本技术公开了一种适用于南极冰层及冰岩夹层的反循环连续取心钻具,包括复合钻头和双壁连接管,复合钻头连接在双壁连接管下端;复合钻头包括钻头主体,钻头主体底部间隔分布有多组PDC切削齿和硬质合金刮刀切削齿,钻头主体外缘底部设有围挡,围挡底部间隔分布有多组保径PDC切削齿和保径硬质合金刮刀切削齿,钻头主体中部设有贯穿的中心通道,位于中心通道外圈的钻头主体上环状分布有多个贯穿的钻头底喷孔;本发明设计了装有复合钻头的反循环钻具,适用于冰层与冰岩夹层,并且在实际钻进时无需在钻头外侧加装封隔罩,带有围挡的复合钻头钻进时自动形成对钻井液的封隔作用,本发明实现了连续卡断取心不停钻,冰层至冰岩夹层不停钻的效果。
背景技术
国际南极科研竞争日趋激烈,快速钻穿冰层、冰岩夹层以及岩层,并获取冰心、岩心等样品,对于全球气温变化、冰川动力学等众多科学领域都具有重要意义。然而,常规的正循环钻进取心会产生大量的碎屑和泥砂,且钻井液与冰孔井壁等直接接触,可能导致极地环境的污染。南极基岩上部覆盖的冰层的流动会也会导致钻孔快速闭合,引发卡钻事故。此外,南极环境恶劣,每年可供钻探的施工期很短,要在短暂的施工期完成深冰钻探,急需一种便携、环保、高效的取心钻具。
空气反循环连续取心钻进技术在钻进过程中无需提钻就能实现连续获取心,且气体主要在双壁钻杆通道内流动。如将其应用到南极钻探可大幅缩短提下钻时间,同时减少对环境的污染。常规硬质合金钻头适用于冰层钻进,钻遇冰岩夹层则需要提钻更换PDC钻头。硬质合金与PDC复合钻头可以同时适用于冰层与冰岩夹层,当钻头穿过冰层后无需提钻更换PDC钻头,可以继续在冰岩夹层中钻进,这进一步地节省了时间。
实现思路