專利名稱：空氣反循環(huán)連續(xù)取心鉆具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種用于砂礦、工程、地質(zhì)鉆探的新鉆具。它可實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)(C·S·R)，從而采到巖心和巖屑。
空氣反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)是通過(guò)雙壁鉆桿內(nèi)外鉆桿之間的環(huán)形空間將壓縮空氣輸送到孔底，利用空氣及循環(huán)氣流在鉆桿內(nèi)的上升力，使巖心連續(xù)地輸送到地表。目前，空氣反循環(huán)連續(xù)取樣鉆進(jìn)用的沖擊器，在沖擊器孔段為正循環(huán)，遇到不穩(wěn)定地層時(shí)會(huì)造成氣流對(duì)孔壁的沖蝕。砂礦勘探的地層為非固結(jié)性的第四系履蓋層，采用常規(guī)的沖擊器會(huì)造成對(duì)孔壁的嚴(yán)重沖蝕，而為砂礦勘探規(guī)范所不允許。砂礦勘探遇到礫石、巨礫時(shí)，缺乏有效的手段。上述存在的問(wèn)題嚴(yán)重影響該方法優(yōu)越性的發(fā)揮。因此，自空氣反循環(huán)鉆探技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，研制氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)連續(xù)取心沖擊器一直引起人們的關(guān)注。
為此，本實(shí)用新型提供了一種實(shí)現(xiàn)空氣反循環(huán)連續(xù)取心的鉆具，它由可實(shí)現(xiàn)反循環(huán)鉆進(jìn)的取心沖擊器和取心鉆頭組成。主要目的是解決砂礦勘探鉆進(jìn)礫石層和巨礫，亦適用于工程、地質(zhì)鉆探。其突出特點(diǎn)是鉆進(jìn)效率高，樣品質(zhì)量好。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的
本實(shí)用新型由空氣反循環(huán)連續(xù)取心沖擊器和取心鉆頭組成。它是在取心鉆頭與雙壁鉆桿之間設(shè)置一臺(tái)中空式(貫通式)沖擊器。該沖擊器為氣動(dòng)閥式?jīng)_擊器，其配氣氣路設(shè)置在內(nèi)、外缸之間，依靠閥片上下兩側(cè)壓力差使閥片換向，實(shí)現(xiàn)中空活塞往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)。為保證反循環(huán)實(shí)現(xiàn)，設(shè)置了若干條直通氣道和排氣道。取心鉆頭相應(yīng)地設(shè)置若干條直通氣道和排氣道，從而有效地清除巖屑和連續(xù)地輸送巖心。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述


圖1是本實(shí)用新型的空氣反循環(huán)連續(xù)取心鉆具的連接示意圖。
圖2是可實(shí)現(xiàn)反循環(huán)鉆進(jìn)的中空式?jīng)_擊器的主要結(jié)構(gòu)縱向剖面圖。
圖3是取心鉆頭結(jié)構(gòu)圖。
圖4是圖2的A－A剖面圖。
本實(shí)用新型中的中空式?jīng)_擊器(20)和取心鉆頭(12)的結(jié)構(gòu)為與雙壁鉆桿(21)的內(nèi)鉆桿連接的內(nèi)管(8)被設(shè)置在中空式?jīng)_擊器中以輸送巖心，其下端插入取心鉆頭(12)內(nèi)。逆止閥(2)裝在接頭(1)內(nèi)，以防止停止送風(fēng)時(shí)巖屑、水進(jìn)入沖擊器內(nèi)。接頭(1)上端以螺紋與雙壁鉆桿連接，下端亦以螺紋與沖擊器(20)連接，接頭(1)內(nèi)設(shè)置若干個(gè)氣孔，當(dāng)擰緊下端螺紋時(shí)其壓緊壓蓋(4)，閥蓋(5)和閥座(7)。閥片(6)套在內(nèi)管(8)上，且置于閥蓋與閥座的空腔內(nèi)，而閥座(7)支承在缸體(3)的臺(tái)階上。中空活塞(9)置于缸體(3)內(nèi)，且套在內(nèi)管(8)上。缸體(3)下端以花鍵與取心鉆頭(12)的花鍵(13)連接，同時(shí)裝以圓鍵(11)，防止取心鉆頭(12)脫出。配氣氣路設(shè)置在內(nèi)缸(3)與外缸(10)之間，設(shè)置4～6條進(jìn)氣道(22)，6～8條排氣道(23)和2條直通氣道(24)。直通氣道(24)與取心鉆頭(12)的直通氣道(15)相對(duì)應(yīng)，鉆頭直通氣道(15)在靠近鉆頭唇部呈向上傾斜，傾斜角α＝15°～25°，一部分壓縮空氣直接輸送到取心鉆頭的中心孔(17)，以獲得反循環(huán)所需的足夠風(fēng)量來(lái)輸送巖心。中空活塞(9)往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)排出的空氣經(jīng)缸體的排氣道(23)進(jìn)入與缸體排氣道相對(duì)應(yīng)的取心鉆頭(12)的排氣道(14)，輸送到鉆頭唇部，以清除破碎的巖屑。為使巖屑順利進(jìn)入鉆頭中心孔，鉆頭唇部設(shè)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(nèi)張開(kāi)，外窄內(nèi)寬。取心鉆頭(12)在結(jié)構(gòu)上設(shè)置縱向花鍵(13)以傳遞扭矩，同時(shí)使鉆頭可以上下串動(dòng)一定距離。為實(shí)現(xiàn)反循環(huán)取心鉆進(jìn)，取心鉆頭(12)開(kāi)設(shè)中心孔(17)，提供反循環(huán)氣流、形成巖心及巖心上返的通道，同時(shí)在取心鉆頭體上設(shè)置6～8條排氣道(14)，排氣道(14)一部分與鉆頭唇部排渣槽(16)相通，另一部分在靠近鉆頭唇部呈向上傾斜，傾角15°～25°，與取心鉆頭中心孔(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(xù)地輸送巖心，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)。
本實(shí)用新型的空氣及循環(huán)連續(xù)取心鉆具的中空式?jīng)_擊器和反循環(huán)取心鉆頭的工作過(guò)程及原理如下在反循環(huán)取心鉆頭(12)與雙壁鉆桿(21)之間設(shè)置一臺(tái)中空式?jīng)_擊器(20)，中空式?jīng)_擊器依靠閥片(6)上下兩側(cè)的壓力差，使閥片(6)換向?qū)崿F(xiàn)中空活塞(9)往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的縱向沖擊力作用于取心鉆頭(12)，有效地破碎巖石，獲得高的鉆進(jìn)速度。當(dāng)取心鉆頭(12)接觸孔底時(shí)，壓縮空氣經(jīng)進(jìn)氣道(22)進(jìn)入前氣室(18)，推動(dòng)中空活塞(9)上行，后氣室(19)排氣，當(dāng)活塞關(guān)閉后氣室(19)的排氣孔時(shí)，后氣室(19)的空氣開(kāi)始?jí)嚎s，活塞(9)繼續(xù)上行，至活塞前端與前氣室的排氣孔脫開(kāi)，前氣室(18)通大氣，壓力急劇下降，此時(shí)活塞(9)靠慣性繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)，后氣室(19)的空氣被進(jìn)一步壓縮，壓力增高，作用在閥片(6)下側(cè)的壓力大于上側(cè)壓力，推動(dòng)閥片(6)換向，回程結(jié)束。閥片(6)換向，壓縮空氣進(jìn)入后氣室(19)，推動(dòng)活塞(9)下行，前氣室(18)排氣，當(dāng)活塞前端關(guān)閉前氣室(18)的排氣孔時(shí)，前氣室(18)的空氣開(kāi)始?jí)嚎s，活塞(9)繼續(xù)下行至后氣室(19)的排氣孔打開(kāi)，后氣室(19)通大氣，壓力急劇下降，此時(shí)活塞(9)靠慣性繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)直至沖擊取心鉆頭(12)。與此同時(shí)，前氣室(18)的壓力不斷增高，閥片(6)在上、下側(cè)壓力差作用下?lián)Q向，沖程結(jié)束。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)活塞往復(fù)沖擊運(yùn)動(dòng)。
取心鉆頭破碎的巖屑及形成的巖心經(jīng)內(nèi)管(8)及雙壁鉆桿(21)的內(nèi)鉆桿，在反循環(huán)空氣流的作用下連續(xù)地輸送到地表，實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)沖擊回轉(zhuǎn)反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)。
本實(shí)用新型中的中空式?jīng)_擊器和取心鉆頭的突出優(yōu)點(diǎn)是鉆進(jìn)過(guò)程中避免孔壁對(duì)樣品的污染，樣品具有真實(shí)的代表性，同時(shí)對(duì)突破砂礦勘探中礫石、巨礫的鉆進(jìn)有明顯的效果，鉆進(jìn)速度快，樣品采取率高。亦適用于工程、地質(zhì)鉆探等。
權(quán)利要求1.由雙壁鉆桿(21)、沖擊器(20)和取心鉆頭(12)組成的空氣反循環(huán)連續(xù)取心鉆具，其特征在于所說(shuō)的沖擊器(20)為可實(shí)現(xiàn)反循環(huán)鉆進(jìn)的中空式氣動(dòng)閥式?jīng)_擊器，在該沖擊器的內(nèi)、外缸之間設(shè)置2條直通氣道(24)，4～6條進(jìn)氣道(22)，6～8條排氣道(23)，所說(shuō)的取心鉆頭(12)的體內(nèi)設(shè)置2條直通氣道(15)、6～8條排氣道(14)，沖擊器(20)的直通氣道和排氣道分別與取心鉆頭的直通氣道(15)和排氣道(14)相對(duì)應(yīng)，取心鉆頭(12)的唇部設(shè)置3～4條向中心傾斜的排渣槽(16)。
2.如權(quán)利要求1所述的取心鉆具，其特征在于所說(shuō)的中空式氣動(dòng)閥式?jīng)_擊器(20)的中空活塞(9)在空氣壓力下通過(guò)閥片換向往復(fù)沖擊取心鉆頭(12)。
3.如權(quán)利要求1、2所述的取心鉆具，其特征在于所說(shuō)的取心鉆頭(12)的直通氣道(15)在靠近鉆頭唇部呈向上傾斜，傾角為15°～25°，所說(shuō)的排氣道(14)一部分直接與鉆頭唇部排渣槽(16)相通，另一部分在靠近鉆頭唇部呈向上傾斜，傾角為15°～25°，所說(shuō)的排渣槽(16)外窄內(nèi)寬，向內(nèi)傾斜，傾角為10°～15°。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種用于氣動(dòng)沖擊同轉(zhuǎn)反循環(huán)連續(xù)取心鉆進(jìn)的裝置，可適用于砂礦、工程、地質(zhì)等勘探，可取得巖心和巖屑，它是在取心鉆頭與雙壁鉆桿之間設(shè)置一臺(tái)貫通式?jīng)_擊器。該沖擊器是閥式的，其配氣系統(tǒng)設(shè)置在內(nèi)、外缸之間，依靠閥片上下兩側(cè)壓力差使閥片換向，實(shí)現(xiàn)中空活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)。為了保證反循環(huán)實(shí)現(xiàn)，設(shè)置了若干條直通氣道、排氣道。以心鉆頭相應(yīng)地設(shè)置若干條直通氣道和排氣道，有效地清除巖屑和連續(xù)地輸送巖心。
文檔編號(hào)E21B25/02GK2084510SQ9120515
公開(kāi)日1991年9月11日 申請(qǐng)日期1991年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月6日
發(fā)明者周衍茂, 康永春, 閔德祥 申請(qǐng)人:冶金部第一地質(zhì)勘探公司探礦技術(shù)研究所, 嘉興冶金機(jī)械廠