空氣反循環連續取心鑽具的製作方法
2023-05-13 14:49:31
專利名稱：空氣反循環連續取心鑽具的製作方法
技術領域：
本實用新型是一種用於砂礦、工程、地質鑽探的新鑽具。它可實現氣動衝擊迴轉反循環連續取心鑽進(C·S·R)，從而採到巖心和巖屑。
空氣反循環連續取心鑽進是通過雙壁鑽杆內外鑽杆之間的環形空間將壓縮空氣輸送到孔底，利用空氣及循環氣流在鑽杆內的上升力，使巖心連續地輸送到地表。目前，空氣反循環連續取樣鑽進用的衝擊器，在衝擊器孔段為正循環，遇到不穩定地層時會造成氣流對孔壁的衝蝕。砂礦勘探的地層為非固結性的第四系履蓋層，採用常規的衝擊器會造成對孔壁的嚴重衝蝕，而為砂礦勘探規範所不允許。砂礦勘探遇到礫石、巨礫時，缺乏有效的手段。上述存在的問題嚴重影響該方法優越性的發揮。因此，自空氣反循環鑽探技術問世以來，研製氣動衝擊迴轉連續取心衝擊器一直引起人們的關注。
為此，本實用新型提供了一種實現空氣反循環連續取心的鑽具，它由可實現反循環鑽進的取心衝擊器和取心鑽頭組成。主要目的是解決砂礦勘探鑽進礫石層和巨礫，亦適用於工程、地質鑽探。其突出特點是鑽進效率高，樣品質量好。
本實用新型是這樣實現的
本實用新型由空氣反循環連續取心衝擊器和取心鑽頭組成。它是在取心鑽頭與雙壁鑽杆之間設置一臺中空式(貫通式)衝擊器。該衝擊器為氣動閥式衝擊器，其配氣氣路設置在內、外缸之間，依靠閥片上下兩側壓力差使閥片換向，實現中空活塞往復衝擊運動。為保證反循環實現，設置了若干條直通氣道和排氣道。取心鑽頭相應地設置若干條直通氣道和排氣道，從而有效地清除巖屑和連續地輸送巖心。
以下結合附圖對本實用新型進行詳細描述
圖1是本實用新型的空氣反循環連續取心鑽具的連接示意圖。
圖2是可實現反循環鑽進的中空式衝擊器的主要結構縱向剖面圖。
圖3是取心鑽頭結構圖。
圖4是圖2的A－A剖面圖。
本實用新型中的中空式衝擊器(20)和取心鑽頭(12)的結構為與雙壁鑽杆(21)的內鑽杆連接的內管(8)被設置在中空式衝擊器中以輸送巖心，其下端插入取心鑽頭(12)內。逆止閥(2)裝在接頭(1)內，以防止停止送風時巖屑、水進入衝擊器內。接頭(1)上端以螺紋與雙壁鑽杆連接，下端亦以螺紋與衝擊器(20)連接，接頭(1)內設置若干個氣孔，當擰緊下端螺紋時其壓緊壓蓋(4)，閥蓋(5)和閥座(7)。閥片(6)套在內管(8)上，且置於閥蓋與閥座的空腔內，而閥座(7)支承在缸體(3)的臺階上。中空活塞(9)置於缸體(3)內，且套在內管(8)上。缸體(3)下端以花鍵與取心鑽頭(12)的花鍵(13)連接，同時裝以圓鍵(11)，防止取心鑽頭(12)脫出。配氣氣路設置在內缸(3)與外缸(10)之間，設置4～6條進氣道(22)，6～8條排氣道(23)和2條直通氣道(24)。直通氣道(24)與取心鑽頭(12)的直通氣道(15)相對應，鑽頭直通氣道(15)在靠近鑽頭唇部呈向上傾斜，傾斜角α＝15°～25°，一部分壓縮空氣直接輸送到取心鑽頭的中心孔(17)，以獲得反循環所需的足夠風量來輸送巖心。中空活塞(9)往復衝擊運動排出的空氣經缸體的排氣道(23)進入與缸體排氣道相對應的取心鑽頭(12)的排氣道(14)，輸送到鑽頭唇部，以清除破碎的巖屑。為使巖屑順利進入鑽頭中心孔，鑽頭唇部設置3～4條向中心傾斜的排渣槽(16)，其傾斜角β為10°～20°，排渣槽(16)向內張開，外窄內寬。取心鑽頭(12)在結構上設置縱向花鍵(13)以傳遞扭矩，同時使鑽頭可以上下串動一定距離。為實現反循環取心鑽進，取心鑽頭(12)開設中心孔(17)，提供反循環氣流、形成巖心及巖心上返的通道，同時在取心鑽頭體上設置6～8條排氣道(14)，排氣道(14)一部分與鑽頭唇部排渣槽(16)相通，另一部分在靠近鑽頭唇部呈向上傾斜，傾角15°～25°，與取心鑽頭中心孔(17)相通。2條直通氣道(15)和6～8條排氣道(14)排出的空氣，足以有效地清除巖屑和連續地輸送巖心，實現氣動衝擊迴轉反循環連續取心鑽進。
本實用新型的空氣及循環連續取心鑽具的中空式衝擊器和反循環取心鑽頭的工作過程及原理如下在反循環取心鑽頭(12)與雙壁鑽杆(21)之間設置一臺中空式衝擊器(20)，中空式衝擊器依靠閥片(6)上下兩側的壓力差，使閥片(6)換向實現中空活塞(9)往復衝擊運動，產生的縱向衝擊力作用於取心鑽頭(12)，有效地破碎巖石，獲得高的鑽進速度。當取心鑽頭(12)接觸孔底時，壓縮空氣經進氣道(22)進入前氣室(18)，推動中空活塞(9)上行，後氣室(19)排氣，當活塞關閉後氣室(19)的排氣孔時，後氣室(19)的空氣開始壓縮，活塞(9)繼續上行，至活塞前端與前氣室的排氣孔脫開，前氣室(18)通大氣，壓力急劇下降，此時活塞(9)靠慣性繼續向上運動，後氣室(19)的空氣被進一步壓縮，壓力增高，作用在閥片(6)下側的壓力大於上側壓力，推動閥片(6)換向，回程結束。閥片(6)換向，壓縮空氣進入後氣室(19)，推動活塞(9)下行，前氣室(18)排氣，當活塞前端關閉前氣室(18)的排氣孔時，前氣室(18)的空氣開始壓縮，活塞(9)繼續下行至後氣室(19)的排氣孔打開，後氣室(19)通大氣，壓力急劇下降，此時活塞(9)靠慣性繼續向下運動直至衝擊取心鑽頭(12)。與此同時，前氣室(18)的壓力不斷增高，閥片(6)在上、下側壓力差作用下換向，衝程結束。如此循環，實現活塞往復衝擊運動。
取心鑽頭破碎的巖屑及形成的巖心經內管(8)及雙壁鑽杆(21)的內鑽杆，在反循環空氣流的作用下連續地輸送到地表，實現氣動衝擊迴轉反循環連續取心鑽進。
本實用新型中的中空式衝擊器和取心鑽頭的突出優點是鑽進過程中避免孔壁對樣品的汙染，樣品具有真實的代表性，同時對突破砂礦勘探中礫石、巨礫的鑽進有明顯的效果，鑽進速度快，樣品採取率高。亦適用於工程、地質鑽探等。
權利要求1.由雙壁鑽杆(21)、衝擊器(20)和取心鑽頭(12)組成的空氣反循環連續取心鑽具，其特徵在於所說的衝擊器(20)為可實現反循環鑽進的中空式氣動閥式衝擊器，在該衝擊器的內、外缸之間設置2條直通氣道(24)，4～6條進氣道(22)，6～8條排氣道(23)，所說的取心鑽頭(12)的體內設置2條直通氣道(15)、6～8條排氣道(14)，衝擊器(20)的直通氣道和排氣道分別與取心鑽頭的直通氣道(15)和排氣道(14)相對應，取心鑽頭(12)的唇部設置3～4條向中心傾斜的排渣槽(16)。
2.如權利要求1所述的取心鑽具，其特徵在於所說的中空式氣動閥式衝擊器(20)的中空活塞(9)在空氣壓力下通過閥片換嚮往復衝擊取心鑽頭(12)。
3.如權利要求1、2所述的取心鑽具，其特徵在於所說的取心鑽頭(12)的直通氣道(15)在靠近鑽頭唇部呈向上傾斜，傾角為15°～25°，所說的排氣道(14)一部分直接與鑽頭唇部排渣槽(16)相通，另一部分在靠近鑽頭唇部呈向上傾斜，傾角為15°～25°，所說的排渣槽(16)外窄內寬，向內傾斜，傾角為10°～15°。
專利摘要本實用新型提供了一種用於氣動衝擊同轉反循環連續取心鑽進的裝置，可適用於砂礦、工程、地質等勘探，可取得巖心和巖屑，它是在取心鑽頭與雙壁鑽杆之間設置一臺貫通式衝擊器。該衝擊器是閥式的，其配氣系統設置在內、外缸之間，依靠閥片上下兩側壓力差使閥片換向，實現中空活塞往復運動。為了保證反循環實現，設置了若干條直通氣道、排氣道。以心鑽頭相應地設置若干條直通氣道和排氣道，有效地清除巖屑和連續地輸送巖心。
文檔編號E21B25/02GK2084510SQ9120515
公開日1991年9月11日 申請日期1991年4月6日 優先權日1991年4月6日
發明者周衍茂, 康永春, 閔德祥 申請人:冶金部第一地質勘探公司探礦技術研究所, 嘉興冶金機械廠