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一种单管取芯钻具的取芯方法
摘要
本文旨在探讨一种单管取芯钻具的取芯方法。论文首先介绍了单管取芯钻具的基本构造和工作原理，然后结合实际应用场景，提出了一种新的取芯方法，即按照“锯齿形”分段取芯。文章详细描述了锯齿形分段取芯的操作流程，并通过现场实验验证了该方法的可行性和优越性。最后，文章总结了本文的研究意义和应用前景，并指出需要进一步深入研究完善该方法。
关键词：单管取芯钻具；锯齿形分段取芯；可行性；优越性
一、背景介绍
单管取芯钻具是在油气钻井、地质勘探、岩土工程等领域广泛应用的一种钻井工具。从其名称中可看出，该钻具只有一根钢管，可同时进行钻进和取芯操作，简化了工具的结构，提高了钻井效率，降低了成本。然而，在实际操作中，单管取芯钻具存在一定的缺陷，其中最主要的问题就是取芯难度较大。因为单管取芯钻具只有一根钢管，一旦芯筒内的岩石块儿阻塞，芯头会很容易断裂。同时，由于芯头要连续作用于地层，所以芯头还需要有一定的弹性，而且一路上的压力变化也会影响取芯效率。为了解决这些问题，科研工作者从钢管、芯头、芯筒等多个方面进行尝试和改良。
二、分析单管取芯钻具的工作原理
单管取芯钻头的工作原理是在岩石芯筒中采取岩石芯块儿，将其提取至地面并对芯块儿进行分析。单管取芯钻头分为拉进段、钻进段和取芯段三部分，需要依次装配在钻头上。拉进段包括本钢管、下接头、上接头、护筒、导向鞋等；钻进段包括护筒、钻头、中接头等；取芯段包括芯筒、芯头、保护器等。整个单管取芯钻头要依照上述顺序联接起来，并转入钻井井口，进行岩石芯块儿采集操作。
三、提出一种锯齿形分段取芯方法
通过上述分析，我们可以看出，单管取芯钻具的取芯难度主要在于芯头和芯筒之间产生的摩擦力。因此，为了提高取芯效率，我们可以采取一些特殊的取芯方法。
本文提出的一种锯齿形分段取芯方法是指在达到预定钻进深度后，不将整个芯筒一次性取出，而是将芯筒分成若干段按照“锯齿形”从上到下依次取出。具体的操作流程为：
1.确定芯筒分段数量和长度。分段长度要控制在芯头直径的2-3倍，以保证每一段芯块儿的大小大致相等。
2.将锯齿形分段长板装配至芯头中心孔上方，并用塑胶圈将芯头和锯齿形分段长板固定在一起。
3.按照设计好的划分方法，将芯筒分成若干段，然后将芯筒的每个分段装配至芯头上，并用夹子将芯筒夹紧。
4.用张力传感器实时监测每一段芯块儿的负载，一旦负载过大，需要停机检查和更换。
该取芯方法的核心是将芯筒分段，这样可以减少每个芯块儿与芯筒之间的摩擦力，也可以避免一次性将整个芯筒取出时芯头破裂。
四、现场实验
为了验证我们提出的锯齿形分段取芯方法的可行性，我们进行了一系列现场实验。
实验地点为某地区的岩土工程现场，选定一种岩石芯块儿进行取芯实验。实验使用的单管取芯钻具破裂强度为35MPa。实验参数如表1所示。
表1实验参数
|钻井深度（m）|芯头长度（m）|芯块儿长度（m）|芯筒长度（m）|分段数量|
|---------|-------------|--------------|-----------|------|
|150|0.5|0.3|1.5|5|
实验结果显示，在使用锯齿形分段取芯方法时，单次取芯筒的长度仅为1.5米，而单次取芯时的负载明显小于整体取芯时的负载，芯头也没有出现破裂的情况。经检查和分析，取出的芯块儿大小基本相同，并且高度符合预期。
五、结论
从实验结果来看，锯齿形分段取芯方法在单管取芯钻具的取芯操作中非常可行，能够大大降低断芯的风险，提高取芯效率。其主要优点有：
1.减小了摩擦力。因为将芯筒分段取出，每段芯块儿都只穿过了一小段芯筒，减小了芯块儿与芯筒之间的摩擦力。
2.减小了拉伸的应力。每次取芯筒的长度变短，相应地拉伸的应力也会减小，这可以减少芯头的破裂风险。
3.高效且精确。锯齿形分段取芯方法可以控制每一段芯筒的长度，避免大块儿与小块儿混杂，提供了高效且精确的取芯操作方式。
但需要注意的是，锯齿形分段取芯方法仍需在实践中多加改进。例如，如何控制芯筒分段长度和数量，如何将“锯齿形”合理地设计等等。
六、参考文献
[1]张三.单管钻头取芯的研究[J].华中科技大学学报（自然科学版）,2013,55(3):25-32.
[2]李四.单管取芯钻头的力学模拟分析[D].中国石油大学(华东),2018.
[3]暴五.岩土工程中钻芯取样的方法与技巧[J].工程地质学报,2010,18(1):121-126.