空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及的是一種空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具，是一種用于適用松散砂卵礫石和斷裂破碎等復雜地層工程地質勘察和地質礦產勘探等相關領域的空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具。由中心取心鉆具和跟管鉆具組成；中心取心鉆具為單動雙管取心鉆具，由單動減振機構、內管調節(jié)機構、含卡心裝置的取心機構組成；單動減振機構包括沖擊接頭、碟形彈簧、軸承座、連接軸、推力球軸承和向心球軸承；內管調節(jié)機構包括連接軸、巖心管接頭、內管和螺母；含卡心裝置的取心機構包括外管、內管、連接軸、巖心管接頭、取心鉆頭、滾針、爪簧座和爪簧；跟管鉆具由套管和套管接頭、套管靴、卡環(huán)、套管鉆頭組成。
【專利說明】空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具，是一種用于適用松散砂卵礫石和斷裂破碎等復雜地層工程地質勘察和地質礦產勘探等相關領域的空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具。
技術背景
[0002]松散砂卵礫石和斷裂破碎等復雜地層取芯(或取樣)鉆進，一直是鉆探領域難題，其特征是鉆孔易坍塌、取樣率低，鉆進效率低。通過研究和實踐探索，鉆探技術有了很大地進步，護壁效果、取心質量和巖心采取率有了明顯提高，但對于松散砂卵礫石和斷裂破碎等復雜地層但地層坍塌問題仍影響鉆進效率，取心質量仍不能滿足要求，直接影響地層和礦層的準確評價，甚至導致鉆孔報廢。如中國發(fā)明專利申請?zhí)?2135935.0中公開的天然氣水合物深水淺孔保壓保溫取心鉆具，仍有裸露孔段，會發(fā)生坍塌；如中國發(fā)明專利申請?zhí)?00410080343.X中公開的三合一組合式取心鉆具和中國實用新型專利89220229.7中公開的可控分流式取心鉆具，由于采用液態(tài)沖洗液，容易線發(fā)滑波活動；還有一些其它先進的潛孔錘跟管鉆具，破巖效果好，鉆進效率高，但不具備取心功能。具有沖擊回轉方式破碎巖石，鉆進效率高，并有隨鉆同步跟管護壁效果的中國發(fā)明專利申請?zhí)?00510021979.1空氣潛孔錘取心跟管鉆具，采用的是雙動雙管結構的取心鉆具，阻礙著巖心質量和采取率的提高，套管鉆頭和取心鉆頭連接的通孔直徑小，取心鉆頭和套管鉆頭的凹凸臺配合間隙小，取心鉆頭穿出套管鉆頭不方便影響鉆進效率。因此當務之急研制適合松散砂卵礫石等復雜地層的空氣潛孔錘取芯跟管鉆具，達到取心質量好，鉆進效率高，鉆孔不垮塌且不會誘發(fā)滑坡活動。


【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明目的是針對上述不足之處提供一種空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具，是一種用于松散砂卵礫石和斷裂破碎帶、水敏性、漏失等復雜地層地質鉆探的空氣潛孔錘取心跟管鉆具，該鉆具能夠以空氣沖擊回轉方式破碎巖，隨鉆同步跟進套管護壁，同時能取心并提高巖心采取質量，實現空氣潛孔錘取心跟管鉆進，其鉆孔不垮塌且不會誘發(fā)滑坡活動，采集巖心質量好、鉆進效率高。
[0004]本發(fā)明空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具是采取以下技術方案實現:
空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具由中心取心鉆具和跟管鉆具組成。中心取心鉆具為單動雙管取心鉆具，由單動減振機構、內管調節(jié)機構、含卡心裝置的取心機構組成；
本發(fā)明單動減振機構主要是實現單動減振的作用，單動減振機構包括沖擊接頭、碟形彈簧、軸承座、連接軸、推力球軸承和向心球軸承。外管通過絲扣與沖擊接頭連接，內管與巖心管接頭連接，巖心管接頭與連接軸連接，連接軸通過推力球軸承和向心球軸承與沖擊接頭連接，實現沖擊接頭帶動外管和取心鉆頭轉動，連接軸和巖心管接頭及內管不轉動；在沖擊接頭下端與推力球軸承、向心球軸承及連接軸之間設置一組碟形彈簧，起到減振作用。
[0005]本發(fā)明內管調節(jié)機構主要是調節(jié)內管下端套接卡心裝置的爪簧座與取心鉆頭之間的間隙。包括連接軸、巖心管接頭、內管、螺母。螺母與連接軸通過螺紋連接，連接軸與巖心管接頭通過螺紋連接，巖心管接頭與內管通過螺紋連接；連接軸通過擰動旋轉螺母控制巖心管接頭與連接軸螺紋連接長度調節(jié)卡心裝置的爪簧座與取心鉆頭之間的間隙，確保爪簧座與取心鉆頭之間的間隙適合。
[0006]本發(fā)明含卡心裝置的取心機構包括外管、內管(根據需要可在其內部加半合管)、連接軸、巖心管接頭、取心鉆頭、滾針、爪簧座和爪簧。爪簧座和爪簧組成卡心裝置，爪簧座內有斜度面和爪簧外有斜度面配合并可相互滑移；爪簧座上端與內管下端光軸部分套接并可滑移；爪簧座與取芯鉆頭之間設有滾針，起到減阻與導正作用，爪簧具有倒刺狀彈性抓手，鉆進時，卡心裝置向上滑移，巖心經取心鉆頭和爪簧進入內管，鉆頭內徑比內管和爪簧內徑小，巖心可自由進入；提鉆時，卡心裝置向下滑移，彈性抓手收縮卡取和擋取巖心，巖心不會脫落，提高取心質量。取心鉆具外管選用厚壁合金管，經熱處理后硬度在HRC32?36，確保沖擊功的傳遞。外管與取芯鉆頭、外管與沖擊接頭連接螺紋采用波形螺紋，該螺紋作用應力分散，連接可靠，裝卸比較方便，使用壽命長。
[0007]本發(fā)明跟管鉆具由套管、套管接頭、套管靴、彈性卡環(huán)、套管鉆頭組成，為同心擴孔跟管鉆具，套管通過套管接頭與套管靴絲扣連接，套管鉆頭與套管靴的連接采用彈性卡環(huán)，彈性卡環(huán)為開口圓環(huán)，經實驗傳力效果好，未出現損壞現象；套管鉆頭與套管靴采用彈性卡環(huán)連接形成可繞套管的軸心線轉動的懸掛結構，套管鉆頭可繞套管靴轉動，卡環(huán)傳遞套管軸向力，其中套管鉆頭可回轉，套管、套管接頭、套管靴等不轉動；彈性卡環(huán)壁厚等于套管靴環(huán)形槽深度，彈性卡環(huán)內徑等于套管鉆頭環(huán)形槽小徑，套管鉆頭環(huán)形槽深度小于彈性卡環(huán)壁厚，裝配時先將彈性卡環(huán)裝入套管靴內，然后將套管鉆頭壓進去，裝好后套管鉆頭與套管靴能自由轉動；套管鉆頭通過彈性卡環(huán)帶動套管靴套管同步跟進。
[0008]中心取心鉆具和跟管鉆具通過壓力傳遞和傳扭機構實現壓力和扭矩達到鉆頭破碎巖石并同步跟進；鉆具的氣流通道系由高壓通道回路和低壓通道回路組成。
[0009]本發(fā)明在套管鉆頭、取心鉆頭設計中，取心鉆頭超出套管鉆頭向外伸，套管鉆頭底端高于取心鉆頭為90mm。取心鉆頭底端鑲焊三組球柱狀合金25，外圈6個球柱狀合金，中圈2個球柱狀合金，內圈I個球柱狀合金；套管鉆頭鑲焊有三層球柱狀合金，外圈9個球柱狀合金，中圈6個球柱狀合金，內圈3個球柱狀合金。取心鉆頭采取超前(套管鉆頭和高壓出氣孔)式結構，其破碎(巖石)唇面超前高壓出氣孔L可使得高壓空氣從高壓出氣孔L直接排除，在保證充分沖刷巖屑凈化孔底和冷卻鉆頭的前提下，消除了高壓空氣直接沖刷鉆頭唇面影響巖心采取質量的不利因素。擴孔孔徑一般要比套管外徑大1mm以上，以減少孔壁對套管11的摩擦阻力。鉆頭最小斷面尺寸不能小于6_，保證傳力機構的聯接強度，在大沖擊功下，鉆頭不會變形或碎裂。鉆頭材料選擇有45CrNiMoVA、XG25、42CrMo等，經整體淬火回火后，硬度在HRC40?44左右，保證強度、韌性。又能保證固齒質量。鉆頭一般采用過盈冷壓或熱壓固齒工藝，保證鋼體能有效地固住硬質合金，并使邊齒鑲入后鉆頭有一定的外出刃，同時為了減少合金剪切力，照常規(guī)取邊齒傾角為35°。鉆頭硬質合金選用YGSc或YJ2H半球齒，保證較高的硬度和較好的抗沖擊韌性。鑲齒前，根據過盈量磨削合金。
[0010]本發(fā)明壓力傳遞和傳扭機構包括取心鉆頭和套管鉆頭。主要是實現壓力和扭矩達至IJ鉆頭破碎巖石同步跟進。鉆具工作時，壓力和扭矩經沖擊接頭、外管傳遞到取心鉆頭及套管鉆頭，實現鉆頭同步破巖鉆進；取心鉆頭和套管鉆頭分別有壓力傳遞臺階，壓力是通過取心鉆頭和套管鉆頭壓力傳遞臺階接觸傳遞；傳扭機構中，套管鉆頭內設計有三個凸臺，取心鉆頭設計有三個排粉槽，外圓周向上有三個不通透槽，其寬度略大于三個凸臺的寬度，鉆具回轉后三個凸臺進入三個不通透槽內，使套管鉆頭和取心鉆頭側面接觸結合到一體，傳遞扭矩共同回轉。反轉后，凸臺轉出不通透槽，位于排粉槽中，提拉內鉆具時取心鉆頭從套管鉆頭中拉出。
[0011]本發(fā)明鉆具氣流通道系統(tǒng)包括高壓通道和低壓通道。主要功能是將高壓空氣引到孔底，對孔底鉆頭進行沖刷冷卻，同時將孔底巖屑攜帶到地面，起凈化鉆孔作用；低壓通道為巖心管的回風通道，當巖心隨鉆進入巖心管時，將管內空氣和水(地下水)從回風通道頂往單向閥和連接軸4到第一環(huán)狀間隙，與高壓通道氣體匯合，避免管內氣水形成壓力，消除影響巖心進入管內的因素。高壓通道回路由鉆桿、沖擊器、沖擊接頭軸中心孔H、內管與外管形成第一環(huán)狀間隙M、取心鉆頭上斜高壓出氣口 L和外管與套管形成第二環(huán)狀間隙N組成；低壓通道回路由內管、單向閥、連接軸中心孔和內管與外管形成第一環(huán)狀間隙M組成。鉆進過程中，高壓氣體經鉆桿、沖擊器流向沖擊接頭軸中心孔H，再流向由內管與外管形成第一環(huán)狀間隙M，再經取心鉆頭上斜高壓出氣口 L流出，對孔底鉆頭進行沖刷冷卻，攜帶巖粉屑流向由外管與套管形成第二環(huán)狀間隙N排出地面；內管中的低壓氣體經由閥座和鋼球單向閥及連接軸中心通孔通道注入第一環(huán)狀間隙M。
[0012]本發(fā)明鉆進常規(guī)鉆具的組合為潛孔錘(另配)、取心鉆具和跟管鉆具組成。鉆進時根據需要在鉆桿中間配置扶正器、沖擊器上端加接取粉管等。跟管套管需要回收時選用優(yōu)質材料生產跟管套管。不需要回收時，可選用薄壁管或材料較低廉的管材。套管螺紋與鉆桿螺紋旋向相反，螺紋牙型可選特殊梯形螺紋或圓弧型螺紋。套管的起拔可以用液壓拔管機或振動器振動拔管，垂直淺孔也可用吊錘反擊起管。
[0013]本發(fā)明鉆具取芯跟管鉆進原理是:鉆進時，鉆進軸向動力來自與取心鉆具上端沖擊接頭連接的潛孔錘產生的高頻沖擊力和來自地面鉆機施加并通過鉆桿和潛孔錘傳給鉆具的鉆進壓力，根據地層情況和跟進的套管阻力自動調節(jié)動力分配取心鉆頭和通過傳壓凸臺將軸向動力傳給套管鉆頭。鉆桿回轉時，通過潛孔錘直接帶動取心鉆具(包括取心鉆頭)回轉，同時通過傳扭機構將回轉扭矩傳給套管鉆頭，取心鉆頭和套管鉆頭同時進行沖擊回轉鉆進。其中取心鉆頭進行沖擊回轉取芯鉆進，巖心隨鉆直接進入巖心管，套管鉆頭進行沖擊回轉鉆進，并帶動套管隨鉆向孔底延伸，而在跟管懸掛機構的作用下，套管并不回轉；鉆進回次結束提鉆時，取心鉆具直接被提到地表，而跟管鉆具則滯留在孔內，采集巖心后，再將鉆具下到孔底，通過人工定位操作，使取心鉆具到位，即取心鉆具與跟管鉆具再次連接，再次進行沖擊回轉取芯跟管鉆進，從而實現空氣潛孔錘取芯跟管鉆進。
[0014]本發(fā)明空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具優(yōu)點:
1、功能齊全，結構合理，不易捐壞，可拆性好，部件材料通配性好；
2、各部件連接牢靠，轉動靈活，傳遞壓力和扭矩效果好；
3、提鉆和下鉆靈活，操作方便；
4、鉆頭巖石破碎效率高，清孔效果好，鉆進速度快；
5、鉆頭超前高壓氣孔和雙管單動減振減少對巖心的破壞，間隙調節(jié)和爪簧式卡心裝置有助于擋取巖心，減少巖心脫落，巖心采取質量好，采取率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]以下結合附圖對本發(fā)明空氣潛孔錘單動雙管取芯跟管鉆具作進一步說明:
圖1是空氣潛孔錘單動雙管取芯跟管鉆具示意圖。
[0016]圖2是空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的單動減振機構結構放大示意圖。
[0017]圖3是空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的內管調節(jié)機構結構放大示意圖。
[0018]圖4是空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的鉆頭與傳扭機構結構放大剖視圖。
[0019]圖5是空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的鉆頭與傳扭機構結構放大剖視圖的A-A剖視圖。
[0020]圖6是空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的取心鉆具卡心裝置結構放大示意圖。
[0021]圖7是空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的取心鉆頭結構放大示意圖。
[0022]圖8是空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的取心鉆頭結構右視圖。
[0023]圖9是空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的套管鉆頭結構放大示意圖。
[0024]圖10是空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的套管鉆頭結構結構右視圖。
[0025]圖中:1、沖擊接頭，2、碟形彈簧，3、軸承座，4、連接軸，5、巖心管接頭，6、外管，7、內管，8、爪簧座，9、爪簧，10、滾針，11、套管，12、套管靴，13、彈性卡環(huán)，14、套管鉆頭，15、取心鉆頭，16、閥座，17、鋼球，18、螺母，19、六角頭螺栓，20、O型密封，21、推力球軸承，22、向心球軸承，23、止退墊圈，24、圓螺母，25、球柱狀合金，26、壓力傳遞臺階，27、排粉槽。

【具體實施方式】
[0026]參照附圖1?10，空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具由中心取心鉆具和跟管鉆具組成。中心取心鉆具為單動雙管取心鉆具，由單動減振機構、內管調節(jié)機構、含卡心裝置的取心機構組成；
本發(fā)明單動減振機構主要是實現單動減振的作用，單動減振機構包括沖擊接頭1、碟形彈簧2、軸承座3、連接軸4、推力球軸承21、向心球軸承22。外管6通過絲扣與沖擊接頭I連接，內管7與巖心管接頭5連接，巖心管接頭5與連接軸4連接，連接軸4通過推力球軸承21和向心球軸承22與沖擊接頭I連接，實現沖擊接頭I帶動外管6和取心鉆頭15轉動，連接軸4和巖心管接頭5及內管7不轉動；在沖擊接頭I下端與推力球軸承21、向心球軸承22及連接軸4之間設置一組碟形彈簧2，起到減振作用。
[0027]本發(fā)明內管調節(jié)機構主要是調節(jié)內管7下端套接卡心裝置的爪簧座8與取心鉆頭15之間的間隙。包括連接軸4、巖心管接頭5、內管7、螺母18。螺母18與連接軸4通過螺紋連接，連接軸4與巖心管接頭5通過螺紋連接，巖心管接頭5與內管7通過螺紋連接；通過擰動旋轉螺母18控制巖心管接頭5與連接軸4螺紋連接長度調節(jié)卡心裝置的爪簧座8與取心鉆頭15之間的間隙，確保爪簧座8與取心鉆頭15之間的間隙適合。
[0028]本發(fā)明含卡心裝置的取心機構包括外管6、內管7 (根據需要可在其內部加半合管)、連接軸4、巖心管接頭5、取心鉆頭15、滾針10、爪簧座8和爪簧9。爪簧座8和爪簧9組成卡心裝置，爪簧座8內有斜度面和爪簧9外有斜度面配合并可相互滑移；爪簧座8上端與內管7下端光軸部分套接并可滑移；爪簧座8與取芯鉆頭15之間設有滾針10，起到減阻與導正作用，爪簧9具有倒刺狀彈性抓手，鉆進時，卡心裝置向上滑移，巖心經取心鉆頭15和爪簧9進入內管7，取心鉆頭15內徑比內管7和爪簧9內徑小，巖心可自由進入；提鉆時，卡心裝置向下滑移，彈性抓手收縮卡取和擋取巖心，巖心不會脫落，提高取心質量。取心鉆具外管6選用厚壁合金管，經熱處理后硬度在HRC32?36，確保沖擊功的傳遞。外管6與取芯鉆頭15、外管6與沖擊接頭I連接螺紋采用波形螺紋，該螺紋作用應力分散，連接可靠，裝卸比較方便，使用壽命長。
[0029]本發(fā)明跟管鉆具由套管11、套管接頭、套管靴12、彈性卡環(huán)13、套管鉆頭14組成，為同心擴孔跟管鉆具，套管11通過套管接頭與套管靴12絲扣連接，套管鉆頭14與套管靴12的連接采用彈性卡環(huán)，彈性卡環(huán)為開口圓環(huán)，經實驗傳力效果好，未出現損壞現象；套管鉆頭14與套管靴12采用彈性卡環(huán)13連接形成可繞套管11的軸心線轉動的懸掛結構，套管鉆頭14可繞套管靴轉動，彈性卡環(huán)傳遞套管軸向力，其中套管鉆頭14可回轉，套管11、套管接頭、套管靴12等不轉動；彈性卡環(huán)13壁厚等于套管靴12環(huán)形槽深度，彈性卡環(huán)13內徑等于套管鉆頭14環(huán)形槽小徑，套管鉆頭14環(huán)形槽深度小于彈性卡環(huán)13壁厚，裝配時先將彈性卡環(huán)13裝入套管靴12內，然后將套管鉆頭14壓進去，裝好后套管鉆頭14與套管靴12能自由轉動；套管鉆頭14通過彈性卡環(huán)13帶動套管靴12、套管11同步跟進。
[0030]中心取心鉆具和跟管鉆具通過壓力傳遞和傳扭機構實現壓力和扭矩達到鉆頭破碎巖石并同步跟進；鉆具的氣流通道系由高壓通道回路和低壓通道回路組成。
[0031]本發(fā)明在套管鉆頭14、取心鉆頭15設計中，取心鉆頭15超出套管鉆頭14向外伸，套管鉆頭14底端高于取心鉆頭15為90mm。取心鉆頭15底端鑲焊三組球柱狀合金25，夕卜圈6個合金，中圈2個球柱狀合金，內圈I個球柱狀合金；套管鉆頭14鑲焊有三層球柱狀合金25，外圈9個球柱狀合金，中圈6個球柱狀合金，內圈3個球柱狀合金。取心鉆頭15采取超前(套管鉆頭和高壓出氣孔)式結構，其破碎(巖石)唇面超前高壓出氣孔L可使得高壓空氣從高壓出氣孔L直接排除，在保證充分沖刷巖屑凈化孔底和冷卻鉆頭的前提下，消除了高壓空氣直接沖刷鉆頭唇面影響巖心采取質量的不利因素。擴孔孔徑一般要比套管外徑大1mm以上，以減少孔壁對套管11的摩擦阻力。鉆頭最小斷面尺寸不能小于6mm，保證傳力機構的聯接強度，在大沖擊功下，鉆頭不會變形或碎裂。鉆頭材料選擇有45CrNiMoVA、XG25、42CrMo等，經整體淬火回火后，硬度在HRC40?44左右，保證強度、韌性。又能保證固齒質量。鉆頭一般采用過盈冷壓或熱壓固齒工藝，保證鋼體能有效地固住硬質合金，并使邊齒鑲入后鉆頭有一定的外出刃，同時為了減少合金剪切力，照常規(guī)取邊齒傾角為35。。鉆頭硬質合金選用YG8c或YJ2H半球齒，保證較高的硬度和較好的抗沖擊韌性。鑲齒前，根據過盈量磨削合金。
[0032]本發(fā)明壓力傳遞和傳扭機構包括取心鉆頭15和套管鉆頭14。主要是實現壓力和扭矩達到鉆頭破碎巖石同步跟進。鉆具工作時，壓力和扭矩經沖擊接頭1、外管6傳遞到取心鉆頭15及套管鉆頭14，實現鉆頭同步破巖鉆進；取心鉆頭15和套管鉆頭14分別有壓力傳遞臺階26，壓力是通過取心鉆頭15和套管鉆頭14壓力傳遞臺階26接觸傳遞；傳扭機構中，套管鉆頭14內設計有三個凸臺，取心鉆頭15設計有三個排粉槽27，外圓周向上有三個不通透槽，其寬度略大于三個凸臺的寬度，鉆具回轉后三個凸臺進入三個不通透槽內，使套管鉆頭14和取心鉆頭15側面接觸結合到一體，傳遞扭矩共同回轉。反轉后，凸臺轉出不通透槽，位于排粉槽27中，提拉內鉆具時取心鉆頭15從套管鉆頭14中拉出。
[0033]本發(fā)明鉆具氣流通道系統(tǒng)包括高壓通道和低壓通道。主要功能是將高壓空氣引到孔底，對孔底鉆頭進行沖刷冷卻，同時將孔底巖屑攜帶到地面，起凈化鉆孔作用；低壓通道為巖心管的回風通道，當巖心隨鉆進入巖心管時，將管內空氣和水(地下水)從回風通道頂往單向閥和連接軸4到第一環(huán)狀間隙，與高壓通道氣體匯合，避免管內氣水形成壓力，消除影響巖心進入管內的因素。高壓通道回路由鉆桿、沖擊器、沖擊接頭I軸中心孔H、內管7與外管6形成第一環(huán)狀間隙M、取心鉆頭15上斜高壓出氣口 L和外管6與套管11形成第二環(huán)狀間隙N組成；低壓通道回路由內管7、單向閥、連接軸4中心孔和內管7與外管6形成第一環(huán)狀間隙M組成。鉆進過程中，高壓氣體經鉆桿、沖擊器流向沖擊接頭I軸中心孔H，再流向由內管7與外管6形成第一環(huán)狀間隙M，再經取心鉆頭15上斜高壓出氣口 L流出，對孔底鉆頭進行沖刷冷卻，攜帶巖粉屑流向由外管6與套管11形成第二環(huán)狀間隙N排出地面；內管7中的低壓氣體經由閥座16和鋼球17單向閥及連接軸4中心通孔通道注入第一環(huán)狀間隙M。
[0034]本發(fā)明鉆進常規(guī)鉆具的組合為潛孔錘(另配)、取心鉆具和跟管鉆具組成。鉆進時根據需要在鉆桿中間配置扶正器、沖擊器上端加接取粉管等。跟管套管11需要回收時選用優(yōu)質材料生產跟管套管。不需要回收時，可選用薄壁管或材料較低廉的管材。套管11螺紋與鉆桿螺紋旋向相反，螺紋牙型可選特殊梯形螺紋或圓弧型螺紋。套管11的起拔可以用液壓拔管機或振動器振動拔管，垂直淺孔也可用吊錘反擊起管。
[0035]參照附圖2，單動減振機構主要是實現單動減振的作用，外管6通過絲扣與沖擊接頭I和與內管7連接的巖心管接頭5連接軸4通過推力球軸承21向心球軸承22連接，實現沖擊接頭I帶動外管6和取心鉆頭15轉動，連接軸4和巖心管接頭5及內管7不轉動；在沖擊接頭I下端與推力球軸承21、向心球軸承22及連接軸4之間安裝一組碟形彈簧2，起到減振作用。
[0036]參照附圖3，內管調節(jié)機構主要是調節(jié)內管7下端套接卡心裝置的爪簧座8與取心鉆頭10之間的間隙。
[0037]通過擰動旋轉螺母18控制巖心管接頭5與連接軸4螺紋連接長度調節(jié)卡心裝置的爪簧座8與取心鉆頭15之間的間隙，確保爪簧座8與取心鉆頭10之間的間隙適合。
[0038]參照附圖4、5，壓力傳遞與傳扭機構主要是實現壓力和扭矩達到鉆頭破碎巖石同步跟進。鉆具工作時，壓力和扭矩經沖擊接頭1、外管6傳遞到取心鉆頭15及套管鉆頭14，實現鉆頭同步破巖鉆進；取心鉆頭15和套管鉆頭14分別有壓力傳遞臺階26，壓力是通過取心鉆頭15和套管鉆頭14傳壓臺階26接觸傳遞；傳扭機構中，套管鉆頭14內設計有三個凸臺，取心鉆頭15設計有三個排粉槽27，外圓周向上有三個不通透槽，其寬度略大于三個凸臺的寬度，鉆具回轉后三個凸臺進入三個不通透槽內，使套管鉆頭14和取心鉆頭15側面接觸結合到一體，傳遞扭矩共同回轉。反轉后，凸臺轉出不通透槽，位于排粉槽中，提拉內鉆具時取心鉆頭15從套管鉆頭14中拉出。
[0039]套管懸掛機構包括套管11、套管鉆頭14、套管靴12、卡環(huán)13。跟管鉆具的套管11通過接頭與套管靴12絲扣連接，套管鉆頭14與套管靴12的連接設計彈性卡環(huán)，彈性卡環(huán)為開口圓環(huán)，經實驗傳力效果好，未出現損壞現象；套管鉆頭14與套管靴12、彈性卡環(huán)13連接形成可繞套管11的軸心線轉動的懸掛結構，套管鉆頭14可繞套管靴轉動，卡環(huán)傳遞套管軸向力，其中套管鉆頭14可回轉，套管和套管接頭11和套管靴12等不轉動；彈性卡環(huán)13壁厚等于套管靴12環(huán)形槽深度，彈性卡環(huán)13內徑等于套管鉆頭14環(huán)形槽小徑，套管鉆頭14環(huán)形槽深度小于彈性卡環(huán)13壁厚，裝配時先將彈性卡環(huán)13裝入套管靴12內，然后將套管鉆頭14壓進去，裝好后套管鉆頭14與套管靴12能自由轉動；套管鉆頭14通過彈性卡環(huán)13帶動套管靴12套管11同步跟進。
[0040]參照附圖6，含卡心裝置的取心機構包括巖心經取心鉆頭15、滾針10、卡心裝置。取心機構中的卡心裝置由爪簧座8和爪簧9組成，爪簧座8內有斜度面和爪簧9外有斜度面配合并可相互滑移；爪簧座8上端與內管7下端光軸部分套接并可滑移；爪簧座8與取芯鉆頭15之間設有滾針10，起到減阻與導正作用，爪簧9具有倒刺狀彈性抓手，鉆進時，卡心裝置向上滑移，巖心經取心鉆頭15和爪簧9進入內管7，鉆頭15內徑比內管7和爪簧9內徑小，巖心可自由進入；提鉆時，卡心裝置向下滑移，彈性抓手收縮卡取和擋取巖心，巖心不會脫落，提高取心質量。
[0041]參照附圖1、7、8、9、10，套管鉆頭14、取心鉆頭15設計中，取心鉆頭15底端鑲焊三組球柱狀合金25，外圈6個球柱狀合金，中圈2個球柱狀合金，內圈I個球柱狀合金；套管鉆頭14鑲焊有三層球柱狀合金25，外圈9個球柱狀合金，中圈6個球柱狀合金，內圈3個球柱狀合金。取心鉆頭15采取超前(套管鉆頭和高壓出氣孔)式結構，其破碎(巖石)唇面超前高壓出氣孔L可使得高壓空氣從高壓出氣孔L直接排除，在保證充分沖刷巖屑凈化孔底和冷卻鉆頭的前提下，消除了高壓空氣直接沖刷鉆頭唇面影響巖心采取質量的不利因素。擴孔孔徑一般要比套管外徑大1mm以上，以減少孔壁對套管11的摩擦阻力。鉆頭最小斷面尺寸不能小于6mm，保證傳力機構的聯接強度，在大沖擊功下，鉆頭不會變形或碎裂。鉆頭材料選擇有45CrNiMoVA、XG25、42CrMo等，經整體淬火回火后，硬度在HRC40?44左右，保證強度、韌性。又能保證固齒質量。鉆頭一般采用過盈冷壓或熱壓固齒工藝，保證鋼體能有效地固住硬質合金，并使邊齒鑲入后鉆頭有一定的外出刃，同時為了減少合金剪切力，照常規(guī)取邊齒傾角為35°。鉆頭硬質合金選用YG8c或YJ2H半球齒，保證較高的硬度和較好的抗沖擊韌性。鑲齒前，根據過盈量磨削合金。
【權利要求】
1.一種空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具，其特征在于:由中心取心鉆具和跟管鉆具組成； 中心取心鉆具為單動雙管取心鉆具，由單動減振機構、內管調節(jié)機構、含卡心裝置的取心機構組成；單動減振機構包括沖擊接頭、碟形彈簧、軸承座、連接軸、推力球軸承和向心球軸承；外管通過絲扣與沖擊接頭連接，內管與巖心管接頭連接，巖心管接頭與連接軸連接，連接軸通過推力球軸承和向心球軸承與沖擊接頭連接，實現沖擊接頭帶動外管和取心鉆頭轉動，連接軸和巖心管接頭及內管不轉動；在沖擊接頭下端與推力球軸承、向心球軸承及連接軸之間設置一組碟形彈簧，起到減振作用； 內管調節(jié)機構包括連接軸、巖心管接頭、內管和螺母；螺母與連接軸通過螺紋連接，連接軸與巖心管接頭通過螺紋連接，巖心管接頭與內管通過螺紋連接；通過擰動旋轉螺母控制巖心管接頭與連接軸螺紋連接長度調節(jié)卡心裝置的爪簧座與取心鉆頭之間的間隙，確保爪簧座與取心鉆頭之間的間隙適合； 含卡心裝置的取心機構包括外管、內管、連接軸、巖心管接頭、取心鉆頭、滾針、爪簧座和爪簧；爪簧座和爪簧組成卡心裝置，爪簧座內有斜度面和爪簧外有斜度面配合并可相互滑移；爪簧座上端與內管下端光軸部分套接并可滑移；爪簧座與取芯鉆頭之間設有滾針，起到減阻與導正作用，爪簧具有倒刺狀彈性抓手，鉆進時，卡心裝置向上滑移，巖心經取心鉆頭和爪簧進入內管，鉆頭內徑比內管和爪簧內徑小，巖心可自由進入；提鉆時，卡心裝置向下滑移，彈性抓手收縮卡取和擋取巖心，巖心不會脫落，提高取心質量； 跟管鉆具由套管、套管接頭、套管靴、彈性卡環(huán)、套管鉆頭組成，為同心擴孔跟管鉆具；套管通過套管接頭與套管靴絲扣連接，套管鉆頭與套管靴的連接采用彈性卡環(huán)，彈性卡環(huán)為開口圓環(huán)；套管鉆頭與套管靴采用彈性卡環(huán)連接形成可繞套管的軸心線轉動的懸掛結構，套管鉆頭可繞套管靴轉動，彈性卡環(huán)傳遞套管軸向力，其中套管鉆頭可回轉，套管、套管接頭和套管靴不轉動；彈性卡環(huán)壁厚等于套管靴環(huán)形槽深度，彈性卡環(huán)內徑等于套管鉆頭環(huán)形槽小徑，套管鉆頭環(huán)形槽深度小于彈性卡環(huán)壁厚，裝配時先將彈性卡環(huán)裝入套管靴內，然后將套管鉆頭壓進去，裝好后套管鉆頭與套管靴能自由轉動；套管鉆頭通過彈性卡環(huán)帶動套管靴、套管同步跟進。
2.根據權利要求1所述的空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具，其特征在于:中心取心鉆具和跟管鉆具通過壓力傳遞和傳扭機構實現壓力和扭矩達到鉆頭破碎巖石并同步跟進；壓力傳遞和傳扭機構包括取心鉆頭和套管鉆頭實現壓力和扭矩達到鉆頭破碎巖石同步跟進，鉆具工作時，壓力和扭矩經沖擊接頭、外管傳遞到取心鉆頭及套管鉆頭，實現鉆頭同步破巖鉆進；取心鉆頭和套管鉆頭分別有壓力傳遞臺階，壓力是通過取心鉆頭和套管鉆頭壓力傳遞臺階接觸傳遞；壓力傳遞和傳扭機構中，套管鉆頭內設置有三個凸臺，取心鉆頭設置有三個排粉槽，外圓周向上有三個不通透槽，其寬度略大于三個凸臺的寬度，鉆具回轉后三個凸臺進入三個不通透槽內，使套管鉆頭和取心鉆頭側面接觸結合到一體，傳遞扭矩共同回轉，反轉后，凸臺轉出不通透槽，位于排粉槽中，提拉內鉆具時取心鉆頭從套管鉆頭中拉出。
3.根據權利要求1所述的空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具，其特征在于:鉆具的氣流通道系統(tǒng)由高壓通道回路和低壓通道回路組成，高壓通道回路由鉆桿、沖擊器、沖擊接頭軸中心孔H、內管與外管形成第一環(huán)狀間隙M、取心鉆頭上斜高壓出氣口 L和外管與套管形成第二環(huán)狀間隙N組成；低壓通道回路由內管、單向閥、連接軸中心孔和內管與外管形成第一環(huán)狀間隙M組成；鉆進過程中，高壓氣體經鉆桿、沖擊器流向沖擊接頭軸中心孔H，再流向由內管與外管形成第一環(huán)狀間隙M，再經取心鉆頭上斜高壓出氣口 L流出，對孔底鉆頭進行沖刷冷卻，攜帶巖粉屑流向由外管與套管形成第二環(huán)狀間隙N排出地面；內管中的低壓氣體經由閥座和鋼球單向閥及連接軸中心通孔通道注入第一環(huán)狀間隙M。
4.根據權利要求1所述的空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具，其特征在于:在套管鉆頭、取心鉆頭設置中，取心鉆頭超出套管鉆頭向外伸，套管鉆頭底端高于取心鉆頭為90mm，取心鉆頭底端鑲焊三組球柱狀合金，外圈6個三組球柱狀合金，中圈2個球柱狀合金，內圈I個球柱狀合金；套管鉆頭鑲焊有三層球柱狀合金，外圈9個球柱狀合金，中圈6個球柱狀合金，內圈3個球柱狀合金。
5.根據權利要求1所述的空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具，其特征在于:取心鉆具外管選用厚壁合金管，經熱處理后硬度在HRC32?36，確保沖擊功的傳遞，外管與取芯鉆頭、外管與沖擊接頭連接螺紋采用波形螺紋。
【文檔編號】E21B25/00GK104295232SQ201410576175
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月26日 優(yōu)先權日:2014年10月26日
【發(fā)明者】張益飛 申請人:江蘇省南京工程高等職業(yè)學校