冰层钻进装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于冰层钻进的技术领域，尤其涉及冰层钻进装置及方法，冰层钻进装置包括钻头、底部连接座和轻量化套管。其中，钻头的外周壁间隔设有多个插接件；底部连接座的顶端敞口并供钻头插入，底部连接座的底端内壁上设置有与插接件插接配合的卡接件；轻量化套管的端部与底部连接座的顶端通过轴承连接，轻量化套管用于井壁稳定。在进行钻进工作时，钻头转动通过插接件与卡接件的插接配合带动底部连接座转动，同时，轻量化套管随着钻头的深入对已完成掘进的井壁进行加固，在到达预设深度后，停止钻进作业同时井壁的加固也已完成，从而不需要在进行起钻作业结束后再进行下入表层套管以及技术套管作业，从而节省大量时间，进而使钻井井壁能够被及时加固。井井壁能够被及时加固。井井壁能够被及时加固。

【技术实现步骤摘要】
冰层钻进装置及方法


[0001]本专利技术属于冰层钻进的
，尤其涉及一种冰层钻进装置及方法。

技术介绍

[0002]南极大陆是地球上最古老的大陆之一，它不仅保存有多种多样的古老克拉通陆块，还是探索地球早期演化的理想场所，其科学意义非常突出。获取冰盖下基岩岩心并对其进行深入分析，可以推断地壳形成和演变过程、大陆互相碰撞和挤压的历史过程、板块构造理论等，从而了解南极内陆地质构造历史，研究南极冰层的冻融、滑移和变形速度，以及冰川动力学及气候变化都具有非常重要的意义。由于南极大陆运输条件不发达，物资匮乏，气候恶劣等不利因素，因此在南极大陆开展钻进工作难度极大。南极大陆浅冰层易发生塌陷，因此保证井壁稳定性至关重要。
[0003]现有技术中，在钻进到达预设钻井深度后，需要进行起钻作业，再通过下管作业将表层套管下入钻井内进行井壁加固。针对上述相关技术，由于起钻作业和下入表层套管均需要耗费大量时间，可能导致在此期间发生井壁坍塌。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提出一种冰层钻进装置及方法，旨在改善现有技术中由于需要进行起钻和下管作业导致井壁无法及时加固的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供一种冰层钻进装置，包括：
[0006]钻头，包括钻进端和进液端，所述进液端的端面与钻井液流道连通，所述钻进端的端面设有多个第一切削刃，所述钻头的外周壁间隔设有多个插接件；
[0007]底部连接座，顶端敞口并供所述钻头插入，底端开设有用于避让所述钻进端的避让孔，所述底部连接座的底端内壁上设置有与所述插接件插接配合的卡接件，所述底部连接座的底端外壁设有多个第二切削刃；和
[0008]轻量化套管，端部与所述底部连接座的顶端通过轴承连接，所述轻量化套管用于井壁稳定。
[0009]在本专利技术的实施例中，所述插接件与所述卡接件的数量均为多个且相同，多个所述插接件沿所述钻头的周向均匀布置，多个所述卡接件沿所述底部连接座的周向均匀间隔布置，每个卡接件形成与所述插接件插接配合的插接槽。
[0010]在本专利技术的实施例中，每个所述卡接件包括两个卡接部，两个所述卡接部相对的一侧形成与所述插接件适配的所述插接槽。
[0011]在本专利技术的实施例中，当所述插接件与所述插接槽插接后，所述插接槽的槽底与所述插接件之间形成有间隙，多个所述第一切削刃和多个所述第二切削刃的外部切削面所在的平面齐平。
[0012]在本专利技术的实施例中，所述钻头内沿轴向开设有进液槽，所述进液槽的槽口朝向所述进液端并与所述钻井液流道连通，所述进液槽的槽底设置有多个倾斜布置的射流喷嘴
组，所述射流喷嘴组用于连通所述进液槽和所述钻进端的端面，多个所述射流喷嘴组与多个所述插接件一一对应。
[0013]在本专利技术的实施例中，所述进液槽为圆台形，所述进液槽的槽口孔径小于所述进液槽的槽底直径，多个所述射流喷嘴组沿所述进液槽的槽底周向间隔布置，每个所述射流喷嘴组包括多个沿所述进液槽的槽底径向间隔布置的射流喷嘴。
[0014]在本专利技术的实施例中，所述钻头内开设有孔道，所述孔道连通所述钻进端和所述钻头的外周壁，所述孔道具有多个进口和多个出口，多个进口位于所述钻进端，多个所述出口位于所述钻头的外周壁，所述进口的孔径小于所述出口的孔径。
[0015]在本专利技术的实施例中，多个所述第一切削刃沿所述钻进端的周向均匀间隔布置，每个所述第一切削刃自所述钻进端的端面的中心沿径向延伸至所述钻进端的端面的外周。
[0016]在本专利技术的实施例中，多个所述第二切削刃沿所述底部连接座的周向均匀间隔布置，每个所述第二切削刃均沿所述底部连接座的径向延伸。
[0017]在本专利技术的实施例中，还提供一种冰层钻进方法，应用于如上所述的冰层钻进装置中，所述冰层钻进方法包括：
[0018]S1：根据钻井深度计算轻量化套管的预设长度；
[0019]S2：选取所述预设长度的所述轻量化套管并安装于底部连接座上；
[0020]S3：将钻头的插接件和所述底部连接座的卡接件插接配合；
[0021]S4：对指定区域进行钻进作业并持续泵入钻井液实现反循环钻井，直至到达钻井深度后停止钻进作业和泵入钻井液；
[0022]S5：分离所述钻头与所述底部连接座，并将所述底部连接座与所述轻量化套管留置于钻井内。
[0023]通过上述技术方案，本专利技术实施例所提供的一种冰层钻进装置及方法具有如下的有益效果：
[0024]在南极大陆开展钻进工作前，首先，根据钻井深度计算所需轻量化套管的长度，然后，将轻量化套管的端部与底部连接座的顶端通过轴承连接，最后，将钻头外周壁上的插接件与底部连接座上的卡接件插接，从而完成冰层钻进装置的安装。在钻进作业时，钻头转动的同时通过插接件和卡接件的插接配合带动底部连接座转动，由于轻量化套管与底部连接座采用轴承连接，因此在钻头转动时轻量化套管不发生转动，但是轻量化套管会随钻头的钻进而深入。在到达预设深度后，停止钻进作业并将钻头与底部连接座分离，最后，将底部连接座和轻量化套管留置于钻井内用于加固钻井井壁。在整个过程中，不需要进行起钻作业和下入套管作业，从而节省大量时间，进而使钻井井壁能够被及时加固。
[0025]本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0026]附图是用来提供对本专利技术的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0027]图1是根据本专利技术实施例中一种冰层钻进装置的结构示意图；
[0028]图2是根据本专利技术实施例中钻头的结构示意图；
[0029]图3是根据本专利技术实施例中底部连接座的结构示意图；
[0030]图4是根据本专利技术实施例中冰层钻进方法的流程示意图。
[0031]附图标记说明
[0032]标号名称标号名称100冰层钻进装置321进液槽1轻量化套管322射流喷嘴2底部连接座33第一切削刃21卡接部34插接件22第二切削刃35孔道23插接槽351进口24限位件352出口3钻头4轴承31钻进端5钻杆32进液端51钻井液流道
具体实施方式
[0033]以下结合附图对本专利技术的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。
[0034]下面参考附图描述根据本专利技术的一种冰层钻进装置100及方法。
[0035]如图1至图3所示，在本专利技术的实施例中，提供一种冰层钻进装置100，包括钻头3、底部连接座2和轻量化套管1。其中，钻头3包括钻进端31和进液端32，进液端32的端面与钻井液流道51连通，钻进端31的端面设有多个第一切削刃33，钻头3的外周壁间隔设有多个插接件34；底部连接座2的顶端敞口并供钻头3插入，底端开设有用于避让钻进端31的避让孔，底部连接座2的底端内壁上设置有与插接件34插接配合的卡接件，底部连接座2的底端外壁设有多个第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冰层钻进装置，其特征在于，包括：钻头(3)，包括钻进端(31)和进液端(32)，所述进液端(32)的端面与钻井液流道(51)连通，所述钻进端(31)的端面设有多个第一切削刃(33)，所述钻头(3)的外周壁间隔设有多个插接件(34)；底部连接座(2)，顶端敞口并供所述钻头(3)插入，底端开设有用于避让所述钻进端(31)的避让孔，所述底部连接座(2)的底端内壁上设置有与所述插接件(34)插接配合的卡接件，所述底部连接座(2)的底端外壁设有多个第二切削刃(22)；和轻量化套管(1)，端部与所述底部连接座(2)的顶端通过轴承(4)连接，所述轻量化套管(1)用于井壁稳定。2.根据权利要求1所述的冰层钻进装置，其特征在于，所述插接件(34)与所述卡接件的数量均为多个且相同，多个所述插接件(34)沿所述钻头(3)的周向均匀布置，多个所述卡接件沿所述底部连接座(2)的周向均匀间隔布置，每个卡接件形成与所述插接件(34)插接配合的插接槽(23)。3.根据权利要求2所述的冰层钻进装置，其特征在于，每个所述卡接件包括两个卡接部(21)，两个所述卡接部(21)相对的一侧形成与所述插接件(34)适配的所述插接槽(23)。4.根据权利要求3所述的冰层钻进装置，其特征在于，当所述插接件(34)与所述插接槽(23)插接后，所述插接槽(23)的槽底与所述插接件(34)之间形成有间隙，多个所述第一切削刃(33)和多个所述第二切削刃(22)的外部切削面所在的平面齐平。5.根据权利要求1所述的冰层钻进装置，其特征在于，所述钻头(3)内沿轴向开设有进液槽(321)，所述进液槽(321)的槽口朝向所述进液端(32)并与所述钻井液流道(51)连通，所述进液槽(321)的槽底设置有多个倾斜布置的射流喷嘴组，所述射流喷嘴组用于连通所述进液槽(321)和所述钻进端(31)的端面，多个所述射流喷嘴组与多个所述插接件(34)一一对应。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海柱，张耀辰，王斌，李敬彬，石明亮，吴毓乾，赫文豪，穆总结，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：