專利名稱：帶壓干鉆取心鉆頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖土工程巖樣取心鉆頭，特別是一種帶壓干鉆取心鉆頭。
背景技術(shù)：
在巖土工程和石油工程中，巖石力學(xué)性質(zhì)是工程設(shè)計(jì)最基本的數(shù)據(jù)，往往要通過(guò)大量力學(xué)實(shí)驗(yàn)獲得工程巖石的力學(xué)參數(shù)，而巖樣的鉆取是整個(gè)過(guò)程的第一步，也是影響實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有效性的第一步，由此引出一個(gè)問(wèn)題:取心過(guò)程一定包含損傷，這些損傷對(duì)后期參數(shù)測(cè)量有一定的影響，對(duì)于一些堅(jiān)硬或高強(qiáng)度巖石，這一影響可以忽略不記，而對(duì)于一些弱膠結(jié)、層狀或裂縫性巖石，取心成功率極低，即便獲得完整的巖心，損傷的影響對(duì)巖石性質(zhì)的改變亦很顯著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明即針對(duì)上述缺陷提供一種解決取心過(guò)程因軸向壓力釋放以及巖心圓柱壁面與鉆頭壁面摩擦引起巖心損傷的帶壓干鉆取心鉆頭。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的第一方面提供一種帶壓干鉆取心鉆頭。按照本發(fā)明第一方面的帶壓干鉆取心鉆頭包括鉆頭柱、活塞、彈簧，其中彈簧嵌入鉆頭柱內(nèi)部，彈簧上端與鉆頭柱內(nèi)表面接觸，彈簧下端與活塞相連，鉆頭柱上包括注液口和排液口。優(yōu)選的是，所述活塞的數(shù)量為至少兩個(gè)。優(yōu)選的是，所述帶壓干鉆取心鉆頭的活塞包括活塞A和活塞B。優(yōu)選的是，所述帶壓干鉆取心鉆頭還包括旋轉(zhuǎn)接頭。優(yōu)選的是，所述活塞A的上部與彈簧相連。優(yōu)選的是，所述活塞B下端與所述旋轉(zhuǎn)接頭相連。 優(yōu)選的是，所述活塞A與所述活塞B之間構(gòu)成液壓腔。優(yōu)選的是，所述活塞B的側(cè)面與鉆頭柱內(nèi)表面配合。優(yōu)選的是，所述活塞B的側(cè)面與鉆頭柱內(nèi)表面的配合方式為間隙配合。優(yōu)選的是，所述活塞B的側(cè)面與鉆頭柱內(nèi)表面的配合方式為過(guò)渡配合。優(yōu)選的是，所述活塞A與彈簧構(gòu)成限壓裝置，所述限壓裝置使液壓腔內(nèi)滿足一定壓力，并將該壓力施加到活塞B上，繼而將該壓力傳遞至巖心。優(yōu)選的是，所述鉆頭柱的材料為45#鋼。優(yōu)選的是，所述鉆頭柱的材料為合金鋼。優(yōu)選的是，在鉆頭柱外壁面上設(shè)有刻度線。優(yōu)選的是，所述鉆頭柱底端與鉆頭連接。優(yōu)選的是，所述鉆頭包括鉆頭齒。優(yōu)選的是，所述旋轉(zhuǎn)接頭包括旋轉(zhuǎn)部分和非旋轉(zhuǎn)部分。優(yōu)選的是,所述旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)部分與活塞B接觸。
優(yōu)選的是，所述旋轉(zhuǎn)接頭的非旋轉(zhuǎn)部分與巖心接觸。優(yōu)選的是，所述活塞A的材料為45#鋼。優(yōu)選的是，所述活塞B的材料為45#鋼。優(yōu)選的是，所述彈簧的材料為合金彈簧鋼絲。優(yōu)選的是，所述彈簧的材料為60Si2Mn。本發(fā)明第一方面的帶壓干鉆取心鉆頭的工作方式是:將液體從注液口注入液壓腔，使液壓腔內(nèi)注滿液體，然后關(guān)閉注液口，在液壓作用下活塞B推動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭與巖石接觸；推動(dòng)鉆頭向下壓，并旋轉(zhuǎn)切削巖石，此時(shí)隨著鉆頭柱下壓，鉆頭內(nèi)液壓腔的內(nèi)壓力升高，同時(shí)，液壓腔的內(nèi)壓推動(dòng)活塞A向上移動(dòng)，彈簧阻礙活塞A的移動(dòng)；當(dāng)液壓腔內(nèi)的壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，活塞A在液壓作用下向上移動(dòng)并壓縮彈簧，且彈簧的變形量超過(guò)一定限度，活塞A的下端退回至排液口以上時(shí)，液壓腔內(nèi)的液體從排液口排出；此時(shí)，液壓腔內(nèi)的壓力下降，活塞A下端所受的液體內(nèi)壓降低，在彈簧彈力和液體內(nèi)壓的壓力差作用下，活塞A向下運(yùn)動(dòng)，從而使液壓腔內(nèi)的液體內(nèi)壓恢復(fù)到一定值，并促使活塞B推動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭壓住巖心，此后，繼續(xù)推動(dòng)鉆頭向下壓并旋轉(zhuǎn)切削巖石。鉆頭下壓過(guò)程中，鉆頭內(nèi)液壓腔的內(nèi)壓再次升高，推動(dòng)活塞A向上移動(dòng)并高于排液口，液壓腔內(nèi)的液體排出，液壓腔內(nèi)壓下降，活塞A向下運(yùn)動(dòng)，液壓腔封閉并保證一定壓力促使活塞B推動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭與巖心接觸。帶壓干鉆取心鉆頭如上述過(guò)程反復(fù)循環(huán)，不斷推動(dòng)鉆頭柱向下壓，并旋轉(zhuǎn)切削巖心，每次取心完成后，可通過(guò)注液口注入液體，液壓腔工作時(shí)為密封狀態(tài)。本發(fā)明第一方面提供的帶壓干鉆取心鉆頭可避免對(duì)巖心的損害，取心成功率高，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和實(shí)驗(yàn)室研究數(shù)據(jù)的提取均具有很強(qiáng)的必要性。本發(fā)明第一方面所提供的帶壓干鉆取心鉆頭的技術(shù)方案包括上述各部分的任意組合，上述各部分組件的簡(jiǎn)單變化或組合仍為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的第二方面還提供一種帶壓干鉆取心方法，其包括如下步驟:a.通過(guò)注液口向鉆頭柱液壓腔內(nèi)注滿液體；b.將注液口封閉；c.推動(dòng)活塞B使之與旋轉(zhuǎn)接頭接觸；d.推動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭與巖石接觸；e.朝向巖石基巖方向壓下鉆頭；f.轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭柱對(duì)巖石進(jìn)行切削；g.鉆頭鉆入預(yù)設(shè)的深度后停止切削，取出巖心。優(yōu)選的是，以上步驟依次進(jìn)行。優(yōu)選的是，所述鉆頭為本發(fā)明第一方面所提供的帶壓干鉆取心鉆頭。優(yōu)選的是，所述帶壓干鉆取心鉆頭包括活塞A和活塞B。優(yōu)選的是，所述活塞A的上部與彈簧相連。優(yōu)選的是,所述活塞B下端與所述旋轉(zhuǎn)接頭相連。優(yōu)選的是，所述活塞B的側(cè)面與鉆頭柱內(nèi)表面配合。優(yōu)選的是，在鉆頭柱外壁面上設(shè)有刻度線。更多操作對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言都是已知的，不再贅述。
本發(fā)明第二方面所提供的帶壓干鉆取心方法的技術(shù)方案包括上述各部分的任意組合，上述各部分組件的簡(jiǎn)單變化或組合仍為本發(fā)明的保護(hù)范圍。


圖1為按照本發(fā)明第一方面的帶壓干鉆取心鉆頭的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1所示實(shí)施例的取心過(guò)程示意圖。圖1、圖2中數(shù)字分別表示:I彈簧2活塞A3排液口 4注液口5液壓腔 6鉆頭柱7活塞B 8旋轉(zhuǎn)接頭9巖心10巖體
具體實(shí)施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述按照本發(fā)明第一方面的帶壓干鉆取心鉆頭的結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施例。圖1為按照本發(fā)明第一方面的帶壓干鉆取心鉆頭的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例中，帶壓干鉆取心鉆頭包括鉆頭柱6、活塞A2、活塞B7、彈簧1，其中彈簧I嵌入鉆頭柱6內(nèi)部，彈簧I上端與鉆 頭柱6內(nèi)表面接觸，彈簧I下端與活塞A2相連，鉆頭柱6上包括注液口 4和排液口 3，活塞B7下端與旋轉(zhuǎn)接頭8相連，活塞A2與活塞B7之間構(gòu)成液壓腔5。本實(shí)施例中，所述活塞B7的側(cè)面與鉆頭柱6的內(nèi)表面配合。本實(shí)施例中，所述活塞B7的側(cè)面與鉆頭柱6內(nèi)表面的配合方式為間隙配合。本實(shí)施例中，所述活塞B7的側(cè)面與鉆頭柱6內(nèi)表面的配合方式為過(guò)渡配合。本實(shí)施例中，所述活塞A2與彈簧I構(gòu)成限壓裝置，所述限壓裝置使液壓腔5內(nèi)滿足一定壓力，并將該壓力施加到活塞B7上，繼而將該壓力傳遞至巖心9。本實(shí)施例中，所述鉆頭柱6的材料為45#鋼。本實(shí)施例中，所述鉆頭柱6的材料為合金鋼。本實(shí)施例中，所述活塞A2的材料為45#鋼。本實(shí)施例中，所述活塞B7的材料為45#鋼。本實(shí)施例中，所述彈簧I的材料為合金彈簧鋼絲。本實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)接頭包括旋轉(zhuǎn)部分和非旋轉(zhuǎn)部分。本實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)部分與活塞B接觸。本實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)接頭的非旋轉(zhuǎn)部分與巖心接觸。本實(shí)施例中帶壓干鉆取心鉆頭的工作方式是:將液體從注液口 4注入液壓腔5，使液壓腔5內(nèi)注滿液體，然后關(guān)閉注液口 4，在液壓作用下活塞B7推動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭8與巖體10接觸；推動(dòng)鉆頭柱6向下壓，并旋轉(zhuǎn)切削巖石，此時(shí)隨著鉆頭柱6下壓，鉆頭柱6內(nèi)液壓腔5的內(nèi)壓力升高，同時(shí)，液壓腔5的內(nèi)壓推動(dòng)活塞A2向上移動(dòng)，彈簧I阻礙活塞A2的移動(dòng)；當(dāng)液壓腔5內(nèi)的壓力達(dá)到預(yù)定值時(shí)，活塞A2在液壓作用下向上移動(dòng)并壓縮彈簧1，且彈簧I的變形量超過(guò)一定限度，活塞A2的下端退回至排液口 3以上時(shí)，液壓腔5內(nèi)的液體從排液口3排出；此時(shí)，液壓腔5內(nèi)的壓力下降，活塞A2下端所受的液體內(nèi)壓降低，在彈簧I的彈力和液體內(nèi)壓的壓力差作用下，活塞A2向下運(yùn)動(dòng)，從而使液壓腔5內(nèi)的液體內(nèi)壓恢復(fù)到一定值，并促使活塞B7推動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭8壓住巖心9，此后，繼續(xù)推動(dòng)鉆頭柱6向下壓并旋轉(zhuǎn)切削巖石。鉆頭柱6下壓過(guò)程中，鉆頭柱6內(nèi)液壓腔5的內(nèi)壓再次升高，推動(dòng)活塞A2向上移動(dòng)并高于排液口 3，液壓腔5內(nèi)的液體排出，液壓腔5內(nèi)壓下降，活塞A2向下運(yùn)動(dòng)，液壓腔5封閉并保證一定壓力促使活塞B7推動(dòng)旋轉(zhuǎn)接頭8與巖心9接觸。本實(shí)施例中，帶壓干鉆取心鉆頭如上述過(guò)程反復(fù)循環(huán)，不斷推動(dòng)鉆頭柱6向下壓，并旋轉(zhuǎn)切削巖心9，工作完成后，可通過(guò)注液口注入液體，工作時(shí)為密封狀態(tài)。圖2為圖1所示實(shí)施例的取心過(guò)程示意圖，本實(shí)施例中X為剛開始取心時(shí)的工作狀態(tài)，此時(shí)液壓腔5容積較大，所需的液體較多，彈簧I的伸縮量較??；Y所示的狀態(tài)為取心中間過(guò)程中的狀態(tài)之一，此時(shí)液壓腔5的容積中等Z所示的狀態(tài)為取心結(jié)束前的狀態(tài)，此時(shí)取心過(guò)程接近尾聲，此后，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)液口排量至較大值，沖洗鉆孔中的鉆屑，緩慢旋轉(zhuǎn)并提升鉆頭至X所示的位置，然后取出切削好的圓柱形巖心，清理取出的巖心并編號(hào)。更多操作對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言都是已知的，不再贅述。本實(shí)施例中所述的帶壓干鉆取心鉆頭可避免對(duì)巖心的損害，取心成功率高，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和實(shí)驗(yàn)室研究數(shù)據(jù)的提取均具有較好的積極效果。本實(shí)施例所述的帶壓干鉆取心鉆頭的技術(shù)方案包括上述各部分的任意組合，上述各部分組件的簡(jiǎn)單變化或組合仍為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種帶壓干鉆取心鉆頭，包括鉆頭、活塞、彈簧，其中彈簧嵌入鉆頭內(nèi)部，彈簧上端與鉆頭內(nèi)表面接觸，彈簧下端與活塞相連，鉆頭上包括注液口和排液口，其特征在于:所述活塞的數(shù)量為至少兩個(gè)。
2.如權(quán)利要求1所述的帶壓干鉆取心鉆頭，其特征在于:所述帶壓干鉆取心鉆頭的活塞包括活塞A和活塞B，所述活塞A的上部與彈簧相連。
3.如權(quán)利要求1所述的帶壓干鉆取心鉆頭，其特征在于:所述帶壓干鉆取心鉆頭包括旋轉(zhuǎn)接頭。
4.如權(quán)利要求2或3所述的帶壓干鉆取心鉆頭，其特征在于:所述活塞B下端與所述旋轉(zhuǎn)接頭相連。
5.如權(quán)利要求4所述的帶壓干鉆取心鉆頭，其特征在于:所述活塞B的側(cè)面與鉆頭柱內(nèi)表面配合。
6.如權(quán)利要求2所述的帶壓干鉆取心鉆頭，其特征在于:所述活塞B的側(cè)面與鉆頭柱內(nèi)表面的配合方式為間隙配合。
7.如權(quán)利要求1所述的帶壓干鉆取心鉆頭，其特征在于:所述鉆頭柱的材料為合金鋼。
8.如權(quán)利要求2所述的帶壓干鉆取心鉆頭，其特征在于:所述活塞A的材料為45#鋼。
9.如權(quán)利要求2所述的帶壓干鉆取心鉆頭，其特征在于:所述活塞B的材料為45#鋼。
全文摘要
一種帶壓干鉆取心鉆頭，包括鉆頭柱、活塞、彈簧，其中彈簧嵌入鉆頭內(nèi)部，彈簧上端與鉆頭內(nèi)表面接觸，彈簧下端與活塞相連，鉆頭上包括注液口和排液口，所述活塞的數(shù)量為至少兩個(gè)。所述活塞A與彈簧構(gòu)成限壓裝置，所述限壓裝置使液壓腔內(nèi)滿足一定壓力，并將該壓力施加到活塞B上，繼而將該壓力傳遞至巖心。本發(fā)明所提供的帶壓干鉆取心鉆頭可避免對(duì)巖心的損害，取心完整性好，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)和實(shí)驗(yàn)室研究數(shù)據(jù)的提取均具有重要意義。
文檔編號(hào)E21B10/02GK103206171SQ201310104670
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者張廣清 申請(qǐng)人:中國(guó)石油大學(xué)(北京)