冰層空氣渦輪反循環(huán)連續(xù)取心孔底動力鉆具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種冰層空氣渦輪反循環(huán)連續(xù)取心孔底動力鉆具，其是在鉆頭體上設(shè)置有一定數(shù)量的切削具和與之配套的噴射鉆頭內(nèi)體；鉆頭體與鉆頭內(nèi)體通過圓錐滾子軸承連接在一起，鉆頭內(nèi)體與鉆頭體之間形成有可供氣體通過的環(huán)裝間隙；鉆頭內(nèi)體設(shè)有內(nèi)噴孔和偏心卡簧，內(nèi)噴孔的傾角α為30°~50°；鉆頭內(nèi)體、環(huán)裝間隙、切削具、內(nèi)噴孔、底噴孔與鉆頭的中心通道相連通；渦輪定子固定在連接管上，連接管上端與雙壁鉆桿內(nèi)管配合連接，連接管下端與鉆頭內(nèi)體配合連接；渦輪轉(zhuǎn)子固定在鉆頭體上；本發(fā)明利用雙壁鉆桿將壓縮空氣從鉆桿內(nèi)外管之間的間隙輸送至孔底驅(qū)動渦輪作為鉆進動力，鉆進效率高。同時利用反循環(huán)將冰心、冰屑經(jīng)由中心通道返回地表，實現(xiàn)不停鉆連續(xù)取心。
【專利說明】冰層空氣渦輪反循環(huán)連續(xù)取心孔底動力鉆具
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鉆探機具，特別涉及一種極地淺層冰蓋下的冰層空氣渦輪反循環(huán)連續(xù)取心孔底動力鉆具。
【背景技術(shù)】
[0002]目前冰層鉆進采用的鉆探機具多為孔底由電機驅(qū)動的取心鉆具，但使用這種方式進行鉆進取心時，每鉆取一根冰心，就需要提下鉆具一次，使得取心效率非常低。而且鉆進過程中所使用的鉆井液對極地環(huán)境有很大的影響，如污染空氣、積雪層、冰屑以及地下水資源，同時對冰下的生物極為不利，并且會對冰心產(chǎn)生污染。目前極地鉆探急需尋求一種新型高效、環(huán)保的鉆進方式。渦輪空氣鉆進技術(shù)被公認為當代應(yīng)用廣泛和最具有發(fā)展前景的鉆探技術(shù)方法之一，并在地址勘探、油氣探采、水溫水井、礦山采掘、地質(zhì)災(zāi)害防治和巖土工程施工等領(lǐng)域廣為應(yīng)用。直到現(xiàn)在，世界上采用空氣作為循環(huán)介質(zhì)的冰層鉆進的流體方式為正循環(huán)，如美國采用的Rapid Air MovementRAMDrill。然而由于孔口及淺層冰層的松散狀態(tài)，鉆進過程中壓縮空氣易發(fā)生漏失和孔口擴徑，壓縮空氣流量減少，流速降低，無法排出冰屑，冰屑在孔底重復破碎，鉆進效率低下，鉆進時間較長，直至最后不能進尺。正循環(huán)空氣鉆進的方法鉆進深度一般只能達到100米左右，最終無法實現(xiàn)鉆進目標而終止鉆進。空氣渦輪反循環(huán)連續(xù)取心鉆探技術(shù)，利用雙臂鉆桿，將壓縮空氣從鉆桿內(nèi)外管之間的間隙送到孔底驅(qū)動渦輪作為鉆進動力，并通過反循環(huán)攜帶冰心和冰屑從鉆桿中心返回地表，實現(xiàn)不停鉆連續(xù)取心。
[0003]因此，如何根據(jù)現(xiàn)有的反循環(huán)空氣鉆進技術(shù)，并結(jié)合渦輪鉆技術(shù)，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)參數(shù)合理，鉆進效率高效的冰層空氣渦輪反循環(huán)連續(xù)取心孔底動力鉆具成為當前的主要問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明就是在空氣反循環(huán)鉆進技術(shù)的基礎(chǔ)上，提供一種冰層空氣渦輪反循環(huán)連續(xù)取心孔底動力鉆具。
[0005]本發(fā)明的鉆頭體上設(shè)置有一定數(shù)量的切削具和與之配套的噴射鉆頭內(nèi)體；鉆頭體與鉆頭內(nèi)體通過圓錐滾子軸承連接在一起，鉆頭內(nèi)體與鉆頭體之間形成有可供氣體通過的環(huán)裝間隙；鉆頭內(nèi)體設(shè)有內(nèi)噴孔和偏心卡簧，內(nèi)噴孔的傾角α為30°飛0°，直徑為l(T50mm、數(shù)量為2飛個；鉆頭內(nèi)體、環(huán)裝間隙、切削具、內(nèi)噴孔、底噴孔與鉆頭的中心通道相連通；渦輪定子固定在連接管上，連接管兩端設(shè)置有螺紋，連接管上端與雙壁鉆桿內(nèi)管配合連接，連接管下端與鉆頭內(nèi)體配合連接；渦輪轉(zhuǎn)子固定在鉆頭體上，鉆頭體與雙壁鉆桿外管間設(shè)置有密封圈。
[0006]本發(fā)明的有益效果:
1、本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，反循環(huán)效果好，能獲取中等深度冰層的完整冰心，很好的克服了極地鉆探中鉆井液對冰心和極地環(huán)境的不利影響。[0007]2、采用渦輪組作為孔底動力，結(jié)合空氣反循環(huán)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)連續(xù)取心，取樣效率高。將成為我國極地考察和極地研究的一種簡易、方便、快速、環(huán)保的新型冰層鉆探技術(shù)。同時，為我國極地深部冰層鉆探技術(shù)提供一種有效的技術(shù)補充。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明的剖視圖。
[0009]其中:1_切削具；2_鉆頭內(nèi)體；3_底噴孔；4_圓錐滾子軸承；5_中心通道；6-鉆頭體；7_環(huán)裝間隙；8_偏心卡簧；9_內(nèi)噴孔；10_渦輪轉(zhuǎn)子；11_渦輪定子；12_連接管；13_密封圈；14_雙壁鉆桿外管；15_雙壁鉆桿內(nèi)管。
【具體實施方式】
[0010]請參閱圖1所示，本發(fā)明的鉆頭體6上設(shè)置有一定數(shù)量的切削具I和與之配套的噴射鉆頭內(nèi)體2 ;鉆頭體6與鉆頭內(nèi)體2通過圓錐滾子軸承4連接在一起，鉆頭內(nèi)體2與鉆頭體6之間形成有可供氣體通過的環(huán)裝間隙7 ;鉆頭內(nèi)體2設(shè)有內(nèi)噴孔9和偏心卡簧8，內(nèi)噴孔9的傾角α為30°飛0°，直徑為l(T50mm、數(shù)量為2飛個；鉆頭內(nèi)體2、環(huán)裝間隙7、切削具1、內(nèi)噴孔9、底噴孔3與鉆頭的中心通道5相連通；渦輪定子11固定在連接管12上，連接管12兩端設(shè)置有螺紋，連接管12上端與雙壁鉆桿內(nèi)管15配合連接，連接管12下端與鉆頭內(nèi)體2配合連接；渦輪轉(zhuǎn)子10固定在鉆頭體6上，鉆頭體6與雙壁鉆桿外管14間設(shè)置有密封圈13。
[0011]鉆進開始時，壓縮空氣經(jīng)由雙壁鉆桿輸入到渦輪組，驅(qū)動渦輪轉(zhuǎn)子10轉(zhuǎn)動，渦輪轉(zhuǎn)子帶動鉆頭體6旋轉(zhuǎn)，鉆頭體6帶動切削具I 一起回轉(zhuǎn)。鉆頭內(nèi)體2與鉆頭體6通過一對圓錐滾子軸承4連接，且鉆頭體2、連接管12、雙壁鉆桿內(nèi)管15依次通過螺紋連接，因此鉆頭內(nèi)體2不會隨著鉆頭體6 —起回轉(zhuǎn)。壓縮空氣經(jīng)由雙壁鉆桿進入環(huán)裝間隙7，一部分空氣從鉆頭底部的底噴孔3高速噴出，吹洗孔底由切削具I切削下來的冰屑。另一部分氣體則從鉆頭內(nèi)體2上的噴射空9進入中心通道。鉆進過程中獲得的冰心，在偏心卡簧8的作用下被卡斷成一定長度的冰心?？〝嗟谋暮涂椎谆旌媳嫉臍饬髟趦?nèi)噴孔的高速引射流的引射抽吸和鉆頭外壁與孔壁間密封的共同作用下，通過雙壁鉆桿的中心通道，輸送到地表。鉆進過程中不停鉆連續(xù)卡斷冰心，實現(xiàn)連續(xù)獲取冰心的目的。
【權(quán)利要求】
1.一種冰層空氣渦輪反循環(huán)連續(xù)取心孔底動力鉆具，其特征在于:所述的鉆頭體(6)上設(shè)置有一定數(shù)量的切削具(I)和與之配套的噴射鉆頭內(nèi)體(2);鉆頭體(6)與鉆頭內(nèi)體(2)通過圓錐滾子軸承(4)連接在一起，鉆頭內(nèi)體(2)與鉆頭體(6)之間形成有可供氣體通過的環(huán)裝間隙(7);鉆頭內(nèi)體(2)設(shè)有內(nèi)噴孔(9)和偏心卡簧(8);鉆頭內(nèi)體(2)、環(huán)裝間隙(7)、切削具(I)、內(nèi)噴孔(9)、底噴孔(3)與鉆頭的中心通道(5)相連通；渦輪定子(11)固定在連接管(12)上，連接管(12)兩端設(shè)置有螺紋，連接管(12)上端與雙壁鉆桿內(nèi)管(15)配合連接，連接管(12)下端與鉆頭內(nèi)體(2)配合連接；渦輪轉(zhuǎn)子(10)固定在鉆頭體(6)上，鉆頭體(6)與雙壁鉆桿外管(14)間設(shè)置有密封圈(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冰層空氣渦輪反循環(huán)連續(xù)取心孔底動力鉆具，其特征在于:其特征在于:所述的內(nèi)噴孔(9)的傾角α為30°飛0°、直徑為l(T50mm、數(shù)量為2飛個。
【文檔編號】E21B25/00GK103643913SQ201310645162
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】王如生, 達拉拉伊, 宮達, 孫友宏, 曹品魯, 張楠, 鄭治川, 范曉鵬, 胡正毅, 楊成 申請人:吉林大學