本發(fā)明涉及一種地質(zhì)勘查工程領(lǐng)域的取心鉆具，更具體地說，涉及一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具及其使用方法。

背景技術(shù)：

在地質(zhì)勘查工程領(lǐng)域中，對于松散地層取心，一般多采用單管、雙管取心鉆具。單管取心鉆具在鉆探過程中，巖心直接進入巖心管內(nèi)，鉆進時巖心隨巖心管轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，但在鉆探過程中需要沖洗液保護孔壁、排除巖粉、冷卻鉆頭、潤滑鉆具等，而沖洗液直接通過巖心，對巖心有較大的沖蝕作用，因此難以保持與地下地層的結(jié)構(gòu)原狀性、原位性和真實性；雙管取心鉆具一般由雙管接頭、內(nèi)外管、鉆頭等組成，其沖洗液是通過雙管接頭、內(nèi)外管間隙流經(jīng)鉆頭至孔底的，然后通過外管與孔壁間隙返至地面，相比單管取心鉆具，沖洗液對巖心的沖蝕較小。雙管取心鉆按驅(qū)動方式又分為單動雙管和雙動雙管，這兩種雙管取心鉆的沖洗液流動方式相同，但事實上，由于鉆頭底部的壓力較大，有部分沖洗液依然會對巖心造成一定的沖蝕。因此，隨著對取心質(zhì)量的不斷提高，沖洗液對巖心的沖蝕問題逐漸被人們重視起來，并投入了大量研究，提供了非常多的解決方案來解決這一問題。

雙動雙管取心鉆對于降低沖洗液的沖蝕有較好的作用，但目前的普通雙動雙管鉆具均是內(nèi)、外管下部各連接一個鉆頭(即采用雙鉆頭)，鉆進過程中，內(nèi)、外鉆頭一起回轉(zhuǎn)以階梯形式參與碎巖。該類雙動雙管鉆具存在以下被忽視的問題：

一、整體剛性較差，易發(fā)生鉆孔彎曲，鉆進振動大，影響了巖礦心采取質(zhì)量及采取率；

二、鉆進效率不高，不能充分發(fā)揮階梯碎巖作用，比較容易發(fā)生泥包鉆頭的問題；

三、需使用2個兩種口徑的鉆頭，鉆進成本相對較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

1.發(fā)明要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有雙動雙管鉆具存在的上述不足，提供一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具及其使用方法，采用本發(fā)明的技術(shù)方案，利用凸緣肋骨式鉆頭增加了鉆具的同軸度和整體剛度，減少了鉆進時的鉆具振動，不會發(fā)生鉆孔彎曲等問題；并且利用凸緣肋骨之間的過水斷面有效防止了沖洗液直接沖刷巖心的問題，顯著提高了第四紀松散地層、基巖風化帶、煤層露頭的巖礦心采心質(zhì)量和采取率，采取率達到75％以上；同時僅采用一個硬質(zhì)合金鉆頭，鉆頭過水面積大，排除巖粉快，在松軟地層鉆進時，不會發(fā)生泥包鉆頭等問題，提高了鉆進效率，鉆具成本也相對降低。

2.技術(shù)方案

為達到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具，包括內(nèi)外巖心管接頭、外管和內(nèi)管，所述的外管和內(nèi)管分別固定在內(nèi)外巖心管接頭上，且外管套設(shè)在內(nèi)管的外側(cè)，在外管和內(nèi)管之間留有環(huán)狀間隙，所述的內(nèi)外巖心管接頭上設(shè)有注液孔和連通上述環(huán)狀間隙和注液孔的分水孔，還包括設(shè)于內(nèi)管端部上的鉆頭體，所述的鉆頭體的外側(cè)面上均勻分布有4～8個凸緣肋骨，該凸緣肋骨上具有一臺階，所述的外管的端部套坐在凸緣肋骨的臺階上，所述的鉆頭體及凸緣肋骨的底面上鑲嵌有雙排排列的硬質(zhì)合金鉆頭。

更進一步地，所述的凸緣肋骨與鉆頭體焊接固定，且凸緣肋骨的底面與鉆頭體的底面相齊平。

更進一步地，所述的外管的底面距離鉆頭體的底面30～50mm。

更進一步地，所述的鉆頭體的唇部還開設(shè)有水口。

更進一步地，所述的硬質(zhì)合金鉆頭為大八角柱狀合金鉆頭。

更進一步地，所述的分水孔在內(nèi)外巖心管接頭上均勻布置有3～6個。

更進一步地，所述的內(nèi)外巖心管接頭上還設(shè)有連通內(nèi)管和注液孔的止水閥，該止水閥包括設(shè)于內(nèi)外巖心管接頭底部的止水閥座和與止水閥座相配合的鋼球。

更進一步地，所述的內(nèi)外巖心管接頭上還開設(shè)有連通內(nèi)管和內(nèi)外巖心管接頭外側(cè)的返水通道，該返水通道上還設(shè)有起到內(nèi)管向返水通道單向?qū)ㄗ饔玫哪嬷归y。

更進一步地，所述的逆止閥包括設(shè)于內(nèi)外巖心管接頭底部的逆止閥閥座和設(shè)于逆止閥閥座上的逆止閥鋼球。

本發(fā)明的一種上述的雙動雙管單鉆頭取心鉆具的使用方法，包括以下步驟：

(a)取出鋼球，將取心鉆具下放到孔內(nèi)，當取心鉆具底部距離孔底0.5±0.1m時，開大泵量送水沖孔；

(b)掃孔到孔底之后，通過鉆桿投入鋼球使止水閥關(guān)閉，此時沖洗液經(jīng)分水孔流入環(huán)狀間隙，再經(jīng)凸緣肋骨之間的過水斷面從外管與孔壁之間間隙返回地面；

(c)控制鉆進壓力為4～10kN、轉(zhuǎn)速為120～200r/min、沖洗液泵量為40～90L/min進行鉆進；少量流入內(nèi)管中的沖洗液隨著巖心的進入，液流上升頂開逆止閥經(jīng)返水通道流出管外；

(d)回次終了采用自然堵塞或干鉆自卡方法采取巖心。

3.有益效果

采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案，與已有的公知技術(shù)相比，具有如下顯著效果：

(1)本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具，其外管的端部套坐在凸緣肋骨的臺階上，增加了鉆具同軸度及整體剛度，減少了鉆進時的鉆具振動，不會發(fā)生鉆孔彎曲等問題；鉆進中，沖洗液經(jīng)鉆頭上的凸緣肋骨之間的過水斷面，從外管及鉆桿柱與孔壁的間隙返回地面，不直接沖刷巖心，顯著提高了第四紀松散地層、基巖風化帶、煤層露頭的巖礦心采心質(zhì)量，確保了其采取率達到75％以上；同時因只用一個帶有凸緣肋骨的硬質(zhì)合金鉆頭，鉆頭過水面積大，排除巖粉快，在松軟地層鉆進時，不會發(fā)生泥包鉆頭等問題，提高了鉆進效率，與普通雙動雙管鉆具相比，提高時效30％以上；此外，用單鉆頭與用2個鉆頭相比，其成本也有所降低；

(2)本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具，其凸緣肋骨與鉆頭體焊接固定，且凸緣肋骨的底面與鉆頭體的底面相齊平，鉆頭制作方便；

(3)本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具，其外管的底面距離鉆頭體的底面30～50mm，具體選擇由鉆進巖性決定，松散、風化嚴重地層其差距可大些，以盡量避免沖洗液對巖礦心的直接沖刷，反之可小一些，有效提高了巖心采取質(zhì)量和采取率；

(4)本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具，其鉆頭體的唇部還開設(shè)有水口，保證了一定的過水斷面，使鉆進時不泥包鉆頭，提高鉆進效率；

(5)本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具，其內(nèi)外巖心管接頭上還設(shè)有連通內(nèi)管和注液孔的止水閥，該止水閥包括設(shè)于內(nèi)外巖心管接頭底部的止水閥座和與止水閥座相配合的鋼球，止水閥結(jié)構(gòu)簡單，使用方便；

(6)本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具，其內(nèi)外巖心管接頭上還開設(shè)有連通內(nèi)管和內(nèi)外巖心管接頭外側(cè)的返水通道，該返水通道上還設(shè)有起到內(nèi)管向返水通道單向?qū)ㄗ饔玫哪嬷归y，有效地將進入內(nèi)管中的沖洗液排出管外，保證了巖心的結(jié)構(gòu)原狀性、原位性和真實性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具的結(jié)構(gòu)示意圖。

示意圖中的標號說明：

1、內(nèi)外巖心管接頭；2、返水通道；3、逆止閥鋼球；4、外管；5、內(nèi)管；6、逆止閥閥座；7、鉆頭體；8、硬質(zhì)合金鉆頭；9、凸緣肋骨；10、水口；11、止水閥座；12、鋼球；13、分水孔。

具體實施方式

為進一步了解本發(fā)明的內(nèi)容，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述。

實施例

結(jié)合圖1所示，本實施例的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具，包括內(nèi)外巖心管接頭1、外管4和內(nèi)管5，外管4和內(nèi)管5分別固定在內(nèi)外巖心管接頭1上，且外管4套設(shè)在內(nèi)管5的外側(cè)，在外管4和內(nèi)管5之間留有環(huán)狀間隙，外管4和內(nèi)管5可與內(nèi)外巖心管接頭1采用螺紋連接，內(nèi)外巖心管接頭1通過其上的螺紋與鉆桿接頭連接；在本實施例中，外管4外徑為內(nèi)管5與外管4相匹配，鉆具整體長度1.5～2m。內(nèi)外巖心管接頭1上設(shè)有注液孔和連通上述環(huán)狀間隙和注液孔的分水孔13，該分水孔13在內(nèi)外巖心管接頭1上均勻布置有3～6個為宜，且分水孔13的直徑為較佳。本實施例的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具，還包括設(shè)于內(nèi)管5端部上的鉆頭體7，鉆頭體7也可采用螺紋結(jié)構(gòu)與內(nèi)管5相連，該鉆頭體7的外側(cè)面上均勻分布有4～8個凸緣肋骨9，凸緣肋骨9上具有一臺階，呈“L”形結(jié)構(gòu)，外管4的端部套坐在凸緣肋骨9的臺階上，鉆頭體7及凸緣肋骨9的底面上鑲嵌有雙排排列的硬質(zhì)合金鉆頭8，該硬質(zhì)合金鉆頭8采用大八角柱狀合金鉆頭最佳，硬質(zhì)合金鉆頭8的排列組數(shù)與凸緣肋骨9的數(shù)量相同，即在凸緣肋骨9的底面鑲嵌一個硬質(zhì)合金鉆頭8，在鉆頭體7的底面對應(yīng)位置也鑲嵌一個硬質(zhì)合金鉆頭8，形成雙排排列結(jié)構(gòu)。

在本實施例中，凸緣肋骨9與鉆頭體7焊接固定于一體，鉆頭制作更加方便；并且，凸緣肋骨9的底面與鉆頭體7的底面相齊平，外管4的底面剛好抵在凸緣肋骨9的臺階上，且凸緣肋骨9的上部外側(cè)面與外管4的內(nèi)側(cè)壁貼合最佳。另外，外管4的底面距離鉆頭體7的底面30～50mm較佳，具體選擇由鉆進巖性決定，松散、風化嚴重地層其差距可大些，以盡量避免沖洗液對巖礦心的直接沖刷，反之可小一些，能夠有效提高了巖心采取質(zhì)量和采取率。為了提高鉆進效率，在鉆頭體7的唇部還開設(shè)有水口10，利用水口10保證了一定的過水斷面，使鉆進時不泥包鉆頭，當鉆進松散、風化嚴重的地層時，亦可不留水口10。

接續(xù)圖1所示，在本實施例中，內(nèi)外巖心管接頭1上還設(shè)有連通內(nèi)管5和注液孔的止水閥，該止水閥包括設(shè)于內(nèi)外巖心管接頭1底部的止水閥座11和與止水閥座11相配合的鋼球12，當鋼球12放置于止水閥座11上后，止水閥即將注液孔與內(nèi)管5相隔開，使注液孔改變水路，從分水孔13流向外管4和內(nèi)管5之間的環(huán)狀間隙。該止水閥結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。另外，在內(nèi)外巖心管接頭1上還開設(shè)有連通內(nèi)管5和內(nèi)外巖心管接頭1外側(cè)的返水通道2，返水通道2的直徑為數(shù)量1個，該返水通道2上還設(shè)有起到內(nèi)管5向返水通道2單向?qū)ㄗ饔玫哪嬷归y，有效地將進入內(nèi)管5中的沖洗液排出管外，保證了巖心的結(jié)構(gòu)原狀性、原位性和真實性。本實施例中的逆止閥包括設(shè)于內(nèi)外巖心管接頭1底部的逆止閥閥座6和設(shè)于逆止閥閥座6上的逆止閥鋼球3，結(jié)構(gòu)簡單，制作方便。上述的止水閥座11和逆止閥閥座6均可采用螺紋旋緊在內(nèi)外巖心管接頭1的底部。

本實施例的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具，外管4的端部套坐在凸緣肋骨9的臺階上，增加了鉆具同軸度及整體剛度，減少了鉆進時的鉆具振動，不會發(fā)生鉆孔彎曲等問題；鉆進中，沖洗液經(jīng)鉆頭上的凸緣肋骨9之間的過水斷面，從外管4及鉆桿柱與孔壁的間隙返回地面，不直接沖刷巖心，顯著提高了第四紀松散地層、基巖風化帶、煤層露頭的巖礦心采心質(zhì)量，確保了其采取率達到75％以上；同時因只用一個帶有凸緣肋骨9的硬質(zhì)合金鉆頭，鉆頭過水面積大，排除巖粉快，在松軟地層鉆進時，不會發(fā)生泥包鉆頭等問題，提高了鉆進效率，與普通雙動雙管鉆具相比，提高時效30％以上；此外，用單鉆頭與用2個鉆頭相比，其成本也有所降低。

在本實施例中，為了進一步理解本發(fā)明的內(nèi)容，現(xiàn)結(jié)合圖1給出本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具的使用方法。

本實施例的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具的使用方法，包括以下步驟：

(a)取出鋼球12，將取心鉆具下放到孔內(nèi)，當取心鉆具底部距離孔底0.5±0.1m時，開大泵量送水沖孔；

(b)掃孔到孔底之后，通過鉆桿投入鋼球12使止水閥關(guān)閉而改變水路，此時沖洗液經(jīng)分水孔13流入環(huán)狀間隙，再經(jīng)凸緣肋骨9之間的過水斷面從外管4與孔壁之間間隙返回地面；

(c)根據(jù)巖石性質(zhì)及鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)確定鉆進規(guī)程，控制鉆進壓力為4～10kN、轉(zhuǎn)速為120～200r/min、沖洗液泵量為40～90L/min進行鉆進；并且嚴格控制一個回次進尺，一般不應(yīng)超過內(nèi)管5的取心長度；在鉆進過程中，少量流入內(nèi)管5中的沖洗液隨著巖心的進入，液流上升頂開逆止閥經(jīng)返水通道2流出管外；

(d)回次終了采用自然堵塞或干鉆自卡方法采取巖心。

本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具及其使用方法，是在普通雙動雙管鉆具基礎(chǔ)上，只保留內(nèi)管下部的單鉆頭，該鉆頭為帶有凸緣的肋骨式硬質(zhì)合金鉆頭，采用投球式專用內(nèi)外巖心管接頭，并在接頭側(cè)部設(shè)置一個逆止閥，正常鉆進時，內(nèi)外巖心管(內(nèi)管和外管)及鉆頭一起回轉(zhuǎn)，泵送的沖洗液經(jīng)鉆桿柱內(nèi)孔、內(nèi)外巖心管接頭的分水孔，流入內(nèi)、外管環(huán)狀間隙，經(jīng)鉆頭上的凸緣肋骨之間的過水斷面，從外管及鉆桿柱與孔壁的環(huán)狀間隙返回地面；少量流入內(nèi)管中的沖洗液隨著巖心的進入，液流上升頂開逆止閥中的鋼球經(jīng)返水通道流出管外；回次終了采用自然堵塞或干鉆自卡方法采取巖礦心。

本發(fā)明的一種雙動雙管單鉆頭取心鉆具及其使用方法，利用凸緣肋骨式鉆頭增加了鉆具的同軸度和整體剛度，減少了鉆進時的鉆具振動，不會發(fā)生鉆孔彎曲等問題；并且利用凸緣肋骨之間的過水斷面有效防止了沖洗液直接沖刷巖心的問題，顯著提高了第四紀松散地層、基巖風化帶、煤層露頭的巖礦心采心質(zhì)量和采取率，采取率達到75％以上；同時僅采用一個硬質(zhì)合金鉆頭，鉆頭過水面積大，排除巖粉快，在松軟地層鉆進時，不會發(fā)生泥包鉆頭等問題，提高了鉆進效率，鉆具成本也相對降低。

以上示意性地對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結(jié)構(gòu)并不局限于此。所以，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，不經(jīng)創(chuàng)造性地設(shè)計出與該技術(shù)方案相似的結(jié)構(gòu)方式及實施例，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護范圍。