一种适用于海底钻机的海底沉积物绳索取心三层管钻具

技术领域

本发明涉及一种沉积物绳索取心钻具，尤其是涉及一种适用于海底钻机的海底沉积物绳索取心三层管钻具。

背景技术

深海资源的开发利用已经成为世界各国未来资源战略的一个新热点。随着深海钻探技术的发展，其对钻探取心质量提出了更高的指标要求。在钻进过程中遇到沉积物地层时，若使用常规绳索取心钻具，并采用正循环绳索取心方式进行钻进，由于钻具中充满海水且钻具内的正压较大，容易造成岩心在进入岩心内管过程中阻力过大，导致取心率降低，样品的扰动和二次破坏程度较大，影响岩心样品的完整性和质量。此外，在夹杂有少量薄层岩石或砂层的软硬交错沉积物地层钻进时，常规绳索取心钻具无法同时保证对较软的沉积物和较硬的薄层岩石的取心效果，适应性差。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、可靠性高的适用于海底钻机的海底沉积物绳索取心三层管钻具，它能够提高在海底软硬交错沉积物地层钻进时的取心率。

本发明采用的技术方案是：包括外管总成及内管总成，所述的外管总成包括弹卡挡头、弹卡室、外管、座环、扩孔器和外管钻头；所述的内管总成包括捞矛头机构、弹卡定位机构、悬挂环、内管接头、内管、岩心衬管、定位压环、海捞和内管钻头；捞矛头机构的下端与弹卡定位机构连接，弹卡定位机构上设有悬挂环，通过悬挂环置于外管内的座环上，弹卡定位机构的下端与内管接头的上端连接；内管接头的下端与内管的上端连接，岩心衬管设置在内管中；内管接头上设有用于连通内管和外管之间环状间隙与岩心衬管内腔的水流通路，该水流通路上设有回水球阀；内管接头上还设有用于连通内管和外管之间环状间隙与内管和岩心衬管之间环状间隙的水流通路；内管的下端与内管钻头连接，定位压环设置在内管钻头的内台阶上，内管钻头内定位压环的下方设有海捞；外管钻头与内管钻头之间设有密封圈。

上述的适用于海底钻机的海底沉积物绳索取心三层管钻具中，所述内管接头的底面上沿轴线方向设有盲孔，盲孔为阶梯孔；盲孔内设有隔水套，盲孔的孔口处设有回水球阀；盲孔的顶部沿圆周方向均匀设置有斜孔；斜孔连通盲孔与内管接头和外管之间的间隙；斜孔通过隔水套的内孔、回水球阀与岩心衬管的内腔连通；内管接头的内壁与隔水套外壁之间形成腔隙，内管接头的腔隙处沿圆周方向分别均匀设置有用于连通腔隙与外管和内管之间环状间隙的通孔和用于连通腔隙与内管和岩心衬管之间环状间隙的通孔。

上述的适用于海底钻机的海底沉积物绳索取心三层管钻具中，所述斜孔在内管接头内壁上的孔口高于在内管接头外壁上的孔口，且斜孔在内管接头外壁上的孔口处设有环形凹槽，凹槽的截面呈V形。

上述的适用于海底钻机的海底沉积物绳索取心三层管钻具中，所述内管钻头的内壁上沿圆周方向均匀设置有多个通水槽。

上述的适用于海底钻机的海底沉积物绳索取心三层管钻具中，所述的弹卡定位机构和内管接头之间设置有调节垫圈，调节垫圈能够对内管钻头与外管钻头的相对位置进行调节，所述的内管钻头超前于外管钻头，或与外管钻头平齐，或内缩在外管钻头内。

上述的适用于海底钻机的海底沉积物绳索取心三层管钻具中，所述的定位压环的外圆柱面上沿圆周方向均匀设置有多个通水槽。

上述的适用于海底钻机的海底沉积物绳索取心三层管钻具中，所述的密封圈为U型密封圈或O型密封圈。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明具有双动功能，既可以采用纯压入方式取心，又可以采用回转钻进方式取心，其内管钻头的内壁和定位压环的外圆柱面上沿圆周方向均匀布置有多个通水槽，配合本发明中具有分水功能的内管接头一起使用，在采用回转钻进方式进行钻进时，可以使冲洗液沿岩心衬管与内管之间的环状间隙流经孔底，有效避免了冲洗液对岩心衬管中样品的直接冲刷，减小了样品的扰动；

2）本发明内管接头上的斜孔在内管接头外壁上的孔口处设有环形凹槽，凹槽的截面呈V形，在采用回转钻进方式进行钻进时，高速流经环形凹槽的冲洗液能够在凹槽附近形成一个负压区，使岩心衬管内产生抽吸效应，有利于岩心衬管内的水沿斜孔顺利排出，提高取心率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2是本发明的定位压环的结构示意图。

图中：1-捞矛头机构；2-弹卡挡头；3-弹卡室；4-弹卡机构；5-悬挂环；6-座环；7-调节垫圈；8-外管；9-内管接头；10-隔水套；11-回水球阀；12-内管；13-岩心衬管；14-扩孔器；15-定位压环；16-海捞；17-内管钻头；18-密封圈；19-外管钻头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明包括外管总成和内管总成，内管总成置于外管总成内。所述外管总成包括弹卡档头2、弹卡室3、座环6、外管8、扩孔器14和外管钻头19；弹卡档头2、弹卡室3、外管8、扩孔器14和外管钻头19依次连接；座环6安装在外管8的内壁上。

所述的内管总成包括捞矛头机构1、弹卡定位机构4、悬挂环5、调节垫圈7、内管接头9、内管12、岩心衬管13、定位压环15、海捞16和内管钻头17；捞矛头机构1的下端与弹卡定位机构4连接，弹卡定位机构4的下部设有悬挂环5，悬挂环5置于外管8内的座环6上，弹卡定位机构4的下端与内管接头9的上端连接，弹卡定位机构4和内管接头9之间设置有调节垫圈7；通过调整弹卡定位机构4和内管接头9之间的调节垫圈7的个数，能够对内管钻头17与外管钻头19的相对位置进行调节，实现内管钻头17内缩在外管钻头19内，或与外管钻头19齐平，或超前于外管钻头19。内管接头9的下端与内管12的上端连接；岩心衬管13设置在内管12中；内管12的下端与内管钻头17连接，定位压环15设置在内管钻头17的内台阶上，岩心衬管13的下端设置在定位压环15内孔的台阶面上。内管钻头17内定位压环15的下方设有海捞16。外管钻头19与内管钻头18之间设有密封圈18，密封圈18采用的是U型密封圈或O型密封圈。

所述的内管接头9的底面上沿轴线方向设有盲孔91，盲孔91为阶梯孔。盲孔91内安装有隔水套10，盲孔91的孔口处设有回水球阀11。盲孔91的顶部沿圆周方向均匀设置有多个斜孔92，斜孔92连通盲孔91与内管接头9和外管8之间的间隙。斜孔92通过隔水套10的内孔、回水球阀11与岩心衬管13的内腔连通，形成用于连通内管接头9和外管8之间环状间隙与岩心衬管13内腔的水流通路，回水球阀11为单向阀，只允许冲洗液从岩心衬管13的内腔流向内管接头9和外管8之间的环状间隙。所述的斜孔92在内管接头内壁处的孔口高于在内管接头外壁处的孔口，且斜孔92在内管接头外壁上的孔口处设有环形凹槽，凹槽的截面呈V形。当本发明采用回转钻进方式进行钻进时，高速流经环形凹槽的冲洗液能够在凹槽附近形成一个负压区，使岩心衬管13内产生抽吸效应，有利于岩心衬管13内的水顺利沿斜孔92排出，提高取心率。

盲孔91的内壁中部与隔水套10的外壁之间形成腔隙，内管接头9的腔隙处沿圆周方向均匀设置有多个用于连通腔隙与外管8和内管12之间环状间隙的通孔93和多个用于连通腔隙与内管12和岩心衬管13之间环状间隙的通孔94。通孔93、腔隙和通孔94构成用于连通内管接头9和外管8之间环状间隙与内管12与岩心衬管13之间环状间隙的水流通路。

如图1、2所示，所述内管钻头17的内壁上沿圆周方向均匀设置有多个通水槽171，通水槽171沿内管钻头17的轴向设置。所述的定位压环15的外圆柱面上沿圆周方向均匀布置有多个通水槽151，通水槽151沿定位压环15的轴线方向设置。

本发明的外管钻头19和内管钻头17之间设有密封圈18，使得内管8和外管6之间环状间隙得到有效密封，配合钻机上的抽吸装置，可以使本发明内形成活塞式负压，实现抽吸绳索取心，阻止岩心下滑，提高海底沉积物的绳索取心率。本发明的内管钻头17的内壁及定位压环15的外圆柱面上均设置有通水槽，配合本发明的内管接头9使用，可以使冲洗液沿岩心衬管13及内管12的环状间隙流经孔底，有效避免了冲洗液对岩心衬管13中样品的直接冲刷，减小样品的扰动，使得本发明的可靠性高。本发明具有双动功能，内管钻头17和内管总成可随外管8一同转动，既可以采用纯压入钻进方式取沉积物，又可以采用回转钻进方式取硬岩岩心。

本发明的具体使用方法如下：当遇到沉积物地层时，下放本发明的内管总成进行钻进，钻进的过程中，水泵停止向孔内供水，本发明在钻机动力头的带动下，压入沉积物地层。当本发明压入沉积物地层进行绳索取心作业时，钻机上的抽吸装置通过供水管从钻杆及绳索取心钻具内抽水，通过合理设计抽吸装置的性能参数，使得抽吸装置从钻杆及本发明的内腔抽取的水量与因沉积物进入本发明而向钻杆内腔的排水量基本相等，本发明内形成活塞式负压，提高了本发明的绳索取心率。当沉积物地层中夹杂有少量薄层岩石时，钻具采用回转钻进方式，内管钻头及内管总成随外管一同转动破碎岩石；水泵向孔内供水，冷却水经内管接头9，沿内管12与岩心衬管13之间的环状间隙流经孔底，避免了冷却水对岩心衬管13中样品的直接冲刷，减小了样品的扰动。