用于岩芯取样的声波钻头制造技术

一种用于岩芯取样的钻头，包括：本体，其具有中心轴线和第一端部，第一端部具有锥形外表面和与中心轴线横交的半径；以及钻刀，其具有以相对于半径成一定轴向角在第一端部上定向的刀刃面，以将钻探过程中的已移动材料移离第一端部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请总体涉及钻头以及制造和使用这种钻头的方法。特别地，本申请涉及用于采集芯样的声波钻头以及用于制造和使用这种钻头的方法。
技术介绍
钻探工艺经常用于从地表面下取出所需材料的样本。在传统钻探工艺中，开式钻头附接到岩芯管的底部或前边缘。岩芯管附接到钻柱，钻柱是随着岩芯管移入地岩层内更深处时，逐个部分地组装在一起的一系列带螺纹并且连接在一起的钻杆。岩芯管旋入和/或推入所需地岩层内，以获取所需材料的样本(常称作芯样)。当获取芯样时，取出包含芯样的岩芯管。然后，可从岩芯管取出芯样。具有比岩芯管直径大的直径的外套管可用于保持敞开的钻孔。与岩芯管相似，套管可包括开式钻头，该开式钻头连接到钻柱，但同样具有比岩芯管宽大的直径。通过将钻杆的各部分降下和提出钻孔，外套管以与岩芯管相同的方式钻进和移出。在绳索钻探工艺中，岩芯管可下降到外套管内，然后在期望位置锁定到位。外套管可具有连接到钻柱的钻头，并钻进地岩层。其后，岩芯管和套管钻进地岩层，由此迫使芯样进入岩芯管。当获取芯样时，利用绳索系统撤出岩芯管，移出芯样，以及利用绳索系统将岩芯管降回到套管内。当岩芯管钻进时，位于钻头刃面处和前面处的材料被移动。该移动的材料将选择具有最小阻力的路径行进，这可使已移动的材料进入岩芯管。该已移动材料可产生被扰动的、长形的、紧凑的、以及在某些情况下为加热的芯样。另外，该已移动材料经常被朝外推入地岩层内，这可使地岩层压紧并改变地岩层的原来状态。此外，已移动材料也可进入外套管和钻孔壁之间的环形空隙内，致使摩擦和热量增大，以及致使套管变粘并粘附于钻孔内。当套管变粘或粘滞时，由于需要拉出套管并扩整和清除钻孔，钻探工艺减慢或甚至停止。并且，变粘或粘滞的套管也可需要使用水、泥浆、或空气移除过量材料并清除外套管。附加的流体也可扰动样本，并且污染钻孔。当钻探坚硬和/或干质地岩层时，可产生附加的困难。特别地，当钻探坚硬和/或干质地岩层时，已移动材料可难于移动。结果，经常多次重新钻探材料，从而产生热、低效以及粘附套管。
技术实现思路
一种用于岩芯取样的钻头，包括：本体，其具有中心轴线和第一端部，第一端部具有锥形外表面和与中心轴线横交的半径；以及钻刀，其具有以相对于半径成轴向角定向在第一端部上的刀刃面，以将钻探过程中的已移动材料移离第一端部。因此，这些钻头将已移动材料移离第一端部和岩芯管的入口。该设计容许采集具有高度代表性的、被最小程度地扰动的芯样。-->附图说明结合附图可更好地理解以下描述，其中：图1A图示根据一个示例的钻探系统的地表部分；图1B图示钻探系统的孔下部分；图1C图示根据一个示例的钻探系统的孔下部分；图2A图示根据一个示例的提升式钻头；图2B图示根据一个示例的提升式钻头；图3A图示根据一个示例的提升式钻头的立体图；图3B图示根据一个示例的提升式钻头的主视图；以及图3C图示根据一个示例的提升式钻头的平面图。附图与下述一起显示和解释该设备以及使用该钻头的方法的原理。在附图中，为了清楚起见可放大部件的厚度和构造。不同附图中的同一参考标号表示同一部件。具体实施方式下述给出特定细节以便于能透彻理解。然而，本领域技术人员可理解，可在不利用这些特定细节的情况下实施和使用这些设备以及利用这些设备的方法。事实上，可通过修改图示的设备及其关联方法来实施这些设备及其关联方法，且这些设备及其关联方法可结合产业中传统使用的其它任何设备和技术一起使用。例如，尽管以下描述集中于用于获取芯样的声波钻头，但这些设备及其关联方法可同样应用于其它钻探设备和工艺，例如金刚石钻头以及其它振动和/或转动钻探系统。图1A至1C图示根据一个示例的钻探系统100。特别地，图1A图示钻探系统100的地表部分，而图1B图示钻探系统的地下部分。因此，图1A图示示出了钻机头组件105的钻探系统100的地表部分。钻机头组件105可耦接到桅杆110，桅杆110转而耦接到钻机115。钻机头组件105构造成具有耦接到钻机头组件105的钻杆120。如图1A和1B所示，钻杆120可转而与另外的钻杆耦接到一起以形成外套管125。外套管125可耦接到第一钻头130，第一钻头130构造成与诸如地岩层135的待钻探材料相界接。钻机头组件105可构造成转动外套管125。特别地，在钻探过程中外套管125的转速可根据需要而改变。此外，钻机头组件105可构造成在钻探过程中相对于桅杆110平移，以将轴向力施加到外套管125，从而将钻头130促动进地岩层135。钻机头组件105也可产生传递到钻杆120的振荡力。这些力从钻杆120通过外套管125传递到钻头130。钻探系统100也包括位于外套管125内的岩芯管组件140。岩芯管组件140可包括绳索145、岩芯管150、打捞筒组件155、以及头组件160。在图示示例中，岩芯管150可耦接到头组件160，头组件160转而可以能移除方式耦接到打捞筒组件155。因此，当组装时，绳索145可用于将岩芯管150、打捞筒组件155、以及头组件160降下到外套管125内部的合适位置。头组件160包括锁位机构，锁位机构构造成将头组件160以及因此还有岩芯管150锁定在外套管125内的期望位置。特别地，当岩芯管组件140下降到期望位置时，可利用关联头组件160的锁位机构将头组件160锁定到相对于外套管125的合适位置。也可致动打-->捞筒组件155以使头组件160脱离。其后，由于岩芯管150与头组件160耦接、以及头组件160与外套管125耦接，因此岩芯管150可与外套管125一起转动。有时，诸如为了取出芯样，可能期望将岩芯管150提至地表。为了撤回岩芯管150，可使用绳索145以降下打捞筒组件155使打捞筒组件155与头组件160接合。然后，头组件160可通过将锁位装置拉入头组件160内，而与外套管125脱离。其后，打捞筒组件155、头组件160、以及岩芯管150可提至地表。在至少一个示例中，诸如声波轴径向提升式钻头(sonic axial radial liftbit)200(后文称作提升式钻头200)耦接到岩芯管150。如上所讨论的，岩芯管150可固定到外套管125。因此，提升式钻头200与岩芯管150和外套管125一起转动。在这种示例中，当岩芯管150和外套管125钻进地岩层135时，提升式钻头200扫除进入岩芯管150和外套管125之间环形空隙内的已钻取材料。以此方式移除材料，可通过辅助减少被重新钻探的材料的量、以及减小在钻探系统端部处或附近被压缩的材料所引起的摩擦，提高钻探系统的钻探效率。此外，这种构造可有助于减小岩芯管150和外套管125之间的材料的压紧度，这转而可减小摩擦和/或减少对所得样本的污染。在图示示例中，钻探系统是绳索型系统，其中岩芯管150在末端设置有提升式钻头。在至少一个示例中，如图1C所示，提升式钻头200可耦接到外套管125。这种构造可容许提升式钻头200将已钻取材料扫离钻探界面并引入地岩层和外套管125之间的环形空隙内。在另外的其它示例中，在绳索系统中，两个提升式钻头可耦接到外套管125和岩芯管150中的每一个。尽管在图1B和1C中图示了绳索型系统，但可以理解，钻探系统可包括耦接到一起以形成外套管的多个钻杆和耦接到一起以形成内钻柱的多个内钻杆。提升式钻头2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于岩芯取样的钻头，包括：本体，所述本体具有中心轴线和第一端部，所述第一端部具有锥形外表面和与所述中心轴线横交的半径；以及钻刀，所述钻刀具有以相对于所述半径成轴向角定向在所述第一端部上的刀刃面，以将钻探过程中的已移动材料移离所述第一端部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2008.05.13 US 61/052,904;2008.12.30 US 12/346,3951.一种用于岩芯取样的钻头，包括：本体，所述本体具有中心轴线和第一端部，所述第一端部具有锥形外表面和与所述中心轴线横交的半径；以及钻刀，所述钻刀具有以相对于所述半径成轴向角定向在所述第一端部上的刀刃面，以将钻探过程中的已移动材料移离所述第一端部。2.如权利要求1所述的钻头，其中，所述刀刃面以约5度至约35度的轴向角定向。3.如权利要求1所述的钻头，其中，所述钻刀包括刀刃面，其中所述刀刃面以相对于所述中心轴线成约-60度至约60度之间的攻角定向。4.如权利要求1所述的钻头，其中，所述刀刃面的边缘之间的线以约5度至约35度的扫除角定向。5.如权利要求1所述的钻头，其中，所述第一端部的宽度从末端处的约1/16英寸到约1/8英寸的范围到较宽部的约1/2英寸到约3/4英寸的范围。6.如权利要求1所述的钻头，其中，所述钻刀包括基部和延伸离开所述基部的具有刀刃的刀刃面。7.如权利要求1所述的钻头，还包括多个耦接到所述钻头的外表面的螺旋圈部。8.如权利要求7所述的钻头，还包括位于相邻螺旋圈部之间的沟槽。9.如权利要求8所述的钻头，其中，所述螺旋圈部与所述钻刀对准。10.一种用于岩芯取样的声波钻头，包括：本体，所述本体具有中心轴线和与所述中心轴线垂直的半径，所述本体还包括具有锥形外表面的第一端部；钻刀，所述钻刀位于钻头刃面上，并具有刀刃面和引导面，所述刀刃面以相对于所述半径成1度至89度之间的扫除...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·J·奥索德特，
申请(专利权)人：长年TM公司，
类型：发明
国别省市：美国;US