁上环绕设有多个安装口(7)，所述安装口(7)内均转动设有扩铣钻头(8)，所述钻头架(5)内滑动设有活塞件(14)，所述活塞件(14)套设有与所述钻头架(5)的内壁连接的第二弹簧(24)，所述扩铣钻头(8)的内侧开设有内弧面，所述内弧面的中段与活塞件(14)的自由端抵接。

7.根据权利要求6所述的一种地质钻探取管装置，其特征在于，所述钻头架(5)的自由端上设有导向扶正器(9)。

8.根据权利要求2所述的一种地质钻探取管装置，其特征在于，所述芯轴(6)的外侧壁上设有椎台结构，所述卡瓦(16)的内侧壁上开设有与所述椎台结构的锥面适配的第一斜面。

9.根据权利要求2所述的一种地质钻探取管装置，其特征在于，所述卡瓦(16)的自由端外壁上设有齿槽结构。

10.一种地质钻探取管方法，其特征在于，根据权利要求1-9任一项所述的取管装置，取管步骤为：

将安装在芯轴(6)上的扩铣结构下放到需要切割的位置后，卡瓦结构(3)内的卡瓦(16)呈收缩状态;

对钻头架(5)内注入高压洗井液使活塞件(14)在钻头架(5)内的两端压差增大，迫使活塞件(14)向下移动,并通过活塞件(14)推动扩铣钻头(8)向外张开到位切割管壁;

当管壁完全切开时，将高压钻井液通过管道导入内悬挂接头(1)后通过注液通道(10)进入增压腔室(11)内，使外悬挂接头(2)在处于相对静止状态下的芯轴(6)上做沿竖直方向向上的运动;

此时，外悬挂接头(2)牵引卡瓦连接件(4)沿竖直方向运动，并通过扩径结构将限位架(17)推出，从而使卡瓦(16)沿芯轴(6)的径向运动，实现卡瓦结构(3)的扩张，使得卡瓦(16)与待打捞管件的内壁逐渐接触;

随后通过打捞设备提升与内悬挂接头(1)连接的芯轴(6)，芯轴(6)沿竖直方向向上运动，此时椎台结构将挤压卡瓦(16)对施加一个径向的推力，使得卡瓦(16)与待打捞管件的内壁咬合对打捞管件进行打捞操作。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及打捞工具技术领域，具体而言，涉及一种地质钻探取管装置及取管方法。

背景技术

[0002]在地质岩心钻探工程中，经常遇到垮塌和缩径等情况导致频繁的钻孔故障，如钻杆脱扣、钻杆断事故以及孔内技术套管无法提拔等技术问题，给钻孔施工带来了极大的困难，不仅钻探效率低，而且钻孔质量也难以达到地质目的，严重地影响地质勘探工作。

[0003]现有技术中，采用的落物打捞类工具对井下落物的鱼顶形状要求规整，内外径尺寸准确，对应的内、外打捞工具在鱼顶位置必须有足够有效的打捞方式才能捕获落物，捞获的落物在井内不能处于被卡死的状态，否则打捞无法成功，容易受到打捞环境的影响，造成落物打捞效果不佳;在对废弃或损坏不用的套管进行打捞处理时，需先向井下下入切割工具，在合适的位置将套管割断，再将切割工具升到井上。然后将打捞工具下入井下，打捞到割断的套管后，再将套管打捞到井上。上述方式对套管切割后再打捞需向井内下入两次不同工具，不能一次性完成对套管的切割和打捞，造成套管切割打捞效率较为低下。

发明内容

[0004]本发明的目的在于提供一种地质钻探取管装置及取管方法，针对现有技术的不足，其能够解决上述背景技术提出的问题。

[0005]本发明的技术方案这样实现的：

[0006]本发明提供一种地质钻探取管装置，包括芯轴、外悬挂接头、内悬挂接头以及卡瓦结构，芯轴设置于内悬挂接头内，卡瓦结构套设于芯轴的外侧壁上，外悬挂接头套设于内悬挂接头的外侧壁上，外悬挂接头与卡瓦结构可拆卸连接，芯轴内设有用于控制卡瓦结构的瓦片径向运动扩径结构，芯轴背离内悬挂接头的端部设有扩铣结构。

[0007]在本发明的一些技术方案中，卡瓦结构包括卡瓦连接件以及多个卡瓦，卡瓦连接件与外悬挂接头可拆卸连接，多个卡瓦环绕设置于卡瓦连接件的外壁上，卡瓦连接件的外壁上开设有多个安装槽，安装槽内均设有与卡瓦连接的限位架。

[0008]在本发明的一些技术方案中，扩径结构包括多个顶杆，芯轴的外侧壁上开设有环形凹槽，环形凹槽内设有位移座，位移座的外侧壁上环绕设有多个与顶杆一一对应的沉槽;沉槽的槽底上开设有第二斜面，第二斜面的反向延长线与芯轴的轴线相交，且二者之间的夹角为锐角;第二斜面的侧壁上开设有导向槽，导向槽内滑动设有与顶杆连接的导向块，顶杆与滑动设置于安装槽内的限位架连接，顶杆上套设有与沉槽连接的调节弹簧;内悬挂接头的内壁上开设有注液通道，外悬挂接头与内悬挂接头之间设有与注液通道连通的增压腔室。

[0009]在本发明的一些技术方案中，外悬挂接头与内悬挂接头接触的侧壁上设有密封结构。

[0010]在本发明的一些技术方案中，外悬挂接头与芯轴之间设有安装腔室，安装腔室内设有与卡瓦连接件连接的第一弹簧。

[0011]在本发明的一些技术方案中，扩铣结构包括钻头架，芯轴内沿其轴向开设有供液通道，供液通道与内悬挂接头连通，钻头架安装于芯轴上，钻头架与供液通道连通;钻头架的外侧壁上环绕设有多个安装口，安装口内均转动设有扩铣钻头，钻头架内滑动设有活塞，活塞上设有活塞杆，活塞杆套设有与钻头架的内壁连接的第二弹簧，扩铣钻头的内侧开设有内弧面，内弧面的中段与活塞杆的自由端抵接。

[0012]在本发明的一些技术方案中，钻头架的自由端上设有导向扶正器。

[0013]在本发明的一些技术方案中，芯轴的外侧壁上设有椎台结构，卡瓦的内侧壁上开设有与椎台结构的锥面适配的第一斜面。

[0014]在本发明的一些技术方案中，卡瓦的自由端外壁上开设有齿槽结构。

[0015]取管步骤为：

[0016]将安装在芯轴上的扩铣结构下放到需要切割的位置后，卡瓦结构内的卡瓦呈收缩状态;

[0017]对钻头架内注入高压洗井液使活塞在钻头架内的两端压差增大，迫使活塞向下移动，并通过活塞杆推动扩铣钻头向外张开到位切割管壁;

[0018]当管壁完全切开时后，将外界高压钻井液通过管道导入内悬挂接头后通过注液通道进入增压腔室内，使外悬挂接头在处于相对静止状态下的芯轴上做沿竖直方向向上的运动;

[0019]此时，外悬挂接头牵引卡瓦连接件沿竖直方向运动，并通过扩径结构将限位架推出，从而迫使卡瓦沿芯轴的径向运动，实现卡瓦结构的扩张，使得卡瓦与待打捞管件的内壁逐渐接触;

[0020]随后通过打捞设备提升与内悬挂接头连接的芯轴，芯轴沿竖直方向向上运动，此时的椎台结构将挤压卡瓦对施加一个径向的推力，使得卡瓦与待打捞管件的内壁咬合对打捞管件进行打捞操作。

[0021]相对于现有技术，本发明至少具有如下优点或有益效果：

[0022]芯轴内设有用于控制卡瓦结构的瓦片径向运动扩径结构，使得卡瓦结构可适配不同内径的管件，并在卡瓦结构在扩径后与管件咬合，便于对管件进行打捞，提高本结构的适配范围;并且在未对芯轴进行提升的过程中，可通过卡瓦结构在高压钻液的作用下先对管件咬合，避免了较长的咬合距离无法打捞管长较小的待打捞管件;

[0023]椎台结构的锥面将挤压卡瓦上与其适配的第一斜面，从而对位移卡瓦结构内的卡瓦施加一个径向的推力，与扩径结构共同配合对卡瓦限位，防止卡瓦回退，造成卡瓦与管件的咬合失效的问题发生;

[0024]扩铣结构采用楔顶张敛原理，利用液压推动的力量使扩铣钻头与套管内壁抵接，随后通过旋转打捞设备的旋转伸缩端带动扩铣结构做圆周运动后实现切割管体的目的，扩铣结构与卡瓦结构共同配合可一次性完成对套管的切割和打捞，提高套管切割打捞效率。

附图说明

[0025]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

[0026]图1为本发明的立体结构示意图;

[0027]图2为本发明的第一视角半剖视结构示意图;

[0028]图3为本发明的第二视角半剖视结构示意图;

[0029]图4为本发明中卡瓦结构与芯轴组合后的半剖结构示意图;

[0030]图5为本发明中卡瓦结构的立体示意图;

[0031]图6为图4中A处的局部放大结构示意图;

[0032]图7为导向扶正器剖视结构示意图。

[0033]图标：1、内悬挂接头;2、外悬挂接头;3、卡瓦结构;4、卡瓦连接件;5、钻头架;6、芯轴;7、安装口;8、扩铣钻头;9、导向扶正器;10、注液通道;11、增压腔室;12、第一弹簧;13、润滑块;14、活塞件;15、限位块;16、卡瓦;17、限位架;18、沉槽;19、导向槽;20、导向块;21、顶杆;22、调节弹簧;23、限位环;24、第二弹簧;25、位移座。

具体实施方式

[0034]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

[0035]因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0036]实施例

[0037]请参照图1-图7所示。

[0038]本发明提供一种地质钻探取管装置及取管方法，如图1、图2所示，包括内部开设有中心孔的芯轴6、呈管件结构的外悬挂接头2、呈管件结构的内悬挂接头1以及卡瓦结构3，芯轴6的其中一端通过车削工艺车削出阶梯轴颈，轴颈穿设于内悬挂接头1内并且二者螺纹连接;卡瓦结构3套设于芯轴6的外侧壁上，并且二者可沿芯轴6的轴向做相对滑移的运动;外悬挂接头2套设于内悬挂接头1的外侧壁上，二者间隙配合，可相互滑移;外悬挂接头2与卡瓦结构3可拆卸连接，此时外悬挂接头2即可带动卡瓦结构3沿芯轴6的轴向往复运动，芯轴6内设有用于控制卡瓦结构3的瓦片径向运动扩径结构，使得卡瓦结构可适配不同内径的管件，并在卡瓦结构3在扩径后与管件咬合，便于对管件进行打捞，提高本结构的适配范围。

[0039]在本发明的一些技术方案中，卡瓦结构3包括为管件结构的卡瓦连接件4以及多个卡瓦16，卡瓦连接件4的端部通过车削工艺车削出阶梯轴颈，轴颈穿设于外悬挂接头2内并且二者螺纹连接，卡瓦16呈弧形，设置的卡瓦16数量为6个，当6个卡瓦16依次相互拼接后整体呈环形，卡瓦连接件4与外悬挂接头2可拆卸连接，多个卡瓦16环绕设置于卡瓦连接件4的外壁上，卡瓦连接件4的外壁上开设有多个呈楔形的安装槽，安装槽内均设有与卡瓦16连接的限位架17，限位架17的横截面为等腰梯形，限位架17的上底边与卡瓦16连接，且限位架17滑动设置在安装槽内，二者之间的摩擦系数较小。

[0040]在本发明的一些技术方案中，扩径结构包括多个顶杆21，芯轴6的外侧壁上开设有环形凹槽，环形凹槽内设有位移座，位移座25为两个半圆环通过沉头螺栓拼接后呈环状，位移座25可在环形凹槽内沿芯轴6的轴线往复运动，位移座的外侧壁上环绕设有多个与顶杆21一一对应的沉槽18，沉槽18的数量为6个，顶杆21的数量也为6个;沉槽18的槽底上开设有第二斜面，第二斜面的反向延长线与芯轴6的轴线相交，且二者之间的夹角为锐角，如此沉槽18的横截面为直角梯形;第二斜面的侧壁上开设有导向槽19，导向槽19内滑动设有与顶杆21连接的导向块20，导向块20呈球形，其大部分嵌设在导向槽19内，顶杆21与滑动设置于安装槽内的限位架17固定连接，顶杆21上套设有与沉槽18连接的调节弹簧22，并在顶杆21上设有与调节弹簧22抵接的限位环23;

[0041]内悬挂接头1的内壁上的开设有注液通道10，外悬挂接头2与内悬挂接头1之间设有增压腔室11，增压腔室11与注液通道10连通的。上述结构便于在外界高压钻井液通过管道导入内悬挂接头1，随后通过注液通道10进入增压腔室11内时，使外悬挂接头2在处于静止不动状态的芯轴6上做沿竖直方向向上的运动，从而启动扩径结构迫使卡瓦16沿芯轴16的径向运动，实现卡瓦结构3的扩张，使得卡瓦结构3可适配不同内径的管件，扩径后卡瓦结构3随即可与管件咬合，便于随后通过内悬挂接头1提升芯轴6，即可对管件进行打捞，通过上述结构可提高本结构的适配范围。

[0042]在本发明的一些技术方案中，外悬挂接头2与内悬挂接头1接触的侧壁上设有密封结构。密封结构为密封圈，设置的密封圈设置在外悬挂接头2的内侧上，可将位于外悬挂接头2与内悬挂接头1相对侧壁之间设置的增压腔室11进行密封，使其处于动态密封的状态，避免钻井液泄漏，造成本结构内的扩径结构无法顺利展开的问题发生。

[0043]在本发明的一些技术方案中，外悬挂接头2与芯轴6之间设有安装腔室，安装腔室内设有与卡瓦连接件4连接的第一弹簧12。第一弹簧12在外界高压钻井液不继续通过管道导入内悬挂接头1后通过注液通道10进入增压腔室11，即可使卡瓦结构可自动回复到初始位置，随即卡瓦16不在于管件内壁咬合，便于后期脱管，加快施工进度。

[0044]在本发明的一些技术方案中，芯轴6的外侧壁上设有与其一体成型的椎台结构，卡瓦16的内侧壁上开设有与椎台结构的锥面适配的第一斜面。上述结构在操作人员通过内悬挂接头1提升芯轴6时，芯轴6沿竖直方向向上运动，此时的椎台结构的锥面将挤压卡瓦16上与其适配的第一斜面，从而对位移卡瓦结构内的卡瓦16施加一个径向的推力，与扩径结构共同配合对卡瓦16限位，防止卡瓦16回退，造成卡瓦与管件的咬合失效的问题发生。

[0045]当外界高压钻井液不继续通过管道导入内悬挂接头1后通过注液通道10进入增压腔室11，也未对芯轴6施加一个沿竖直方向的拉力后，芯轴6上的椎台结构与第一斜面逐渐脱离接触。

[0046]在本发明的一些技术方案中，卡瓦16的自由端外壁上开设有齿槽结构。齿槽结构为通过车削工艺在卡瓦16上开设出的凹槽，用于增加卡瓦16与管件内壁上的内螺纹的接触面积，且齿槽结构占据卡瓦16的较长区域，避免部分卡瓦16外侧壁上的齿槽结构长时间使用后被被磨平后无法与管件进行较好的咬合。

[0047]设置的打捞结构内的扩径结构的具体工作过程为：先将上述结构组装完毕，随后将内悬挂接头1挂靠在打捞设备的伸缩端上，随后下放打捞结构，此时卡瓦16呈收缩状态，卡瓦16随同芯轴6进入待打捞管件内，随后将外界高压钻井液通过管道导入内悬挂接头1后通过注液通道10进入增压腔室11内，使外悬挂接头2在处于相对静止状态下的芯轴6上做沿竖直方向向上的运动，此时，外悬挂接头2牵引卡瓦连接件4沿竖直方向运动，并带动位移座25运动至与环形凹槽的上顶壁抵接的状态，此时，外悬挂接头2继续牵引卡瓦连接件4沿竖直方向运动，位于位移座25内的顶杆21在第二斜面的限制下，逐渐的将限位架17推出，从而迫使卡瓦16沿芯轴16的径向运动，实现卡瓦结构3的扩张，使得卡瓦结构3的外壁与待打捞管件的内壁逐渐接触，二者构咬合后，此时，高压的钻井液持续注入内悬挂接头1内;随后通过打捞设备提升与内悬挂接头1连接的芯轴6，芯轴6沿竖直方向向上运动，此时的椎台结构的锥面将挤压卡瓦16上与其适配的第一斜面，从而对位移卡瓦结构内的卡瓦16施加一个径向的推力，并且芯轴6沿竖直方向向上运动的过程中，与其连接的内悬挂接头1将继续沿竖直方向向上运动，位于其内部的注液通道10,将从与增压腔室11连通的状态变为关闭状态，增压腔室11变为一个封闭的状态，其仍存留有高压钻井液，当位于芯轴6上的椎台结构对卡瓦16限位，此时卡瓦16与管件内壁咬合，可对管件进行打捞，随即，可停止对内悬挂接头1内继续注入高压的钻井液持续，也不会出现卡瓦16回退的问题，起到节约资源的目的。

[0048]在本发明的一些技术方案中，芯轴6背离内悬挂接头1的端部可拆卸设有扩铣结构。设置的结构可随同打捞结构一同下放至待打捞的管件内，对废弃或损坏不用的套管割断后再进行打捞。

[0049]扩铣结构包括钻头架5为内部中空的管件结构，芯轴6内沿其轴向开设有供液通道，供液通道与内悬挂接头1连通，钻头架5安装于芯轴6上，芯轴6与钻头5通过螺纹连接的方式可拆卸连接，钻头架5与供液通道连通;钻头架5的外侧壁上环绕设有多个呈矩形的安装口7，安装口7内均通过轴杆转动设有扩铣钻头8，扩铣钻头8整体呈弧形月牙状结构，钻头架5内滑动设有活塞件14，活塞件14包括活塞以及活塞上设有与其一体成型的活塞杆，活塞与钻头架5内壁之间设有密封圈，确保二者可以相对滑动，，活塞杆套设有与钻头架5的内壁连接的第二弹簧24，扩铣钻头8的内侧开设有内弧面，内弧面的中段与活塞杆的自由端抵接。

[0050]优选的，供液通道与注液通道通过个两个注液管道分别进行供液操作，避免二者发生相互干扰，影响本打捞装置的正常运行。

[0051]优选的，在钻头架5的中下部开设有泄流孔。

[0052]扩铣结构采用楔顶张敛原理，利用液压推动的力量使扩铣钻头8与套管内壁抵接，随后通过旋转打捞设备的旋转伸缩端带动扩铣结构做圆周运动后实现切割管体的目的。

[0053]将安装在芯轴6上的扩铣结构下放到需要切割的位置后，在停泵的条件下，按规定的转速旋转钻具，数分钟后按规定的排量开泵循环钻井液。由于调压总成的限流作用，使活塞在钻头架5内的两端压差增大，迫使活塞向下移动，并通过活塞杆推动铣割钻头向外张开切割管壁。扩铣钻头8共有四只为一组，扩铣钻头8的内侧为斜凸面,在铣割刚开始时，扩铣钻头未张开到位，泵压处于高位状态，随着活塞杆下移，四只扩铣钻头8张开切割管体，当管壁完全切开时，活塞总成中的活塞运动至泄流孔的下侧，供液通道与管道内部通过泄流孔连通，如此限流塞完全打开,这时供液通道内的循环压力会有明显的下降，这是管壁切断完毕后的指示。

[0054]如要通过扩铣结构铣切下部管体作业，当管壁被扩铣钻头8切穿之后，扩铣钻头8也随即完全张开，可以继续向下铣切管体。完成作业后,停止循环钻井液，活塞总成在弹簧力的作用下向上移动，同时刀片自动收拢，此时将上述结构提至鱼头顶部，打捞上部套管，也可从井眼内起出工具。

[0055]在本发明的一些技术方案中，钻头架5的自由端上设有导向扶正器9。导向扶正器9便于上述打捞结构顺利进入待打捞管件内，加快本结构的施工进度。导向扶正器9的外侧壁上设有润滑块13，润滑块13嵌设在导向扶正器9外侧壁上开设有的齿槽内，避免导向扶正器9与待打捞管件接触时出现干摩擦现象，造成导向扶正器9的磨损加剧。

[0056]以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

说明书附图(7)