技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大致涉及一種取芯鉆頭，可用于給地質(zhì)和/或人造形成物鉆孔的鉆具及其制作和使用這種鉆具的方法。

背景技術(shù)：

鉆頭和其他鉆孔工具通常用于在巖石和其他形成物中鉆孔以進行勘探或其他目的。用于這類操作的一種鉆頭是孕鑲式鉆頭。孕鑲式鉆頭包含可由含有粉末狀硬質(zhì)顆粒材料(諸如碳化鎢)的胎體形成的切削部或冠部。硬質(zhì)顆粒材料可用粘合劑(銅合金)燒結(jié)和/或熔滲。此外，孕鑲式鉆頭的切削部也可以浸透有研磨切削介質(zhì)，諸如天然或合成金剛石。

在鉆孔操作期間，研磨切削介質(zhì)逐隨著支撐胎體材料被磨損掉漸暴露。通過形成切削部的支撐胎體的磨損而連續(xù)暴露新研磨切削介質(zhì)可幫助提供連續(xù)的鋒利切削面。孕鑲式鉆具可以繼續(xù)高效地切削直到工具的切削部耗盡。一旦工具的切削部耗盡，工具變鈍并且通常需要更換。

孕鑲式鉆頭和大多數(shù)其他類型的鉆具在鉆孔操作期間通常需要使用鉆液或鉆孔空氣。通常，從表面將鉆液或鉆孔空氣泵送穿過鉆柱并且橫跨鉆頭尖面。鉆液隨后可通過鉆柱與鉆孔壁之間的隔開返回表面?；蛘?，鉆液可沿著形成于鉆柱與形成物之間的環(huán)面泵送、橫跨鉆頭尖面并且通過鉆柱返回。鉆液可提供數(shù)個重要功能，包含將切屑沖洗干凈并且將切屑沖洗出鉆孔、將切屑從鉆頭尖面清除使得研磨切削介質(zhì)產(chǎn)生過度鉆頭磨損、在鉆孔期間潤滑并且冷卻鉆頭尖面以及減小旋轉(zhuǎn)鉆柱的摩擦。

為協(xié)助引導鉆液橫跨鉆孔尖面，鉆頭通常在切削面附近包含從內(nèi)直徑到外直徑穿透鉆頭的水道或通道。因此，水道可協(xié)助冷卻鉆孔尖面和將切屑沖洗掉。不幸的是，當在破損和研磨形成物中鉆孔或以高鉆速鉆孔時，碎屑會阻塞水道，從而阻礙鉆液的流動。從鉆頭內(nèi)部行進到鉆頭外部的鉆液的減少可能導致切屑去除不充分、鉆頭磨損的不均勻、大摩擦力的產(chǎn)生、鉆頭發(fā)熱或可能最終導致鉆頭故障的其他問題。此外，在破損和研磨地面條件下，散材常常無法順利饋給到鉆柱或鉆管中。

當前用于減少水道阻塞的解決方案包含增大水道的深度、增大水道的寬度和使水道的側(cè)面徑向漸縮使得水道的寬度隨著水道從鉆頭的內(nèi)直徑延伸到鉆頭的外直徑而增大。雖然這些方法中的每一個可在一定程度上減少阻塞以及增強沖洗，但是它們也各自展現(xiàn)一定程度或另一程度的各種缺陷。

例如，較深水道可能減小鉆頭的強度、減小鉆液在水道進口處的速度及因此鉆液的沖洗能力以及因在鉆孔剛體中切出水道所涉及的額外加工而增加制造成本。較寬水道可減小鉆頭尖面的切削表面及因此降低鉆頭的鉆孔性能并且減小鉆液在水道進口處的速度。類似地，徑向漸縮的水道可能減小鉆孔尖面的切削表面并且減小鉆液在水道進口處的速度。

應當了解許多當前的解決方案在形成水道時從鉆頭的內(nèi)直徑去除的材料的比例可能比從鉆頭外直徑去除的材料大。內(nèi)直徑上減小的鉆頭主體體積可能導致鉆頭在內(nèi)直徑上的過早磨損。這種過早磨損可能導致鉆頭故障并且因需更頻繁地更換鉆頭而增加鉆孔成本。

因此，傳統(tǒng)水道中存在許多可以解決的缺點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實現(xiàn)用可圍繞鉆具的切削面提供改進的鉆液流的鉆具、系統(tǒng)和方法克服本領(lǐng)域中的一個或多個問題。例如，本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)包含可增大鉆液在水道進口處的速度并且從而提供改進的切屑沖洗的水道的鉆具。尤其是，本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)包含具有軸向漸縮水道的鉆具。

例如，取芯鉆頭的一個實現(xiàn)可包含長柄和環(huán)狀冠部。環(huán)狀冠部可包含縱軸、切削面、內(nèi)表面和外表面。環(huán)狀冠部可圍繞縱軸界定用于接收芯樣的內(nèi)部空間。鉆頭還可包含從環(huán)狀冠部的內(nèi)表面延伸到環(huán)狀冠部的外表面的至少一個水道。所述至少一個水道可徑向漸縮，因而環(huán)狀冠部的外表面上的至少一個水道的縱向尺寸大于環(huán)狀冠部的內(nèi)表面上的至少一個水道的縱向尺寸。

此外，鉆具的實現(xiàn)可包含長柄和固定到長柄的切削部。切削部可包含切削面、內(nèi)表面和外表面。鉆具還可以包含由從切削部的內(nèi)表面延伸到切削部的外表面的第一側(cè)表面、從切削部的內(nèi)表面延伸到切削部的外表面的相對第二側(cè)表面和在第一側(cè)表面和第二側(cè)表面之間延伸以及從切削部的內(nèi)表面延伸到切削部的外表面的頂部表面界定的一個或多個水道。頂部表面可以在大致從切削面朝向長柄的方向上從切削部的內(nèi)表面漸縮到切削部的外表面。

此外，鉆土鉆頭的實現(xiàn)可包含長柄和固定到長柄并且從長柄向外延伸的冠部。冠部可包含切削面、內(nèi)表面和外表面。鉆頭還可包含在內(nèi)表面上延伸到切削面中達第一距離以及在外表面上延伸到切削面中達第二距離的多個凹口。第二距離可大于第一距離，且多個凹口可從冠部的內(nèi)表面延伸到冠部的外表面。

形成具有軸向漸縮水道的鉆頭的方法的實現(xiàn)可涉及形成由硬質(zhì)顆粒材料和多個研磨切削介質(zhì)組成的環(huán)狀冠部。方法還可涉及將多個插塞放置在環(huán)狀冠部內(nèi)。多個插塞中的每一個插塞的縱向尺寸可沿著其長度從第一末端增大到第二末端。方法另可涉及用被構(gòu)造來粘合到硬質(zhì)顆粒材料和多種研磨切削介質(zhì)的粘合材料浸透環(huán)狀冠部。此外，方法可涉及將多個插塞從經(jīng)熔滲的環(huán)狀冠部上去除以暴露多個軸向漸縮水道。

除上文內(nèi)容以外，鉆孔系統(tǒng)可包含鉆孔機、被調(diào)適來固定到鉆孔機并且由鉆孔機旋轉(zhuǎn)的鉆柱、和被調(diào)適來固定到鉆柱的鉆頭。鉆頭可包含長柄和環(huán)狀冠部。環(huán)狀冠部可包含縱軸、切削面、內(nèi)表面和外表面。環(huán)狀冠部可圍繞縱軸界定接收芯樣的內(nèi)部空間。環(huán)狀冠部還可以包含從內(nèi)表面延伸到外表面的至少一個水道。所述至少一個水道可軸向漸縮，因而環(huán)狀冠部的外表面上的至少一個水道的縱向尺寸大于環(huán)狀冠部的內(nèi)表面上的至少一個水道的縱向尺寸。

本發(fā)明的示例性實現(xiàn)的額外特征和優(yōu)點于下文描述中說明且部分可從描述中了解或可通過實踐這類示例性實現(xiàn)而學會。此類實現(xiàn)的特征和優(yōu)點可通過隨附權(quán)利要求中特別指定的器具和組合實現(xiàn)和獲得。這些特征和其他特征可從下文描述和隨附權(quán)利要求中更全面地了解或可通過實踐如下文說明的示例性實現(xiàn)而學會。

附圖說明

為了描述可獲得本發(fā)明的上述和其他優(yōu)點和特征的方式，上文簡述的本發(fā)明的更具體描述可通過參考附圖所示的其特定實施方案而提供。應當注意圖示未按比例繪制且為說明的目的在所有圖中類似結(jié)構(gòu)或功能的元件通常用相同附圖標記表示。在了解這些圖僅描繪本發(fā)明的典型實施方案且因此不被視作限制其范圍的情況下，通過使用附圖描述和說明額外特異性和細節(jié)，其中：

圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)的包含軸向漸縮水道的鉆具的透視圖；

圖2圖示了圖1的鉆具的仰視圖；

圖3圖示了沿著圖2的截面線3-3取得的、圖2的鉆具的部分橫截面圖；

圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)的包含軸向漸縮和徑向漸縮水道的鉆具的透視圖；

圖5圖示了圖4的鉆具的仰視圖；

圖6圖示了沿著圖5的截面線6-6取得的、圖5的鉆具的部分橫截面圖；

圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實現(xiàn)的包含軸向漸縮和雙重徑向漸縮水道的鉆具的仰視圖；

圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個實現(xiàn)的具有軸向漸縮凹口和軸向漸縮封閉槽的鉆具的透視圖；

圖9圖示了沿著圖8的截面線9-9取得的、圖8的鉆具的橫截面圖；

圖10圖示了沿著圖9的截面線10-10取得的、圖9的鉆具的部分橫截面圖；

圖11圖示了根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)的包含具有軸向漸縮水道的鉆具的鉆孔系統(tǒng)的示意圖；

圖12圖示了根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)的用于形成具有軸向漸縮水道的鉆具的插塞的透視圖；

圖13圖示了圖11的插塞的側(cè)視圖；和

圖14圖示了圖11的插塞的俯視圖。

具體實施方式

本發(fā)明的實現(xiàn)涉及可圍繞鉆具的切削面提供改進的鉆液流的鉆具、系統(tǒng)和方法。例如，本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)包含具有可增大鉆液在水道進口處的速度并且從而提供改進的切屑沖洗的水道的鉆具。尤其是，本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)包含具有軸向漸縮水道的鉆具。

根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)的軸向漸縮水道可確保鉆具的內(nèi)表面中水道開口可比鉆具的外表面中的水道開口小。因此，水道可通過在鉆具的內(nèi)表面中的水道進口處增大鉆液的速度而充當噴嘴。軸向漸縮水道在水道進口處增大鉆液速度的能力可提供更強的切屑沖洗并且可幫助防止水道阻塞。此外，軸向漸縮水道可提供改進的鉆液流而不在內(nèi)直徑上大大犧牲鉆頭主體體積或縮小鉆頭尖面的切削表面。因此，本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)的軸向漸縮水道可提供更強的鉆孔性能和更長的鉆孔壽命。

除具有軸向漸縮水道外，在本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)中，鉆具另可或或可包含軸向和徑向漸縮水道或換句話說雙向漸縮水道。根據(jù)其中的公開內(nèi)容應當了解雙向漸縮水道可幫助確保水道的尺寸隨著水道從鉆具的內(nèi)表面延伸到鉆具的外表面而在每個軸上增大。雙向漸縮水道增大的尺寸可降低碎屑留在水道內(nèi)的可能性并且因此提高鉆具的鉆孔性能。

此外，雙向漸縮水道還可在內(nèi)直徑上實現(xiàn)較小水道開口，而仍在外直徑上實現(xiàn)大水道開口。因此，本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)可增大內(nèi)直徑上的胎體材料量且因此幫助延長鉆頭的壽命同時也提供有效的沖洗。此類鉆頭的壽命延長可通過減少將鉆柱從鉆孔中拆出以更換過早磨損的鉆頭的需要而降低鉆孔成本。

本文所述的鉆具可用于切削巖石、地下礦物形成物、陶瓷、瀝青、混凝土和其他硬質(zhì)材料。這些鉆具可包含例如取芯鉆頭、刮刀鉆頭、牙輪鉆頭、擴孔機、穩(wěn)定器、套管靴或鉆桿靴和類似工具。為便于描述，下文所包含的圖和相應文字說明孕鑲式取芯鉆頭和形成并且使用這些鉆頭的方法。但是根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解本發(fā)明的系統(tǒng)、方法和裝置可結(jié)合其他鉆具(諸如上文所述的鉆具)使用。

現(xiàn)參考圖，圖1和圖2分別圖示了鉆具100的透視圖和俯視圖。更具體來說，圖1和圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)的具有軸向漸縮水道的孕鑲式取芯鉆頭100。如圖1所示，鉆頭100可包含長柄或剛體102，所述長柄或剛體102可被構(gòu)造來將鉆頭100連接到鉆柱的組件。鉆頭100還可包含切削部或冠部104。

圖1和圖2還圖示了鉆頭100可圍繞其中心軸106界定用于接收芯樣的內(nèi)部空間。因此，長柄102和冠部104可具有由內(nèi)表面107和外表面108界定的大致環(huán)形形狀。因此，被鉆材料的碎塊可穿過鉆頭100的內(nèi)部空間并向上穿過附接的鉆柱。鉆頭100可為任意大小且因此可用于收集任意大小的芯樣。雖然鉆頭100可具有任意直徑并且可用于去除和收集具有任意所要直徑的芯樣，但是在一些實現(xiàn)中，鉆頭100的直徑范圍可從大約1英寸至大約12英寸。同樣地，雖然鉆頭100的壁厚(即，外表面的半徑減去內(nèi)表面的半徑)可為任意寬度，但是根據(jù)一些實現(xiàn)，壁厚范圍可從大約1/4英寸至大約6英寸。

冠部104可被構(gòu)造來在鉆孔過程期間對所要材料進行切削或鉆孔。尤其是，鉆頭100的冠部104可包含切削面109。切削面109可被構(gòu)造來在鉆頭100旋轉(zhuǎn)并且行進到形成物中時對材料進行鉆孔或切削。如圖1和圖2所示，在一個或多個實現(xiàn)中，切削面109可包含大致軸向延伸到切削面109中的多個槽110。槽110可幫助實現(xiàn)新鉆頭100的快速啟動。在替代實現(xiàn)中，切削面109可以不包含槽110或可包含用于協(xié)助鉆孔過程的其他部件。

切削面109還可以包含可允許鉆液或其他潤滑劑流動橫跨切削面109以在鉆孔期間提供冷卻的水道。例如，圖1圖示了冠部104可包含在大致軸向方向上從切削面109延伸到鉆頭100的冠部104中的多個凹口112。此外，凹口112可從冠部104的內(nèi)表面107延伸到冠部104的外表面108。作為水道，凹口112可允許鉆液從冠部104的內(nèi)表面流動到冠部104的外表面108。因此，凹口112可允許鉆液將切屑和碎屑從鉆頭100的內(nèi)表面107沖洗到鉆頭100的外表面108并且還為切削面109提供冷卻。

冠部104可具有提供所要量的流體流/碎屑流并且也允許冠部104維持所需要的結(jié)構(gòu)完整性的任意數(shù)量的凹口。例如，圖1和圖2圖示了鉆頭100包含九個凹口112。根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解本發(fā)明不限于此。在額外實現(xiàn)中，取決于所要構(gòu)造和待鉆孔的形成物，鉆頭100可包含少至1個凹口或多達20個或更多個凹口。此外，凹口112可圍繞冠部104的圓周均勻或不均勻地隔開。例如，圖2描繪了圍繞冠部104的圓周均勻地彼此隔開的九個凹口112。但是，在替代實現(xiàn)中，凹口112可為交錯的或另外不均勻地隔開。

如圖1和圖2所示，每個凹口112可由至少三個表面112a、112b、112c界定。尤其是，每個凹口112可由第一側(cè)表面112a、相對側(cè)表面112b和頂部表面112c界定。在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，如圖2所示，每個側(cè)表面112a、112b可在大致垂直于冠部104的內(nèi)表面的方向上從冠部104的內(nèi)表面107延伸到冠部104的外表面108。因此，在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，冠部104的外表面108上的每個凹口112的寬度114可大致等于冠部104的內(nèi)表面107上的每個凹口112的寬度116。換句話說，外表面108上的每個凹口112的第一側(cè)表面112a與第二側(cè)表面112b之間的圓周距離114可大致等于內(nèi)表面107上的每個凹口112的第一側(cè)表面112a與第二側(cè)表面112b之間的圓周距離116。如下文更詳細說明，在本發(fā)明的替代實現(xiàn)中，側(cè)表面112a、112b中的一個或多個可包含徑向和/或圓周漸縮。

因此，凹口112可具有允許其如預期般運行的任意形狀。尤其是，凹口112的形狀和構(gòu)造可取決于鉆頭100的所要特性或待鉆孔形成物的特性而改變。例如，圖2圖示了可具有當從切削面109觀看時為矩形的凹口。但是，在替代實現(xiàn)中，凹口可具有正方形、三角形、圓形、梯形、多邊形、橢圓形或其任意組合。

此外，凹口112可具有允許其如預期般運行的任意寬度或長度。例如，圖2圖示了凹口112可具有大于其寬度(即，相對側(cè)表面112a與112b之間的距離)的長度(即，從內(nèi)表面107至外表面108的距離)。但是，在本發(fā)明的替代實現(xiàn)中，凹口112可具有大約其長度的寬度或大致等于其長度的寬度。

此外，冠部104中單獨的凹部112可均勻構(gòu)造為具有相同大小和形狀或或具有不同大小和形狀。例如，圖1至圖3圖示了冠部104中的所有凹口112具有相同大小和構(gòu)造。但是，在額外實現(xiàn)中，冠部104的不同凹口112可包含不同大小和構(gòu)造。例如，在一些實現(xiàn)中，鉆頭100可包含圍繞冠部104的圓周交替的兩個不同大小的凹口112。

如上所述，水道(即，凹口112)可軸向漸縮。尤其是，如圖3所示，每個凹口112的頂部表面112c可在大致從切削面109朝向長柄102的方向上從內(nèi)表面107漸縮到外表面108。換句話說，每個凹口112的高度或縱向尺寸可隨著凹口112從冠部104的內(nèi)表面107延伸到冠部104的外表面108而增大。因此，如圖3所示，在一些實現(xiàn)中，外表面108上的每個凹口112的縱向尺寸124可大于內(nèi)表面107上的每個凹口112的縱向尺寸120。換句話說，每個凹口112可在內(nèi)表面107上延伸到切削面109中達第一距離120以及在外表面120上延伸到切削面109中達第二距離124，其中第二距離124大約第一距離120。

根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解凹口112的軸向漸縮可幫助確保冠部104的內(nèi)表面107上的每個凹口112的開口小于冠部104的外表面108上的每個凹口112的開口。此開口大小的差異可增大鉆液在其通至冠部104的外表面108時在內(nèi)表面107上的速度。因此，如上所述，凹口112的軸向漸縮可提供更高效的切削沖洗和更高效的切削面109冷卻。此外，凹口112增大的尺寸還可以幫助確保碎屑在被鉆液從內(nèi)表面107推至外表面108時不堵塞或阻塞凹口112。

此外，如圖2和圖3所示，凹口112的軸向漸縮可提供具有增大的大小而不減小切削面109的大小的凹口112。應當了解在本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)中，切削面109表面積增大可提供更高效的鉆孔。此外，凹口112的軸向漸縮可提供更強的沖洗和冷卻，同時也不減小內(nèi)表面107上的冠部材料的體積。內(nèi)表面107上的冠部材料的體積增大可幫助延長鉆頭100的鉆孔壽命。

除凹口112以外，冠部104還可包含可進一步協(xié)助將鉆液或其他潤滑劑引導至切削面109或從冠部104的內(nèi)表面107引導至冠部104的外表面108的額外部件。例如，圖1至圖3圖示了鉆頭110可包含徑向延伸到冠部104中的多個凹槽122、124。尤其是，在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，鉆頭100可包含從內(nèi)表面107朝向內(nèi)表面108徑向延伸的多個內(nèi)凹槽122。多個內(nèi)凹槽122可幫助沿著鉆頭100的內(nèi)表面107從長柄102朝向切削面109引導鉆液。如圖1至圖3所示，在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，內(nèi)凹槽122可沿著冠部104的內(nèi)表面107軸向從長柄102延伸到凹口112。因此，內(nèi)凹槽122可幫助將鉆液引導到凹口112。在替代實現(xiàn)中，內(nèi)凹槽122可從長柄102延伸到切削面109或甚至沿著長柄102延伸。

圖1至圖3另圖示了在一些實現(xiàn)中，鉆頭100可包含多個外凹槽124。外凹槽124可從冠部104的外表面108朝向冠部104的內(nèi)表面107徑向延伸。多個外凹槽124可幫助沿著鉆頭100的外表面108從凹口112朝向長柄102引導鉆液。如圖1至圖3所示，在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，外凹槽124可沿著外表面108從凹口112軸向延伸到長柄102。在替代實現(xiàn)中，外凹槽124可從切削面109延伸到長柄102或甚至沿著長柄102延伸。

如上所述，本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)可包含雙向漸縮水道。例如，圖4至圖6圖示了包含雙向漸縮水道的鉆具200的不同視圖。尤其是，圖4圖示了透視圖；圖5圖示了仰視圖；而圖6圖示了具有雙向漸縮凹口的取芯鉆頭200的部分橫截面圖。類似于鉆頭100，鉆頭200可包含長柄202和冠部204。

冠部204可具有由內(nèi)表面207和外表面208界定的大致環(huán)形形狀。冠部204另可從長柄202開始延伸并且終止于切削面209。如圖4所示，在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，切削面209可在大致垂直于鉆頭200的縱軸206的方向上從內(nèi)表面207延伸到外表面208。在一些實現(xiàn)中，切削面209可包含多個槽210。如下文更詳細所述，冠部204還可包含多個雙向漸縮水道212。

如上所述，鉆頭200可包含雙向漸縮水道。例如，圖5圖示了每個凹口212除軸向漸縮外還可包含徑向漸縮。更具體來說，每個凹口212可由至少三個表面212a、212b、212c界定。尤其是，每個凹口212可由第一側(cè)表面212a、相對側(cè)表面212b和頂部表面212c界定。在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，如圖5所示，第一側(cè)表面212a可在大致垂直于冠部204的內(nèi)表面的方向上從冠部204的內(nèi)表面207延伸到冠部204的外表面208。

如上所述，水道(即，凹口212)可徑向漸縮。尤其是，如圖5所示，每個凹口212的第二側(cè)表面212b可在大致圍繞切削面209的圓周的順時針方向上從內(nèi)表面207漸縮到外表面208。如本文中所使用，術(shù)語“順時針”和“逆時針”指的是當從鉆頭的切削面觀看時相對于鉆頭的縱軸的方向。因此，每個凹口212的寬度可隨著凹口212從冠部204的內(nèi)表面207延伸到冠部204的外表面208而增大。因此，如圖5所示，在一些實現(xiàn)中，外表面208上的每個凹口212的寬度214可大于內(nèi)表面207上的每個凹口212的寬度216。換句話說，外表面208上的每個凹口212的第一側(cè)表面212a與第二側(cè)表面212b之間的圓周距離214可大于內(nèi)表面207上每個凹口212的第一側(cè)表面212a與第二側(cè)表面212b之間的圓周距離216。

根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解，凹口212的徑向漸縮可確保冠部204的內(nèi)表面207上的每個凹口212的開口小于冠部204的外表面208上的每個凹口212的開口。此開口大小的差異可增大鉆液在通至冠部204的外表面208時在內(nèi)表面207上的速度。因此，如上所述，凹口212的徑向漸縮可提供更高效的切屑沖洗和更高效的切削面209冷卻。此外，凹口212增大的尺寸還可以幫助確保碎屑在被鉆液從內(nèi)表面207推至外表面208時不堵塞或阻塞凹口212。

圖4至圖6圖示了凹口212的徑向漸縮可由漸縮的第二側(cè)表面212b形成。應當了解第一側(cè)表面212a或可包含漸縮。例如，第一側(cè)表面212a可在大致圍繞切削面209的圓周的逆時針方向上從內(nèi)表面207漸縮到外表面208。此外，在一些實現(xiàn)中，第一側(cè)表面212a和第二側(cè)表面212b都可以包含在大致圍繞切削面209的圓周的順時針方向上從內(nèi)表面207延伸到外表面208的漸縮。在這類實現(xiàn)中，第二側(cè)表面212b的徑向漸縮可以凹口212的寬度隨凹口212從內(nèi)表面207延伸到外表面208而增大的方式具有大于第一側(cè)表面212a的漸縮。

如上所述，水道(即，凹口212)除徑向漸縮外還可軸向漸縮。尤其是，如圖6所示，每個凹口212的頂部表面212c可在從切削面209大致朝向長柄212的方向上從內(nèi)表面207漸縮到外表面208。換句話說，每個凹口212的縱向尺寸可隨著凹口212從冠部204的內(nèi)表面207延伸到冠部204的外表面208而增大。因此，如圖6所示，在一些實現(xiàn)中，外表面208上的每個凹口212的縱向尺寸224可大于內(nèi)表面207上的每個凹口212的縱向尺寸220。換句話說，每個凹口212可在內(nèi)表面207上延伸到切削面209中達第一距離220以及在外表面208上延伸到切削面209中達第二距離224，其中第二距離224大于第一距離220。

根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解凹口212的軸向漸縮可幫助確保冠部204的內(nèi)表面207上的每個凹口212的開口小于冠部204的外表面208上的每個凹口212的開口。此開口大小的差異可增大鉆液在通至冠部204的外表面208時在內(nèi)表面207上的速度。因此，如上所述，凹口212的軸向漸縮可提供更高效的切屑沖洗和更高效的切削面209冷卻。此外，凹口212增大的尺寸還可以幫助確保碎屑在被鉆液從內(nèi)表面207推至外表面208時不堵塞或阻塞凹口212。

根據(jù)其中的公開內(nèi)容應當了解雙向漸縮凹口212可確保凹口212的尺寸隨著凹口212從鉆頭200的內(nèi)表面207延伸到鉆頭200的外表面208而在每個軸(即，徑向和軸向)上增大。雙向漸縮凹口212增大的尺寸可降低碎屑留在凹口212內(nèi)的可能性并且因此提高鉆頭200的鉆孔性能。此外，如上所述，雙向漸縮凹口212增大的尺寸可幫助使內(nèi)表面107上的胎體材料的體積最大化并且從而可通過減少內(nèi)表面207上過早的鉆頭磨損而延長鉆頭200的壽命。

類似于本文在上文中參考鉆頭100所述的凹槽，除水道以外，冠部204還可包含用于引導鉆液的多個凹槽。例如，在本發(fā)明的一些實施方案中，鉆頭200可包含可從內(nèi)表面207朝向外表面208徑向延伸的多個內(nèi)凹槽222。多個內(nèi)凹槽222可幫助沿著鉆頭200的內(nèi)表面207從長柄202朝向切削面209引導鉆液。如圖4至圖6所示，在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，內(nèi)凹槽222可沿著內(nèi)表面207從長柄202軸向延伸到凹口212。因此，內(nèi)凹槽222可幫助將鉆液引導到凹口212。

冠部204另可包含全內(nèi)凹槽222a。如圖4所示，全內(nèi)凹槽222a可從長柄202延伸到切削面209而不與凹口212交叉。沿著類似線，鉆頭200可包含外凹槽224和全外凹槽224a。外凹槽224可從長柄202延伸到凹口212，而全外凹槽224a可從長柄202延伸到切削面209而不與凹口212交叉。在替代實現(xiàn)中，全內(nèi)凹槽222a和/或全外凹槽224a可從長柄202延伸到切削面209并且也可以沿著凹口212的側(cè)表面212a、212b延伸。

如上所述，在本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)中，鉆具的水道可包含徑向漸縮。例如，圖4至圖6圖示了具有包含徑向漸縮的第二側(cè)表面212b的凹口212。兩個側(cè)表面或可包含徑向漸縮。例如，圖7圖示了包含雙向漸縮凹口312的取芯鉆頭300的仰視圖，其中側(cè)表面312a、312b都包含徑向漸縮。

類似于本文在上文中所述的其他鉆頭，鉆頭300可包含長柄302和冠部304。冠部304可具有由內(nèi)表面307和外表面308界定的大致環(huán)形形狀。冠部304因此可圍繞中心軸306界定用于接收芯樣的空間。冠部304另可從長柄302開始延伸并且終止于切削面309。切削面309可包含在其中延伸的多個槽310。鉆頭300另可包含用于圍繞鉆頭300引導鉆液的內(nèi)凹槽322和外凹槽324。

此外，如圖7所示，每個凹口312的第二側(cè)表面312b可在大致圍繞切削面309的圓周的順時針方向上從冠部304的內(nèi)表面307漸縮到冠部304的外表面308。此外，每個凹口312的第一側(cè)表面312a可在大致圍繞切削面309的圓周的逆時針方向上從冠部304的內(nèi)表面307漸縮到冠部304的外表面308。因此，每個凹口312的寬度可隨著凹口312從冠部304的內(nèi)表面307延伸到冠部304的外表面308而增大。

因此，如圖7所示，在一些實現(xiàn)中，外表面308上的每個凹口312的寬度314可大于內(nèi)表面307上的每個凹口312的寬度316。換句話說，外表面308上的每個凹口312的第一側(cè)表面312a與第二側(cè)表面312b之間的圓周距離314可大于內(nèi)表面307上的每個凹口312的第一側(cè)表面312a與第二側(cè)表面312b之間的圓周距離316。

本文在上文中描述的每個軸向漸縮水道是延伸到冠部的切削面中的凹口。根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解本發(fā)明可包含具有軸向漸縮的各種其他或額外水道。例如，本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)的鉆具可包含具有軸向漸縮的一個或多個密封流體槽，諸如2006年12月14日申請的、名為“Core Drill Bit with Extended Crown Longitudinal dimension”的美國專利申請案11/610,680中所述的密封流體槽，其全內(nèi)容以引用的方式并入本文中。

例如，圖8至圖10圖示了包含軸向漸縮凹口和軸向漸縮密封槽的取芯鉆頭400的不同視圖。類似于本文在上文中描述的的其他鉆頭，鉆頭400可包含長柄402和冠部404。冠部404可具有由內(nèi)表面407和外表面408界定的大致環(huán)形形狀。冠部404另可從長柄402開始延伸并且終止于切削面409。在一些實現(xiàn)中，如圖8至圖10所示，切削面409可包含在其中延伸的多個槽410。

如圖8所示，鉆頭400可包含構(gòu)造類似于上文參考圖4至圖6所述的雙向漸縮凹口212的雙向漸縮凹口412。因此，凹口412可具有可在大致從切削面409朝向長柄402的方向上從內(nèi)表面407漸縮到外表面408的頂部表面412c。此外，每個凹口412的第一側(cè)表面412a可在大致垂直于冠部404的內(nèi)表面的方向上從冠部404的內(nèi)表面407延伸到冠部404的外表面408。此外，每個凹口412的第二側(cè)表面412b可在大致圍繞切削面409的圓周的順時針方向上從內(nèi)表面407漸縮到外表面408。

除雙向漸縮凹口412外，鉆頭還可包含多個密封槽430。密封槽430可包含如下文更詳細說明的軸向漸縮和/或徑向漸縮。應當了解當冠部404因鉆孔被鉆蝕時，凹口412可能磨損掉。隨著鉆蝕繼續(xù)，密封槽430可能變得暴露于切削面409上并且隨后因此變?yōu)榘伎凇斄私?，鉆頭400的構(gòu)造因此可允許冠部404的縱向尺寸延長并且伸長而不明顯降低鉆頭400的結(jié)構(gòu)完整性。冠部404延長的縱向尺寸接著可允許鉆頭400存續(xù)更長時間以及要求更少地在鉆孔中裝入和拆出以更換鉆頭400。

尤其是，圖8圖示了冠部404可包含從鉆頭400的切削面409朝向鉆頭400的長柄402延伸達一定距離的多個密封槽430。此外，密封槽430可以從冠部404的內(nèi)表面407延伸到冠部404的外表面408。作為水道，密封槽430可以允許鉆液從冠部404的內(nèi)表面407流動到冠部404的外表面408。因此，密封槽430可允許鉆液將切屑和碎屑從鉆頭400的內(nèi)表面407沖洗到鉆頭400的外表面408，并且還為切削面409提供冷卻。

冠部404可具有提供所要數(shù)量的流體流/碎屑流或冠部縱向尺寸，同時也允許冠部404保持所需的結(jié)構(gòu)完整性的任意數(shù)量的密封槽430。例如，圖8和圖10圖示了鉆頭400可包含六個密封槽430。根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解本發(fā)明并不受限于此。在額外實現(xiàn)中，取決于所要構(gòu)造和待鉆孔的形成物，鉆頭400可包含少至一個密封槽或多達20個或更多個密封槽。此外，密封槽430可圍繞冠部404的圓周均勻或不均勻地隔開。例如，圖8至圖10描繪了圍繞冠部404的圓周彼此均勻隔開的密封槽430。但是，在替代實現(xiàn)中，密封槽430可為交錯或另外不均勻地隔開。

如圖8所示，每個密封槽430可由四個表面430a、430b、430c、430d界定。尤其是，每個密封槽430可由第一側(cè)表面430a、相對側(cè)表面430b、頂部表面430c和相對底部表面430d界定。在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，側(cè)表面430a、430b中的每一個可在大致垂直于冠部404的內(nèi)表面的方向上從冠部404的內(nèi)表面407延伸到冠部404的外表面408。在本發(fā)明的替代實現(xiàn)中，如下文更詳細說明，側(cè)表面430a、430b中的一個或多個可包含徑向漸縮和/或圓周漸縮。

因此，密封槽430可具有允許其如預期般運行的任意形狀且形狀可取決于鉆頭400所需的特性或待鉆孔的形成物的特性而改變。例如，圖9圖示了密封槽可具有梯形形狀。但是，在替代實現(xiàn)中，密封槽430可具有正方形、三角形、圓形、矩形、多邊形、或橢圓形或其任意組合。

此外，密封槽430可具有允許其如預期般運行的任意寬度或長度。例如，圖9圖示了密封槽430具有大于其寬度(即，相對側(cè)表面430a與430b之間的距離)的長度(即從內(nèi)表面407到外表面408的距離)。此外，冠部404中的個別密封槽430可均勻構(gòu)造成具有相同大小和形狀或或者具有不同大小和形狀。例如，圖8至圖10圖示了冠部404中的所有密封槽430可具有相同大小和構(gòu)造。但是，在額外實現(xiàn)中，冠部404的不同密封槽430可包含不同大小和構(gòu)造。

此外，冠部404可包含不同行的水道。例如，圖8圖示了冠部404可包含從切削面409延伸到冠部404中達第一距離432的一行凹口412。此外，圖8圖示了冠部404可包含從切削面409進入冠部404達第二距離434的第一行密封槽430以及從切削面409開始進入冠部404達第三距離436的第二行密封槽430。在本發(fā)明的替代實現(xiàn)中，冠部404可包含單行密封槽430或各軸向彼此交錯的多行密封槽430。

在一些情況下，凹口412的一部分可與第一行密封槽430軸向重疊。換句話說，第一距離432可以大于第二距離434。沿著類似線，第一行中的密封槽430的一部分可與第二行中的密封槽軸向重疊。根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解水道412、430的軸向重疊可幫助確保在凹口412于鉆孔期間完全鉆蝕掉前，第一行密封槽430將開放變?yōu)榘伎?12，允許鉆頭400隨著鉆頭400鉆蝕而繼續(xù)高效地切削。

此外，如圖8所示，第一行中的密封槽430可與凹口412圓周偏移。類似地，第二行中的密封槽430可與第一行中的密封槽430和凹口412周緣偏移。在替代實現(xiàn)中，第一行和第二行中的密封槽430中的一個或多個可以彼此圓周對齊或與凹口412圓周對齊。

如上所述，在一個或多個實現(xiàn)中，密封槽430可包含雙向漸縮。例如，圖9圖示了密封槽430中的每一個可包含徑向漸縮。在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，如圖9所示，第一側(cè)表面430a可在大致垂直于冠部404的內(nèi)表面407的方向上從冠部404的內(nèi)表面407延伸到冠部404的外表面408。

此外，每個密封槽430的第二側(cè)表面430b可在大致圍繞冠部404的圓周的順時針方向上從內(nèi)表面407漸縮到外表面408。換句話說，每個密封槽430的寬度可隨著密封槽430從冠部404的內(nèi)表面407延伸到冠部404的外表面408而增大。因此，如圖9所示，在一些實現(xiàn)中，外表面408上的每個密封槽430的寬度414可大于內(nèi)表面407上的每個密封槽430的寬度416。換句話說，外表面408上的每個密封槽430的第一側(cè)表面430a與第二側(cè)表面430b之間的圓周距離414可以大于內(nèi)表面407上的每個密封槽430的第一側(cè)表面430a與第二側(cè)表面430b之間的圓周距離416。

根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解密封槽430的徑向漸縮可確保冠部404的內(nèi)表面407上的每個密封槽430的開口小于冠部404的外表面408上的每個密封槽430的開口。此開口大小的差異可增大鉆液在通至冠部404的外表面408時在內(nèi)表面407上的速度。因此，如上所述，密封槽430的徑向漸縮可提供更高效的切屑沖洗和更高效的鉆頭400冷卻。此外，密封槽430增大的尺寸還可以幫助確保碎屑在被鉆液從內(nèi)表面407推至外表面408時不堵塞或阻塞密封槽430。

圖8至圖10還圖示了可由漸縮的第二側(cè)表面430b形成的密封槽430的徑向漸縮。應當了解第一側(cè)表面430a或可或另可包含漸縮。例如，第一側(cè)表面430a可在大致圍繞冠部404的圓周的逆時針方向上從內(nèi)表面407漸縮到外表面408。

如上所述，水道(即，密封槽430)除徑向漸縮外還可軸向漸縮。尤其是，如圖10所示，每個密封槽430的頂部表面430c可在大致從切削面409朝向長柄402的方向上從內(nèi)表面407漸縮到外表面408。換句話說，每個密封槽430的縱向尺寸可隨著密封槽430從冠部404的內(nèi)表面407延伸到冠部404的外表面408而增大。因此，如圖10所示，在一些實現(xiàn)中，外表面408上的每個密封槽430的縱向尺寸444可大于內(nèi)表面407上的每個密封槽430的縱向尺寸442。或者換句話說，與內(nèi)表面407上的每個密封槽430的頂部表面430c相比，外表面408上的每個密封槽430的頂部表面430c距離切削面409更遠。

每個密封槽430的底部表面430d或可或另可在大致從長柄402朝向切削面409的方向上從內(nèi)表面407漸縮到外表面408。換句話說，每個密封槽430的縱向尺寸可隨著密封槽430從冠部404的內(nèi)表面407延伸到冠部404的外表面408而增大。或者換句話說，與內(nèi)表面407上的每個密封槽430的底部表面430d相比，外表面408上的每個密封槽430的底部表面430d可距離切削面409更近。因此，在一些實現(xiàn)中，密封槽430可包含雙重軸向漸縮，其中頂部表面430c和底部表面430d都包含漸縮。

根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解密封槽430的軸向漸縮可確保冠部404的內(nèi)表面407上的每個密封槽430的開口小于冠部404的外表面408上的每個密封槽430的開口。此開口大小的差異可增大鉆液在通至冠部的外表面408時在內(nèi)表面407上的速度。因此，如上所述，密封槽430的軸向漸縮可提供更高效的切削沖洗和更高效的鉆頭400冷卻。此外，密封槽430增大的尺寸還可以幫助確保碎屑在被鉆液從內(nèi)表面407推至外表面408時不堵塞或阻塞密封槽430。

根據(jù)其中的公開內(nèi)容應當了解雙向漸縮密封槽430可確保密封槽430的尺寸隨著其從鉆頭400的內(nèi)表面407延伸到外表面408而在每個軸上增大。雙向漸縮密封槽430增大的尺寸可降低碎屑留在密封槽430內(nèi)的可能性且因此提高鉆頭400的鉆孔性能。此外，雙向漸縮密封槽430可提供更高效的沖洗，同時也減少鉆頭400的內(nèi)表面407上材料的去除。因此，雙向漸縮密封槽430可通過幫助減少內(nèi)表面407附近鉆頭400的過早磨損而幫助延長鉆頭的鉆孔壽命。

圖8至圖10還圖示了水道412、430的邊角可包含圓形表面或斜面。水道412、430的邊角的圓形表面可幫助降低應力集中度且因此可幫助提高鉆頭400的強度。

除水道外，冠部404可包含類似于本文在上文中參考鉆頭200所述的凹槽的、用于引導鉆液的多個凹槽。例如，在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，鉆頭400可包含從內(nèi)表面407朝向外表面408徑向延伸的多個內(nèi)凹槽422。多個內(nèi)凹槽422可幫助沿著鉆頭400的內(nèi)表面407從長柄402朝向切削面409引導鉆液。如圖8至圖10所示，在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，內(nèi)凹槽422可沿著內(nèi)表面407從長柄402軸向延伸到凹口412。因此，內(nèi)凹槽422可幫助將鉆液引導到凹口412。

此外，冠部404可包含與密封槽430相交的全內(nèi)凹槽422b。如圖10所示，全內(nèi)凹槽422b可從長柄402延伸到切削面409。在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，如圖10所示，全內(nèi)凹槽422b可與一個或多個密封槽430相交。沿著類似線，鉆頭400可包含外凹槽424和全外凹槽424a。外凹槽424可從長柄402延伸到凹口412，而全外凹槽424a可從長柄402延伸到切削面409，同時還與密封槽430相交。

除水道412、430和凹槽422、424外，鉆頭400還可包含密封流體通道440。密封流體通道440可被密封在鉆頭400內(nèi)介于內(nèi)表面407與外表面408之間。此外，如圖10所示，密封流體通道440可從長柄402延伸到水道412、430或延伸到切削面409。密封流體通道440因此可將鉆液引導到切削面409而無需橫跨冠部404的內(nèi)表面407流動。根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解當在砂狀、破損或碎裂的形成物中鉆孔時，密封流體通道440可幫助確保芯樣不被鉆液沖出鉆頭440。

本發(fā)明的一些實現(xiàn)可包含可幫助防止沖走芯樣的密封流體通道440的額外或替代部件。例如，在一些實現(xiàn)中，鉆頭400可包含沿著冠部404的內(nèi)表面407的薄壁。薄壁可阻斷水道412、430使得其不徑向延伸到冠部404的內(nèi)部。薄壁可幫助減少流動到冠部404的內(nèi)部的任何流體且因此幫助防止砂狀或碎裂芯樣被沖走。此外，鉆頭400可不包含內(nèi)凹槽422。根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解在這些實現(xiàn)中，鉆液可流動到密封流體通道440中、在冠部404內(nèi)軸向流動到水道412、430且隨后流出水道412、430到切削面409或外表面408。

如上所述，本發(fā)明的不同鉆具的長柄102、202、302、402可被構(gòu)造來將鉆頭固定到鉆柱組件。例如，長柄102、202、302、402可包括美國石油協(xié)會(API)螺紋連接部或其他部件以協(xié)助附接到鉆柱組件。舉例來說且非限制，長柄部102、202、302、402可由鋼、另一種鐵基合金或展現(xiàn)可接受的物理性質(zhì)的任何其他材料形成。

在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，本發(fā)明的鉆具的冠部104、204、304、404可由一層或多層制成。例如，根據(jù)本發(fā)明的一些實現(xiàn)，冠部104、204、304、404可包含兩層。尤其是，冠部104、204、304、404可包含執(zhí)行鉆孔操作的胎體層和將胎體層連接到長柄102、202、302、402的背襯層。在這些實現(xiàn)中，胎體層可包含研磨并且鉆蝕被鉆材料的研磨切削介質(zhì)。

在一些實現(xiàn)中，冠部104、204、304、404可由硬質(zhì)顆粒材料(諸如例如金屬)的胎體形成。根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解，硬質(zhì)顆粒材料可含有粉末狀材料，諸如例如粉末狀金屬或合金以及陶瓷化合物。根據(jù)本發(fā)明的一些實現(xiàn)，硬質(zhì)顆粒材料可包含碳化鎢。如本文中所使用，術(shù)語“碳化鎢”意指含有鎢和碳的化學化合物的任何材料組合物，諸如例如WC、W2C以及WC和W2C的組合。因此，碳化鎢包含例如鑄造碳化鎢、燒結(jié)碳化鎢和粗結(jié)晶鎢。根據(jù)本發(fā)明的額外實現(xiàn)或替代實現(xiàn)，硬質(zhì)顆粒材料可包含碳化物、鎢、鐵、鈷和/或鉬和碳化物、硼化物、其合金或任何其他適當材料。

如上所述，冠部104、204、304、404還可包含分散遍及硬質(zhì)顆粒材料的多個研磨切削介質(zhì)。研磨切削介質(zhì)可包含天然金剛石、合成金剛石、多晶金剛石或熱穩(wěn)定金剛石產(chǎn)品、氧化鋁、碳化硅、氮化硅、碳化鎢、立方氮化硼、氧化鋁、引晶或未引晶溶膠-凝膠氧化鋁或其他適當材料中的一種或多種。

本發(fā)明的一個或多個實現(xiàn)的鉆具中所用的研磨切削介質(zhì)可具有任何所要特性或特性的組合。例如，研磨切削介質(zhì)可為任意大小、形狀、紋理、質(zhì)量、粒度、濃度等。在一些實施方案中，研磨切削介質(zhì)可能非常小且大致為圓形以在被取芯鉆頭100、200、300、400切削的材料上留下光滑拋光。在其他實施方案中，切削介質(zhì)可更大以更深入地切入被鉆的材料或形成物中。

研磨切削介質(zhì)可均質(zhì)或異質(zhì)地分散遍及冠部104、204、304、404。此外，研磨切削介質(zhì)可以特定方式對齊使得介質(zhì)的鉆孔性質(zhì)可在相對于冠部104、204、304、404的有利位置展現(xiàn)。類似地，根據(jù)特定用途的需要，冠部104、204、304、404中可含有不同密度的研磨切削介質(zhì)。例如，與緊密聚在一起的小研磨切削介質(zhì)相比，分隔更遠的大研磨切削介質(zhì)可以更快速地切削材料。因此，根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解取決于鉆頭100、200、300、400的所要成本和性能，可以許多組合提供研磨切削介質(zhì)的大小、密度和形狀。

例如，冠部104、204、304、404可制作成任意所要規(guī)格或給定的任意所要特性。這樣，冠部104、204、304、404可定制為具有用于給特定材料鉆孔的最佳特性。例如，可制作硬質(zhì)、耐研磨胎體以對軟質(zhì)、研磨、松散形成物進行鉆孔，同時可制作軟質(zhì)韌性胎體對極硬、非研磨、固化形成物進行鉆孔。這樣，胎體硬度可與特定形成物相符，允許胎體層以受控、所要速度鉆蝕。

應當了解根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)的、具有定制切削部的鉆具可與幾乎任意類型的鉆孔系統(tǒng)一起使用以執(zhí)行不同鉆孔操作。例如，圖11及對應文字說明或描述了一種這樣的鉆孔系統(tǒng)，其可與本發(fā)明的鉆具一起使用。但是應當了解，圖11所示和描述的鉆孔系統(tǒng)只是可與本發(fā)明的鉆具一起使用的系統(tǒng)的一個實施例。

例如，圖11圖示了包含鉆頭頭部510的鉆孔系統(tǒng)500。鉆頭頭部510可耦合到桿520，所述桿520接著耦合到鉆孔機530。鉆頭頭部510可被構(gòu)造為具有耦合到其上的一個或多個管狀構(gòu)件540。管狀構(gòu)件可包含但不限于鉆桿、套管和潛孔錘。為方便參考，下文中將管狀構(gòu)件540描述為鉆柱組件。鉆柱組件540接著可耦合到額外鉆柱組件540以形成鉆柱或鉆具柱550。接著，鉆柱550可耦合到包含軸向漸縮水道的鉆具560，諸如上文所述的取芯鉆頭100、200、300、400。如上文所述，鉆具560可被構(gòu)造成與待鉆孔材料570或形成物連接。

在至少一個實施例中，圖11所示的鉆頭頭部510可被構(gòu)造成在鉆孔過程期間旋轉(zhuǎn)鉆柱550。尤其是，鉆頭頭部510可改變鉆頭頭部510旋轉(zhuǎn)的速度。例如，可根據(jù)鉆孔過程根據(jù)需要選擇鉆頭頭部的旋轉(zhuǎn)速率和/或鉆頭頭部510傳遞到鉆柱550的力矩。

此外，鉆孔系統(tǒng)500可被構(gòu)造來施加大致縱向向下力到鉆柱550以在鉆孔操作期間促使鉆具560進入形成物570。例如，鉆孔系統(tǒng)500可包含被構(gòu)造來相對于桿520移動滑座總成以如上所述施加大致縱向力到鉆具鉆頭560的鏈條驅(qū)動總成。

如本文中所使用，術(shù)語“縱向”意指沿著鉆柱550的長度。此外，如本文所使用，術(shù)語“上”、“頂部”和“之上”以及“下”和“之下”指的是鉆柱550上的縱向位置。術(shù)語“上”、“頂部”和“之上”指的是更靠近鉆頭頭部510的位置，而“下”和“之下”指的是更靠近鉆具560的位置。

因此，根據(jù)本文公開內(nèi)容應當了解，本發(fā)明的鉆具可用于本領(lǐng)域中已知的任何目的。例如，金剛石孕鑲式取芯鉆頭100、200、300、400可附接到鉆柱550的末端，所述末端接著連接到鉆孔機器或鉆孔機530。當鉆柱550和因此鉆頭560被鉆孔機器530旋轉(zhuǎn)和推動時，鉆頭560可將被鉆的地下形成物570中的材料研磨掉。被鉆掉的芯樣可從鉆柱550中取出。鉆頭560的切削部可能因研磨動作而隨時間鉆蝕。這個過程可以繼續(xù)直到鉆頭560的切削部被耗盡且鉆柱550隨后可從鉆孔中拆出并且更換鉆頭560。

本發(fā)明的實現(xiàn)還可包含形成具有軸向漸縮水道的鉆具的方法。下文描述至少一種形成具有軸向漸縮水道的鉆具的方法。當然，作為一項基礎(chǔ)事項，本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員應當了解詳細說明的方法可修改以使用本發(fā)明的一個或多個組件安裝一系列構(gòu)造。

作為初步事項，如本文所使用的術(shù)語“熔滲”或“熔滲的”涉及熔化粘合材料并且使熔化的粘合劑穿透到胎體的空間或孔中并且填充胎體的空間或孔。當冷卻時，粘合劑可固化，將胎體的粒子粘合在一起。如本文中所使用的術(shù)語“燒結(jié)”意指結(jié)合相鄰粒子之間的聚結(jié)和接合，去除粒子之間的孔的至少一部分(其可伴隨收縮)。

本發(fā)明的一個或多個方法可包含使用插塞以在鉆具中形成軸向漸縮水道。例如，圖12至圖14圖示了可用于形成軸向漸縮水道的插塞600的不同視圖，諸如鉆頭200的凹口212或鉆頭400的槽430。如圖12至圖14所示，插塞600可包含對應于軸向漸縮水道的表面的表面。例如，插塞600可包含頂部表面602、底部表面604、第一側(cè)表面608和第二側(cè)表面606。此外，插塞600可包含連接插塞600的表面602、604、606、608的斜面610。

如圖13所示，插塞600的頂部表面602可包含漸縮使得插塞600的第一末端可具有第一縱向尺寸612且插塞600的第二末端具有大于第一縱向尺寸612的第二縱向尺寸614。因此，如下文更詳細說明，頂部表面602的漸縮可幫助形成水道的軸向漸縮。

沿著類似線，圖14圖示了可包含漸縮使得插塞600的第一末端可具有第一寬度616且插塞600的第二末端可具有大于第一寬度616的第二寬度618的第二側(cè)表面606。因此，如下文更詳細說明，第二側(cè)表面606的漸縮可幫助形成水道的徑向漸縮。應當了解插塞600的形狀和構(gòu)造可取決于將與插塞600一起形成的水道的所要形狀和構(gòu)造而改變。

在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，插塞600可由石墨、碳或具有適當材料特性的其他材料形成。例如，插塞600可由不會在熔滲或燒結(jié)期間明顯熔化或腐蝕的材料形成。如下文更詳細說明，通過使用由不明顯熔化的材料形成的插塞600，插塞600可相對容易地從熔滲的鉆具上去除。

本發(fā)明的一種方法可包含提供硬質(zhì)顆粒材料和研磨切削介質(zhì)的胎體，諸如上述硬質(zhì)顆粒材料和研磨切削介質(zhì)材料。在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，硬質(zhì)顆粒材料可包括粉末混合物。所述方法還可涉及將胎體壓制或另外成形為所要形式。例如，所述方法可涉及使胎體形成為環(huán)狀冠部形狀。所述方法隨后可涉及將多個插塞放置到胎體中。例如，所述方法可涉及將底部表面602放置到對應于切削面的環(huán)狀冠部的表面中以形成凹口112、212、312、412。所述方法另可或或可涉及將插塞600放置到環(huán)狀冠部的主體中與對應于切削面的環(huán)狀冠部的表面相距一定距離以形成密封槽430。

所述方法隨后可用粘合劑熔滲胎體。粘合劑可包括銅、鋅、銀、鉬、鎳、鈷或其混合物和合金。粘合劑從而可冷卻至胎體(硬質(zhì)顆粒材料和研磨切削介質(zhì))的接合，從而將胎體粘合在一起。粘合劑不會明顯接合到插塞600，從而允許去除插塞600以暴露軸向或雙向漸縮水道。

本發(fā)明的另一種方法大致包含提供胎體并且用胎體填充其中放置插塞600的模具。模具可由粘合材料不會明顯接合的材料形成，諸如例如石墨或碳。所述方法隨后可涉及通過重力和/或振動壓實胎體。所述方法隨后可涉及用包括上述材料中的一種或多種的粘合劑熔滲胎體。粘合劑從而可冷卻至胎體(硬質(zhì)顆粒材料和研磨切削介質(zhì))的接合，從而將胎體粘合在一起。粘合劑不會明顯接合到插塞600或模具，從而允許去除插塞600以暴露軸向或雙向漸縮水道。

在胎體熔滲之前、之后或前后，本發(fā)明的一種或多種方法可包含將胎體燒結(jié)為所要密度。因為燒結(jié)涉及結(jié)構(gòu)內(nèi)孔隙的壓實和去除，所以被燒結(jié)結(jié)構(gòu)可在燒結(jié)過程期間收縮。燒結(jié)期間，結(jié)構(gòu)可能經(jīng)歷介于1％與40％之間的線性收縮。因此，在設(shè)計結(jié)構(gòu)中未完全燒結(jié)的工具(模具、模等)或加工部件時可能需要考慮并且想到尺寸收縮。

根據(jù)本發(fā)明的一些實現(xiàn)，熔滲過程的時間和/或溫度可增大以允許粘合劑填滿胎體的大量和更大量孔。這可在燒結(jié)期間減少收縮并且增大所得鉆具的強度。

本發(fā)明因此體現(xiàn)為其他特定形式而不脫離其精神或?qū)嵸|(zhì)特征。僅將所描述的實施方案全面視作說明性而非限制性的。例如，在本發(fā)明的一些實現(xiàn)中，軸向漸縮水道可通過將材料從冠部中去除而非使用插塞而形成。因此，在一些實現(xiàn)中，可通過使用水柱、雷射、放電加工(EDM)或其他技術(shù)將水道加工或切削為冠部而形成軸向漸縮水道。本發(fā)明的范圍因此由附屬權(quán)利要求規(guī)定而非上述描述。在權(quán)利要求的等效含義和范圍內(nèi)的所有改變涵蓋于其范圍內(nèi)。