專利名稱：復(fù)雜地層用金剛石鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉆進(jìn)工具，特別是涉及一種復(fù)雜地層用金剛石鉆具。
目前鉆進(jìn)中所用的金剛石鉆具一般由導(dǎo)正機(jī)構(gòu)，單動(dòng)機(jī)構(gòu)、內(nèi)管機(jī)構(gòu)及外管機(jī)構(gòu)四部分組成。使用這類鉆具在砂卵石地層或破碎地層，特別是在砂層鉆進(jìn)時(shí)，孔底有時(shí)沉積較多的砂子，由于漿液粘度高，在鉆具快速下鉆過程中，漿液以高速?gòu)你@頭底部通過內(nèi)外管環(huán)狀間隙，進(jìn)入單動(dòng)接頭并從鉆桿內(nèi)上返，甚至從孔口鉆桿中噴射出來，從而將大量砂子帶入鉆桿內(nèi)，沉積在鉆桿底部、單動(dòng)接頭及內(nèi)外管之間，阻塞過水通道，造成蹩泵或影響單動(dòng)性能，被迫重新起鉆。另外現(xiàn)在所用鉆具中的內(nèi)管一般為普通圓管，內(nèi)壁粗糙，巖心進(jìn)入內(nèi)管阻力大，以后進(jìn)行過一些改進(jìn)，如采用半合管，用防水尼龍膠帶紙纏繞組裝，或采用自鎖式半合管(探礦工程1988年5期P36)，即沿鋼管軸向以斜鋸齒形狀切割成兩半構(gòu)成，扣合后兩端回箍以絲扣連接，防止軸向串動(dòng)，達(dá)到自鎖目的。但是這兩種類型的半合管都存在一定的缺點(diǎn)，前者由于尼龍膠帶紙有彈性，鉆進(jìn)時(shí)易被脹開，后者雖然克服了尼龍膠帶紙纏繞半合管易被脹開的缺點(diǎn)，并減小了巖心進(jìn)入內(nèi)管的阻力，但是當(dāng)發(fā)生巖心堵塞時(shí)，半合管亦會(huì)出現(xiàn)縫隙，影響巖礦心采取率，此種結(jié)構(gòu)的鉆具主要用于基巖破碎地層及煤系地層的鉆進(jìn)和取心，不適于砂卵石覆蓋層。
本發(fā)明的目的在于克服由于過水通道阻塞而造成的蹩泵現(xiàn)象，更好地保證其單動(dòng)性能，同時(shí)減小內(nèi)管對(duì)巖心的摩擦阻力，以提高取心質(zhì)量和鉆進(jìn)效率，提供一種在導(dǎo)正機(jī)構(gòu)及雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)之間增設(shè)有單向閥機(jī)構(gòu)，并采用磨光內(nèi)管的復(fù)雜地層用金剛石鉆具。
本發(fā)明復(fù)雜地層用金剛石鉆具包括導(dǎo)正機(jī)構(gòu)、單向閥機(jī)構(gòu)、雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)、內(nèi)管機(jī)構(gòu)及外管機(jī)構(gòu)。
其中導(dǎo)正機(jī)構(gòu)由導(dǎo)正管接頭和導(dǎo)正管組成，二者為螺紋聯(lián)接。其作用是減小內(nèi)外管部分長(zhǎng)度，保證鉆具的剛度及單動(dòng)性能，同時(shí)又保證粗徑鉆具整體長(zhǎng)度，防止斜孔。
單向閥機(jī)構(gòu)由上下閥座、閥體、及閥用彈簧組成。其作用是下鉆時(shí)，由于彈簧的彈力將閥體上頂，封閉了過水通道，孔底漿液不能從鉆桿內(nèi)上返，從而避免將砂子帶入鉆具內(nèi)。鉆進(jìn)中，沖洗液壓縮彈簧、閥體下行，則過水通道暢通無阻。
雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)分為上單動(dòng)接頭和下單動(dòng)接頭。上單動(dòng)接頭包括與導(dǎo)正管和上閥座以螺紋形式連接的外管接頭、軸、軸承支座、兩盤軸承、壓蓋及密封圈。下單動(dòng)接頭包括帶有調(diào)節(jié)螺母的調(diào)節(jié)軸套、軸承套、兩盤軸承及密封圈。上述軸承一般均采用推力軸承。上單動(dòng)接頭的軸與下單動(dòng)接頭的調(diào)節(jié)軸套通過螺紋聯(lián)接，調(diào)整調(diào)節(jié)螺母，可控制內(nèi)管總成與鉆頭內(nèi)臺(tái)階的距離。采用雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)與一級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，可避免長(zhǎng)時(shí)間高速鉆進(jìn)時(shí)，各種影響單動(dòng)性能的因素都集中于一個(gè)單動(dòng)付上，更好地保證鉆具的單動(dòng)效果，提高采取巖心的質(zhì)量和鉆進(jìn)效率。
內(nèi)管機(jī)構(gòu)由連接雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)及內(nèi)管的接頭、內(nèi)管、與內(nèi)管下端滑動(dòng)配合的定中器、卡簧座及卡簧組成。內(nèi)管為內(nèi)壁磨光內(nèi)管，其粗糙度一般為6.3-0.8。磨光內(nèi)管可分為兩類，即整體式內(nèi)管和半合管。該半合管外周不同長(zhǎng)度位置上有環(huán)槽，其中一塊半合管環(huán)槽上開有兩條近軸向梯形槽縫，槽縫上有與其相配合的兩端帶鉤的開口卡箍將半合管抱緊，每道環(huán)槽中的梯形槽縫上一般配置1-2個(gè)卡箍。此半合管主要用于地質(zhì)和試驗(yàn)需要保護(hù)原結(jié)構(gòu)狀態(tài)巖樣的重要取樣地段鉆進(jìn)和取巖心。內(nèi)管下端的定中器有利于保障外管的單動(dòng)性能，并提高卡簧座壽命?？ɑ勺ㄟ^卡簧起卡取巖心作用。
外管機(jī)構(gòu)由與外管接頭螺紋聯(lián)接的外管、與外管螺紋聯(lián)接的擴(kuò)孔器、及與擴(kuò)器孔螺紋聯(lián)接的金剛石鉆頭組成。
本發(fā)明復(fù)雜地層用金剛石鉆具的優(yōu)點(diǎn)在于，其一由于在導(dǎo)正機(jī)構(gòu)與雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)之間增加了單向閥機(jī)構(gòu)，鉆進(jìn)時(shí)避免漿液高速上返，將大量砂子帶入鉆桿內(nèi)，沉積在鉆桿底部、單動(dòng)接頭及內(nèi)外管之間，堵塞過水通道而造成蹩泵及影響單動(dòng)性能。其二是由于采用整體式磨光內(nèi)管及該種結(jié)構(gòu)的半合管，減小了巖心進(jìn)入內(nèi)管的阻力，減少巖心堵塞，不僅增加回次進(jìn)尺25-100%，而且減少巖心的自磨磨損，提高了巖心的采取率及取心質(zhì)量，本發(fā)明配合SM植物膠沖洗液鉆進(jìn)松散砂卵石地層，使取出保持圓柱狀的原結(jié)構(gòu)狀巖樣的回次數(shù)達(dá)60%以上，部分孔段可達(dá)100%;鉆進(jìn)基巖的破碎地層、風(fēng)化地層、軟弱夾層和水敏性地層時(shí)，巖心采取率達(dá)96%以上，部分可達(dá)100%。
本發(fā)明復(fù)雜地層用金剛石鉆具尤其適用于末膠結(jié)松散砂卵石覆蓋層和各種破碎地層進(jìn)行鉆進(jìn)及鉆取原結(jié)構(gòu)巖心樣。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施例。


圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2單向閥機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意3半合管結(jié)構(gòu)示意4卡箍示意5內(nèi)管機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖本發(fā)明復(fù)雜地層用金剛石鉆具包括導(dǎo)正機(jī)構(gòu)，單向閥機(jī)構(gòu)、雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)、內(nèi)管機(jī)構(gòu)和外管機(jī)構(gòu)。導(dǎo)正機(jī)構(gòu)由導(dǎo)正管接頭1和導(dǎo)正管2組成、二者為螺紋聯(lián)接。單向閥機(jī)構(gòu)包括上閥座3、下閥座4、閥體5、及閥用彈簧6。雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)分為上單動(dòng)接頭和下單動(dòng)接頭，上單動(dòng)接頭包括與導(dǎo)正管2及上閥座3螺紋聯(lián)接的外管接頭7、軸8、軸承支座9、推力軸承10、11、壓蓋12和密封圈13，下單動(dòng)接頭包括帶有調(diào)節(jié)螺母14的調(diào)節(jié)軸套15、軸承套16、推力軸承17、18及O型密封圈19。內(nèi)管機(jī)構(gòu)由內(nèi)管20、與雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)及內(nèi)管20連接的接頭21、與內(nèi)管20下端滑動(dòng)配合的定中器22、卡簧座23及卡簧24組成，內(nèi)管20為開口鉤頭鋼質(zhì)卡箍半合管(如圖3、圖4所示)，其結(jié)構(gòu)為其中一塊半合管環(huán)槽29上開有兩條近軸向梯形槽縫28，槽縫28上有一個(gè)與其相配合的兩端帶鉤的開口卡箍30將半合管抱緊。外管機(jī)構(gòu)由與外管接頭7螺紋聯(lián)接的外管26、與外管26螺紋聯(lián)接的擴(kuò)孔器25、與擴(kuò)孔器25螺紋聯(lián)接的金剛石鉆頭27組成。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜地層用金剛石鉆具，包括導(dǎo)正機(jī)構(gòu)、雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)、內(nèi)管機(jī)構(gòu)及外管機(jī)構(gòu)，其特征在于導(dǎo)正機(jī)構(gòu)與雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)之間連接有由上、下閥座、閥體及閥用彈簧組成的單向閥機(jī)構(gòu)，內(nèi)管機(jī)構(gòu)中的內(nèi)管為內(nèi)壁磨光內(nèi)管。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜地層用金剛石鉆具，其特征在于內(nèi)管機(jī)構(gòu)中的磨光內(nèi)管為半合管，結(jié)構(gòu)為半合管外周不同長(zhǎng)度位置上有環(huán)槽，其中一塊半合管每道環(huán)槽上開有兩條近軸向梯形槽縫，槽縫上有與其相配合的兩端帶鉤頭的開口卡箍將半合管抱緊。
3.如權(quán)利要求1或2所述的復(fù)雜地層用金剛石鉆具，其特征在于磨光內(nèi)管的粗糙度為6.3-0.8。
全文摘要
本發(fā)明提供一種復(fù)雜地層用金剛石鉆具，包括導(dǎo)正機(jī)構(gòu)、單向閥機(jī)構(gòu)、雙級(jí)單動(dòng)機(jī)構(gòu)，內(nèi)管機(jī)構(gòu)和外管機(jī)構(gòu)。其中內(nèi)管為磨光整體式內(nèi)管或磨光開口鉤頭鋼質(zhì)卡箍半合管。本發(fā)明單動(dòng)性能好、巖心采取率高，取心質(zhì)量好，可鉆取原結(jié)構(gòu)狀的近似原狀巖樣，適用于松散地層、破碎地層及其它地層進(jìn)行巖心鉆探和隨鉆取樣。
文檔編號(hào)E21B25/00GK1063137SQ9210800
公開日1992年7月29日 申請(qǐng)日期1992年1月6日 優(yōu)先權(quán)日1992年1月6日
發(fā)明者李月良, 崔金海, 邊廣儒, 陳德俊 申請(qǐng)人:水利電力部成都勘測(cè)設(shè)計(jì)院勘察總隊(duì)