複雜地層用金剛石鑽具的製作方法

2023-11-06 13:26:32 2

專利名稱：複雜地層用金剛石鑽具的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鑽進工具，特別是涉及一種複雜地層用金剛石鑽具。
目前鑽進中所用的金剛石鑽具一般由導正機構，單動機構、內管機構及外管機構四部分組成。使用這類鑽具在砂卵石地層或破碎地層，特別是在砂層鑽進時，孔底有時沉積較多的砂子，由於漿液粘度高，在鑽具快速下鑽過程中，漿液以高速從鑽頭底部通過內外管環狀間隙，進入單動接頭並從鑽杆內上返，甚至從孔口鑽杆中噴射出來，從而將大量砂子帶入鑽杆內，沉積在鑽杆底部、單動接頭及內外管之間，阻塞過水通道，造成蹩泵或影響單動性能，被迫重新起鑽。另外現在所用鑽具中的內管一般為普通圓管，內壁粗糙，巖心進入內管阻力大，以後進行過一些改進，如採用半合管，用防水尼龍膠帶紙纏繞組裝，或採用自鎖式半合管(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成，扣合後兩端回箍以絲扣連接，防止軸向串動，達到自鎖目的。但是這兩種類型的半合管都存在一定的缺點，前者由於尼龍膠帶紙有彈性，鑽進時易被脹開，後者雖然克服了尼龍膠帶紙纏繞半合管易被脹開的缺點，並減小了巖心進入內管的阻力，但是當發生巖心堵塞時，半合管亦會出現縫隙，影響巖礦心採取率，此種結構的鑽具主要用於基巖破碎地層及煤系地層的鑽進和取心，不適於砂卵石覆蓋層。
本發明的目的在於克服由於過水通道阻塞而造成的蹩泵現象，更好地保證其單動性能，同時減小內管對巖心的摩擦阻力，以提高取心質量和鑽進效率，提供一種在導正機構及雙級單動機構之間增設有單向閥機構，並採用磨光內管的複雜地層用金剛石鑽具。
本發明複雜地層用金剛石鑽具包括導正機構、單向閥機構、雙級單動機構、內管機構及外管機構。
其中導正機構由導正管接頭和導正管組成，二者為螺紋聯接。其作用是減小內外管部分長度，保證鑽具的剛度及單動性能，同時又保證粗徑鑽具整體長度，防止斜孔。
單向閥機構由上下閥座、閥體、及閥用彈簧組成。其作用是下鑽時，由於彈簧的彈力將閥體上頂，封閉了過水通道，孔底漿液不能從鑽杆內上返，從而避免將砂子帶入鑽具內。鑽進中，衝洗液壓縮彈簧、閥體下行，則過水通道暢通無阻。
雙級單動機構分為上單動接頭和下單動接頭。上單動接頭包括與導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。下單動接頭包括帶有調節螺母的調節軸套、軸承套、兩盤軸承及密封圈。上述軸承一般均採用推力軸承。上單動接頭的軸與下單動接頭的調節軸套通過螺紋聯接，調整調節螺母，可控制內管總成與鑽頭內臺階的距離。採用雙級單動機構與一級單動機構相比，可避免長時間高速鑽進時，各種影響單動性能的因素都集中於一個單動付上，更好地保證鑽具的單動效果，提高採取巖心的質量和鑽進效率。
內管機構由連接雙級單動機構及內管的接頭、內管、與內管下端滑動配合的定中器、卡簧座及卡簧組成。內管為內壁磨光內管，其粗糙度一般為6.3-0.8。磨光內管可分為兩類，即整體式內管和半合管。該半合管外周不同長度位置上有環槽，其中一塊半合管環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，每道環槽中的梯形槽縫上一般配置1-2個卡箍。此半合管主要用於地質和試驗需要保護原結構狀態巖樣的重要取樣地段鑽進和取巖心。內管下端的定中器有利於保障外管的單動性能，並提高卡簧座壽命。卡簧座通過卡簧起卡取巖心作用。
外管機構由與外管接頭螺紋聯接的外管、與外管螺紋聯接的擴孔器、及與擴器孔螺紋聯接的金剛石鑽頭組成。
本發明複雜地層用金剛石鑽具的優點在於，其一由於在導正機構與雙級單動機構之間增加了單向閥機構，鑽進時避免漿液高速上返，將大量砂子帶入鑽杆內，沉積在鑽杆底部、單動接頭及內外管之間，堵塞過水通道而造成蹩泵及影響單動性能。其二是由於採用整體式磨光內管及該種結構的半合管，減小了巖心進入內管的阻力，減少巖心堵塞，不僅增加回次進尺25-100%，而且減少巖心的自磨磨損，提高了巖心的採取率及取心質量，本發明配合SM植物膠衝洗液鑽進鬆散砂卵石地層，使取出保持圓柱狀的原結構狀巖樣的回次數達60%以上，部分孔段可達100%;鑽進基巖的破碎地層、風化地層、軟弱夾層和水敏性地層時，巖心採取率達96%以上，部分可達100%。
本發明複雜地層用金剛石鑽具尤其適用於末膠結鬆散砂卵石覆蓋層和各種破碎地層進行鑽進及鑽取原結構巖心樣。
下面結合附圖詳細說明本發明實施例。


圖1本發明結構示意2單向閥機構結構示意3半合管結構示意4卡箍示意5內管機構結構示意圖本發明複雜地層用金剛石鑽具包括導正機構，單向閥機構、雙級單動機構、內管機構和外管機構。導正機構由導正管接頭1和導正管2組成、二者為螺紋聯接。單向閥機構包括上閥座3、下閥座4、閥體5、及閥用彈簧6。雙級單動機構分為上單動接頭和下單動接頭，上單動接頭包括與導正管2及上閥座3螺紋聯接的外管接頭7、軸8、軸承支座9、推力軸承10、11、壓蓋12和密封圈13，下單動接頭包括帶有調節螺母14的調節軸套15、軸承套16、推力軸承17、18及O型密封圈19。內管機構由內管20、與雙級單動機構及內管20連接的接頭21、與內管20下端滑動配合的定中器22、卡簧座23及卡簧24組成，內管20為開口鉤頭鋼質卡箍半合管(如圖3、圖4所示)，其結構為其中一塊半合管環槽29上開有兩條近軸向梯形槽縫28，槽縫28上有一個與其相配合的兩端帶鉤的開口卡箍30將半合管抱緊。外管機構由與外管接頭7螺紋聯接的外管26、與外管26螺紋聯接的擴孔器25、與擴孔器25螺紋聯接的金剛石鑽頭27組成。
權利要求
1.一種複雜地層用金剛石鑽具，包括導正機構、雙級單動機構、內管機構及外管機構，其特徵在於導正機構與雙級單動機構之間連接有由上、下閥座、閥體及閥用彈簧組成的單向閥機構，內管機構中的內管為內壁磨光內管。
2.如權利要求1所述的複雜地層用金剛石鑽具，其特徵在於內管機構中的磨光內管為半合管，結構為半合管外周不同長度位置上有環槽，其中一塊半合管每道環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.如權利要求1或2所述的複雜地層用金剛石鑽具，其特徵在於磨光內管的粗糙度為6.3-0.8。
全文摘要
本發明提供一種複雜地層用金剛石鑽具，包括導正機構、單向閥機構、雙級單動機構，內管機構和外管機構。其中內管為磨光整體式內管或磨光開口鉤頭鋼質卡箍半合管。本發明單動性能好、巖心採取率高，取心質量好，可鑽取原結構狀的近似原狀巖樣，適用於鬆散地層、破碎地層及其它地層進行巖心鑽探和隨鑽取樣。
文檔編號E21B25/00GK1063137SQ9210800
公開日1992年7月29日 申請日期1992年1月6日 優先權日1992年1月6日
發明者李月良, 崔金海, 邊廣儒, 陳德俊 申請人:水利電力部成都勘測設計院勘察總隊