定位张敛式不提钻换钻头钻具制造技术

本实用新型专利技术是一种用于岩心钻探钻孔内的装置．它是针对已有技术方案中存在的结构缺陷，采用新的结构方案设计制造出的结构简单、性能可靠、具有工业实用性的扩孔翼楔面张敛式不提钻换钻头钻具，达到了无需起下钻便可随时对钻孔内的服役钻头进行直接观察或更换的目的．本装置的要点是，具有灵活可靠的张敛机构、瞄向定位装置、密封报讯装置和报警功能．通过实施本发明专利技术，能在岩心钻探中免除为检查或更换钻头所需要的大量起下钻工序，增加纯钻时间，减轻体力劳动，并保护钻孔孔壁．（*该技术在1995年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是一种用于岩心钻探钻孔内的装置。在传统的岩心钻探中，为了采集岩心和检查、更换钻头，必须将钻孔内全部钻杆提升至地表(称之为起下钻作业)，这是一项十分频繁、耗时和体力劳动繁重的辅助作业。自绳索取心钻进技术出现后，无须升降钻杆便可采集岩心；但为了检查和更换钻头，起下钻作业仍是不可避免的。钻孔愈深，岩石愈硬，则起下钻作业对钻探工作及其效率的不利影响愈显著。在钻探工程的
内，无需从钻孔内提升出钻杆就能更换钻头，是人们试图摆脱 传统的换钻头作业方式的长期愿望；但直到六十年代后期，才提出了具体设想，开始探索其可能性。之后不久，美国、日本、澳大利亚、苏联等国开始陆续出现了不提钻换钻头的各种技术方案。最初出现的是一些用于石油钻探和大口径钻探的方案；用于地质勘探小口径岩心钻探的技术方案是1970年前后相继提出的。就其实现换钻头的方式而论，现有技术中，已有的方案分全面迭缩式、两级扩孔翼张敛式(包括铰链式、楔面张敛式、弹簧片张敛式等)和连续链节式等几类，而每一类中又包含多种结构型式。直到目前将近二十年，尽管耗资巨大，但要么是失败，要么是正在研制和试验，总之还没有一种型式的不提钻换钻头钻具在哪一国成功地实施于工业钻探。这是由于，无论何种型式的不提钻换钻头钻具，都需要有一个特殊的钻头和一套十分复杂而又必须十分可靠的机构来实现自锁性的张敛伸缩这一特定动作，并具备完善的钻压和扭矩传递功能；而这一切，又是在地表以下岩层中的钻孔内进行，钻孔内工作环境极端恶劣，空间倍受限制，并且无法直接观测到工作中的钻具。因此，其技术困难程度是极大的。当今，试图用于地质勘探小口径岩心钻探的不提钻换钻头钻具，有一种技术方案是扩孔翼楔面张敛式，如美国专利3955633(1976年)该钻具因结构复杂、机械加工困难、张敛机构不灵活、可靠性差、扩孔翼部位漏水量过大、瞄向定位不够准确和有效、扩孔翼结构不适当、钻具工作时颤动严重以及机构强度不足等一系列实用性和根本性的结构缺陷，未能投入工业应用。本专利技术的任务就是针对上述钻具存在的问题，提出新的技术方案，设计制造出一种适合于地质勘探小口径金刚石岩心钻探用的具有工业实用性的扩孔翼楔面张敛式不提钻换钻头钻具，它无需起下钻便可在每个绳索取心回次对服役钻头进行直接检查、观测或更换。通过实施本专利技术的技术方案，在岩心钻探中，将免除为更换或检查钻头所需要的大量起下钻工序。图1a，1b，1c，1d，1e，1f，1g是本钻具组装后处于收敛状态(投捞状态)的分段正视图；图1a，图2b，2c，2d，2e，图1f，1g是本钻具组装后处于张开状态(钻进状态)的分段正视图；图3是图2c中A－A线剖面；图4是副钻头9的轴测示意图；图5是图2c中C－C线剖面；图6是图2c中B－B线剖面；图7是图1c中D－D线剖面；图8是图1d中E－E线剖面；图9是图2d中G－G线剖面；图10是图1d中F－F线剖面；图11是图1d中H－H线剖面；图12是钻头架30上半部的局部轴测示意图；(上端螺纹未画出)图13是钻头架30的局部轴测剖视示意图(上端螺纹未画出)图14是定位端管17的剖视图；图15是图4中副钻头9的I－I线剖面放大图；图16是图4中副钻头9的J－J线剖面放大图。本专利技术分打捞部分和非打捞部分，前者称为主钻具，后者称为副钻具。如图1a、1b、1c、1d、1e、1f、1g所示，副钻具只包括定位端管17、上外管18和密封环19。其它部分统属主钻具。副钻具用螺纹连接在钻杆柱的最下端，它只在起钻时才被提升至地表。定位端管17是副钻具的主体，它是一个上半部有外螺纹的圆形短管，下半部的端面和外圆面分别敷有薄层的金刚石66或敷设其它耐磨材料，在它的内壁有箭形的特殊矩形内花键52，键齿的箭形端22是朝上的，箭头沿圆周非均布排列。定位端管内壁下端，均布着四个梯形传扭槽24，传扭槽同花键齿的方位是一致的。密封环19的一端呈内倒锥形，它装在上外管18内。主钻具悬挂在定位端管内花键的箭形端22上，它在每个绳索取心回次都要被捞出到地表。主钻具中限位接头45以下的部分是通用的单动双层岩心管机构和主钻头20，执行对岩石的先导主破碎；上部装有异形的四单元组合式副钻头9，即所说的扩孔翼，担负对岩石的扩孔破碎任务。副钻头9上部断面是梯形的，在其内侧有喙形凸钩38；顶端开有一个独头槽27，下端有尾肩34和尾部斜槽56，如图4所示。副钻头插在钻头架窗孔下端的十字槽32内，它可以借助张敛轴楔面8和53的上下位移实现张开或收敛，并可将扭矩和钻压从副钻头传递给主钻具，保证主钻头20以承受钻压的状态同副钻具一起转动。主钻头20和副钻头9的更换和装卸，是借助绳索取心打捞器，将处于收敛状态的主钻具从钻杆内提捞到地面后实现的。钻头架30是一个两端有内螺纹的管子，中部沿圆周均布着四个纵向的矩形窗孔，外圆上部有四齿特殊矩形外花键21，花键的下端是对称的箭头形，键槽与矩形窗孔37方位一致；钻头架30的上端同悬挂接头50用螺纹连接，下端同限位接头45用螺纹连接。限位接头45内放置的限位器7由限位压盖28用螺纹压紧。矛头1可借助铰链2和装有弹簧4的球头套58，沿绕滑座3在200°圆周角范围内灵活转动，并可借助弹簧4相对保持直立或偏转两种稳定状态；57为弹簧座垫；矛头1直立是为了供打捞器捕捞，偏转是为了在地面操作时安全、方便，保证不发生脱勾危险。缓冲管55内的压缩弹簧54能够缓解捕捞时的碰撞冲击力，51为弹簧垫片。缓冲管55用弹簧销59同上端的滑座3连接，下端通过引流杆60同张敛轴47用螺纹连接。报讯阀5是一个沿外圆开有若干独头竖槽10的圆形套，它依靠缓冲管55紧压在引流杆60上；61为阀垫。张敛轴47是空心的，用以通过液流；其上端外圆面上开有四个竖槽48；中部有每组为四个楔面的上下两组楔面8和53，其下组楔面53的顶端皆设有喙形凸钩14，楔面下端的楔角顶部被截面65所截，呈倒形四棱截锥状，旨在与钻头架的十字槽32的中心孔相适应。张敛轴47的中下部有开槽的十字翼49，同钻头架的十字槽32相适应。报讯阀5受水力驱使，在泵压逐渐上升至峰值时，由图1b、1c的闭塞位置快速下移；同时，张敛轴47的尾端6克服限位器7的弹力向下移动，从而凭借楔面8和53迫使副钻头9向外张开，伸出钻头架窗孔37之外。报讯阀5开始下移的瞬间，泵压峰值显示的大小，可根据需要，通过调节限位器7的弹力进行调整。当矛头1和阀5抵达图1a、2b、2c的开启位置后，张敛轴的十字翼下端面43抵触限位器压盖的顶面44(如图2c、2d、2e)，副钻头9也张开至图2c、2d的极限工作位置；同时报讯阀5的独头竖槽10同悬挂接头50的内腔11沟通，使液路开启，泵压显示突然下降，从而向地面指示副钻头已经到位，处于钻进状态。同上述过程相反，矛头1被打捞器捕捞后向上提拉时，用弹簧销62销接在张敛轴下部十字翼49上的四个收敛爪12随之上移，进入对应的副钻头尾部斜槽56内，斜面13、喙形凸钩面14相继接触副钻头尾部斜槽56和凸钩面38，迫使副钻头9向内收敛，进入钻头架的矩形窗孔37内；同时，张敛轴尾端6又脱出限位器7，相对保持在最高位置(如图1a、1b、1c、1d、1e)，从而副钻头9又从图2c、2d的钻进状态回复到图1c、1d的投捞状态。收敛爪12是一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于岩心钻探钻孔内的不提钻换头钻具，它有一个管状的钻头架，其管壁上开着几个纵向的矩形窗孔，窗孔内装有可以张敛的组合式副钻头，副钻头的尾部插在窗孔下端的内槽里；钻头架内套装着一个具有上下两组楔面的空心的张敛轴，它受水力驱使，可以同连接在上部的矛头一起向下移动，此时，其楔面能使副钻头从钻头架的窗孔内张开伸出；向上提拉张敛轴时，同张敛轴连接成一体的收敛爪又能迫使副钻头收敛，并进入钻头架的窗孔内；钻头架下端有一个用螺纹连接着的靠压盖压紧的圆梳齿限位器，可限制张敛轴自由下落；钻头架上端连接着一个外缘有台肩的管形悬挂接头，可将钻头架悬挂在另一个管子的内壁上。张敛轴上部的矛头伸出悬挂接头，供打捞器捕捞。副钻头上端罩着一个短管，副钻头张开时，其上端的弧面抵靠短管内壁。钻头架下端连接着岩心钻探用的单动双层岩心管和金刚钻头。本专利技术的特征是该钻具具有能保证张敛动作可靠的钻头架、张敛轴和副钻头，并有瞄向定位装置和密封、报讯、报警装置、限位器固紧装置。

【技术特征摘要】
1.一种用于岩心钻探钻孔内的不提钻换钻头钻具，它有一个管状的钻头架，其管壁上开着几个纵向的矩形窗孔，窗孔内装有可以张敛的组合式副钻头，副钻头的尾部插在窗孔下端的内槽里；钻头架内套装着一个具有上下两组楔面的空心的张敛轴，它受水力驱使，可以同连接在上部的矛头一起向下移动，此时，其楔面能使副钻头从钻头架的窗孔内张开伸出；向上提拉张敛轴时，同张敛轴连接成一体的收敛爪又能迫使副钻头收敛，并进入钻头架的窗孔内；钻头架下端有一个用螺纹连接着的靠压盖压紧的圆梳齿限位器，可限制张敛轴自由下落；钻头架上端连接着一个外缘有台肩的管形悬挂接头，可将钻头架悬挂在另一个管子的内壁上。张敛轴上部的矛头伸出悬挂接头，供打捞器捕捞。副钻头上端罩着一个短管，副钻头张开时，其上端的弧面抵靠短管内壁。钻头架下端连接着岩心钻探用的单动双层岩心管和金刚石钻头。本发明的特征是该钻具具有能保证张敛动作可靠的钻头架、张敛轴和副钻头，并有瞄向定位装置和密封、报讯、报警装置、限位器固紧装置。2.按照权利要求1所述的钻具，其特征在于所说钻头架管壁沿圆周均布四个窗孔，各窗孔顶部有一个防止副钻头脱落的舌闩，向下伸进窗孔。所说窗孔的窗棂内壁有加强的凸筋。窗孔下部的内孔断面是深十字槽形的，副钻头张敛时可在该十字深槽的顶端面的双轨滑道上自由滑动。窗孔的四角以及窗棂与十字槽顶端面的交接处均为圆角或倒角。所说钻头架的矩形窗孔以上的部位不承受扭矩。3.按照权利要求1或2所述的钻具，其特征在于所说张敛轴的上端外圆面上开有四个竖槽，与钻头架的内加强凸筋相适应。所说的张敛轴外圆面中部有每组为四个的上下两组楔面，与钻头架的四个矩形窗孔相对应。其下组楔面的顶端皆设有喙形凸钩，下端楔角顶部被截，呈倒形四棱截锥状，旨在与钻头架的十字槽中心孔相适应。张敛轴靠下的部位有开槽的十字翼，同钻头架的十字槽相配合。4.按照权利要求2或3所述的钻具，其特征在于所说副钻头的上部有一喙形凸钩，与张敛轴的喙形凸钩相吻合。所说的副钻头顶端面开有一个独头槽，钻头架上的舌闩可以伸进槽内，防止副钻头脱落。所说副钻头外侧曲面的两侧有倒圆。5.按照权利要求1或2所述的钻具，其特征在于所说的瞄向定位装置是通过由钻头架的箭形外花键与定位端管的箭形内花键构成的箭形花键副进行初次瞄向定...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛万成，
申请(专利权)人：地质矿产部探矿工艺研究所，
类型：实用新型
国别省市：51[中国|四川]