空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及的是一種空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具，是一種用于適用松散砂卵礫石和斷裂破碎等復(fù)雜地層工程地質(zhì)勘察和地質(zhì)礦產(chǎn)勘探等相關(guān)領(lǐng)域的空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具。
技術(shù)背景
[0002]松散砂卵礫石和斷裂破碎等復(fù)雜地層取芯(或取樣)鉆進(jìn)，一直是鉆探領(lǐng)域難題，其特征是鉆孔易坍塌、取樣率低，鉆進(jìn)效率低。通過研宄和實(shí)踐探索，鉆探技術(shù)有了很大地進(jìn)步，護(hù)壁效果、取心質(zhì)量和巖心采取率有了明顯提高，但對于松散砂卵礫石和斷裂破碎等復(fù)雜地層但地層坍塌問題仍影響鉆進(jìn)效率，取心質(zhì)量仍不能滿足要求，直接影響地層和礦層的準(zhǔn)確評價(jià)，甚至導(dǎo)致鉆孔報(bào)廢。如中國發(fā)明專利申請?zhí)?2135935.0中公開的天然氣水合物深水淺孔保壓保溫取心鉆具，仍有裸露孔段，會發(fā)生坍塌；如中國發(fā)明專利申請?zhí)?00410080343.X中公開的三合一組合式取心鉆具和中國實(shí)用新型專利89220229.7中公開的可控分流式取心鉆具，由于采用液態(tài)沖洗液，容易線發(fā)滑波活動；還有一些其它先進(jìn)的潛孔錘跟管鉆具，破巖效果好，鉆進(jìn)效率高，但不具備取心功能。具有沖擊回轉(zhuǎn)方式破碎巖石，鉆進(jìn)效率高，并有隨鉆同步跟管護(hù)壁效果的中國發(fā)明專利申請?zhí)?00510021979.1空氣潛孔錘取心跟管鉆具，采用的是雙動雙管結(jié)構(gòu)的取心鉆具，阻礙著巖心質(zhì)量和采取率的提高，套管鉆頭和取心鉆頭連接的通孔直徑小，取心鉆頭和套管鉆頭的凹凸臺配合間隙小，取心鉆頭穿出套管鉆頭不方便影響鉆進(jìn)效率。因此當(dāng)務(wù)之急研制適合松散砂卵礫石等復(fù)雜地層的空氣潛孔錘取芯跟管鉆具，達(dá)到取心質(zhì)量好，鉆進(jìn)效率高，鉆孔不垮塌且不會誘發(fā)滑坡活動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型目的是針對上述不足之處提供一種空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具，是一種用于松散砂卵礫石和斷裂破碎帶、水敏性、漏失等復(fù)雜地層地質(zhì)鉆探的空氣潛孔錘取心跟管鉆具，該鉆具能夠以空氣沖擊回轉(zhuǎn)方式破碎巖，隨鉆同步跟進(jìn)套管護(hù)壁，同時(shí)能取心并提高巖心采取質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)空氣潛孔錘取心跟管鉆進(jìn)，其鉆孔不垮塌且不會誘發(fā)滑坡活動，采集巖心質(zhì)量好、鉆進(jìn)效率高。
[0004]本實(shí)用新型空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]空氣潛孔錘單動雙管取心跟管鉆具由中心取心鉆具和跟管鉆具組成。中心取心鉆具為單動雙管取心鉆具，由單動減振機(jī)構(gòu)、內(nèi)管調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、含卡心裝置的取心機(jī)構(gòu)組成；
[0006]本實(shí)用新型單動減振機(jī)構(gòu)主要是實(shí)現(xiàn)單動減振的作用，單動減振機(jī)構(gòu)包括沖擊接頭、碟形彈簧、軸承座、連接軸、推力球軸承和向心球軸承。外管通過絲扣與沖擊接頭連接，內(nèi)管與巖心管接頭連接，巖心管接頭與連接軸連接，連接軸通過推力球軸承和向心球軸承與沖擊接頭連接，實(shí)現(xiàn)沖擊接頭帶動外管和取心鉆頭轉(zhuǎn)動，連接軸和巖心管接頭及內(nèi)管不轉(zhuǎn)動；在沖擊接頭下端與推力球軸承、向心球軸承及連接軸之間設(shè)置一組碟形彈簧，起到減振作用。
[0007]本實(shí)用新型內(nèi)管調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要是調(diào)節(jié)內(nèi)管下端套接卡心裝置的爪簧座與取心鉆頭之間的間隙。包括連接軸、巖心管接頭、內(nèi)管、螺母。螺母與連接軸通過螺紋連接，連接軸與巖心管接頭通過螺紋連接，巖心管接頭與內(nèi)管通過螺紋連接；連接軸通過擰動旋轉(zhuǎn)螺母控制巖心管接頭與連接軸螺紋連接長度調(diào)節(jié)卡心裝置的爪簧座與取心鉆頭之間的間隙，確保爪簧座與取心鉆頭之間的間隙適合。
[0008]本實(shí)用新型含卡心裝置的取心機(jī)構(gòu)包括外管、內(nèi)管(根據(jù)需要可在其內(nèi)部加半合管)、連接軸、巖心管接頭、取心鉆頭、滾針、爪簧座和爪簧。爪簧座和爪簧組成卡心裝置，爪簧座內(nèi)有斜度面和爪簧外有斜度面配合并可相互滑移；爪簧座上端與內(nèi)管下端光軸部分套接并可滑移；爪簧座與取芯鉆頭之間設(shè)有滾針，起到減阻與導(dǎo)正作用，爪簧具有倒刺狀彈性抓手，鉆進(jìn)時(shí)，卡心裝置向上滑移，巖心經(jīng)取心鉆頭和爪簧進(jìn)入內(nèi)管，鉆頭內(nèi)徑比內(nèi)管和爪簧內(nèi)徑小，巖心可自由進(jìn)入；提鉆時(shí)，卡心裝置向下滑移，彈性抓手收縮卡取和擋取巖心，巖心不會脫落，提高取心質(zhì)量。取心鉆具外管選用厚壁合金管，經(jīng)熱處理后硬度在HRC32?36，確保沖擊功的傳遞。外管與取芯鉆頭、外管與沖擊接頭連接螺紋采用波形螺紋，該螺紋作用應(yīng)力分散，連接可靠，裝卸比較方便，使用壽命長。
[0009]本實(shí)用新型跟管鉆具由套管、套管接頭、套管靴、彈性卡環(huán)、套管鉆頭組成，為同心擴(kuò)孔跟管鉆具，套管通過套管接頭與套管靴絲扣連接，套管鉆頭與套管靴的連接采用彈性卡環(huán)，彈性卡環(huán)為開口圓環(huán)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)傳力效果好，未出現(xiàn)損壞現(xiàn)象；套管鉆頭與套管靴采用彈性卡環(huán)連接形成可繞套管的軸心線轉(zhuǎn)動的懸掛結(jié)構(gòu)，套管鉆頭可繞套管靴轉(zhuǎn)動，卡環(huán)傳遞套管軸向力，其中套管鉆頭可回轉(zhuǎn)，套管、套管接頭、套管靴等不轉(zhuǎn)動；彈性卡環(huán)壁厚等于套管靴環(huán)形槽深度，彈性卡環(huán)內(nèi)徑等于套管鉆頭環(huán)形槽小徑，套管鉆頭環(huán)形槽深度小于彈性卡環(huán)壁厚，裝配時(shí)先將彈性卡環(huán)裝入套管靴內(nèi)，然后將套管鉆頭壓進(jìn)去，裝好后套管鉆頭與套管靴能自由轉(zhuǎn)動；套管鉆頭通過彈性卡環(huán)帶動套管靴套管同步跟進(jìn)。
[0010]中心取心鉆具和跟管鉆具通過壓力傳遞和傳扭機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)壓力和扭矩達(dá)到鉆頭破碎巖石并同步跟進(jìn)；鉆具的氣流通道系由高壓通道回路和低壓通道回路組成。
[0011]本實(shí)用新型在套管鉆頭、取心鉆頭設(shè)計(jì)中，取心鉆頭超出套管鉆頭向外伸，套管鉆頭底端高于取心鉆頭為90mm。取心鉆頭底端鑲焊三組球柱狀合金25，外圈6個(gè)球柱狀合金，中圈2個(gè)球柱狀合金，內(nèi)圈I個(gè)球柱狀合金；套管鉆頭鑲焊有三層球柱狀合金，外圈9個(gè)球柱狀合金，中圈6個(gè)球柱狀合金，內(nèi)圈3個(gè)球柱狀合金。取心鉆頭采取超前(套管鉆頭和高壓出氣孔)式結(jié)構(gòu)，其破碎(巖石)唇面超前高壓出氣孔L可使得高壓空氣從高壓出氣孔L直接排除，在保證充分沖刷巖肩凈化孔底和冷卻鉆頭的前提下，消除了高壓空氣直接沖刷鉆頭唇面影響巖心采取質(zhì)量的不利因素。擴(kuò)孔孔徑一般要比套管外徑大1mm以上，以減少孔壁對套管11的摩擦阻力。鉆頭最小斷面尺寸不能小于6_，保證傳力機(jī)構(gòu)的聯(lián)接強(qiáng)度，在大沖擊功下，鉆頭不會變形或碎裂。鉆頭材料選擇有45CrNiMoVA、XG25、42CrMo等，經(jīng)整體淬火回火后，硬度在HRC40?44左右，保證強(qiáng)度、韌性。又能保證固齒質(zhì)量。鉆頭一般采用過盈冷壓或熱壓固齒工藝，保證鋼體能有效地固住硬質(zhì)合金，并使邊齒鑲?cè)牒筱@頭有一定的外出刃，同時(shí)為了減少合金剪切力，照常規(guī)取邊齒傾角為35°。鉆頭硬質(zhì)合金選用YG8c或YJ2H半球齒，保證較高的硬度和較好的抗沖擊韌性。鑲齒前，根據(jù)過盈量磨削合金。
[0012]本實(shí)用新型壓力傳遞和傳扭機(jī)構(gòu)包括取心鉆頭和套管鉆頭。主要是實(shí)現(xiàn)壓力和扭矩達(dá)到鉆頭破碎巖石同步跟進(jìn)。鉆具工作時(shí)，壓力和扭矩經(jīng)沖擊接頭、外管傳遞到取心鉆頭及套管鉆頭，實(shí)現(xiàn)鉆頭同步破巖鉆進(jìn)；取心鉆頭和套管鉆頭分別有壓力傳遞臺階，壓力是通過取心鉆頭和套管鉆頭壓力傳遞臺階接觸傳遞；傳扭機(jī)構(gòu)中，套管鉆頭內(nèi)設(shè)計(jì)有三個(gè)凸臺，取心鉆頭設(shè)計(jì)有三個(gè)排粉槽，外圓周向上有三個(gè)不通透槽，其寬度略大于三個(gè)凸臺的寬度，鉆具回轉(zhuǎn)后三個(gè)凸臺進(jìn)入三個(gè)不通透槽內(nèi)，使套管鉆頭和取心鉆頭側(cè)面接觸結(jié)合到一體，傳遞扭矩共同回轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)后，凸臺轉(zhuǎn)出不通透槽，位于排粉槽中，提拉內(nèi)鉆具時(shí)取心鉆頭從套管鉆頭中拉出