专利名称：空气反循环连续取心钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种用于砂矿、工程、地质钻探的新钻具。它可实现气动冲击回转反循环连续取心钻进(C·S·R)，从而采到岩心和岩屑。
空气反循环连续取心钻进是通过双壁钻杆内外钻杆之间的环形空间将压缩空气输送到孔底，利用空气及循环气流在钻杆内的上升力，使岩心连续地输送到地表。目前，空气反循环连续取样钻进用的冲击器，在冲击器孔段为正循环，遇到不稳定地层时会造成气流对孔壁的冲蚀。砂矿勘探的地层为非固结性的第四系履盖层，采用常规的冲击器会造成对孔壁的严重冲蚀，而为砂矿勘探规范所不允许。砂矿勘探遇到砾石、巨砾时，缺乏有效的手段。上述存在的问题严重影响该方法优越性的发挥。因此，自空气反循环钻探技术问世以来，研制气动冲击回转连续取心冲击器一直引起人们的关注。
为此，本实用新型提供了一种实现空气反循环连续取心的钻具，它由可实现反循环钻进的取心冲击器和取心钻头组成。主要目的是解决砂矿勘探钻进砾石层和巨砾，亦适用于工程、地质钻探。其突出特点是钻进效率高，样品质量好。
本实用新型是这样实现的
本实用新型由空气反循环连续取心冲击器和取心钻头组成。它是在取心钻头与双壁钻杆之间设置一台中空式(贯通式)冲击器。该冲击器为气动阀式冲击器，其配气气路设置在内、外缸之间，依靠阀片上下两侧压力差使阀片换向，实现中空活塞往复冲击运动。为保证反循环实现，设置了若干条直通气道和排气道。取心钻头相应地设置若干条直通气道和排气道，从而有效地清除岩屑和连续地输送岩心。
以下结合附图对本实用新型进行详细描述
图1是本实用新型的空气反循环连续取心钻具的连接示意图。
图2是可实现反循环钻进的中空式冲击器的主要结构纵向剖面图。
图3是取心钻头结构图。
图4是图2的A－A剖面图。
本实用新型中的中空式冲击器(20)和取心钻头(12)的结构为与双壁钻杆(21)的内钻杆连接的内管(8)被设置在中空式冲击器中以输送岩心，其下端插入取心钻头(12)内。逆止阀(2)装在接头(1)内，以防止停止送风时岩屑、水进入冲击器内。接头(1)上端以螺纹与双壁钻杆连接，下端亦以螺纹与冲击器(20)连接，接头(1)内设置若干个气孔，当拧紧下端螺纹时其压紧压盖(4)，阀盖(5)和阀座(7)。阀片(6)套在内管(8)上，且置于阀盖与阀座的空腔内，而阀座(7)支承在缸体(3)的台阶上。中空活塞(9)置于缸体(3)内，且套在内管(8)上。缸体(3)下端以花键与取心钻头(12)的花键(13)连接，同时装以圆键(11)，防止取心钻头(12)脱出。配气气路设置在内缸(3)与外缸(10)之间，设置4～6条进气道(22)，6～8条排气道(23)和2条直通气道(24)。直通气道(24)与取心钻头(12)的直通气道(15)相对应，钻头直通气道(15)在靠近钻头唇部呈向上倾斜，倾斜角α＝15°～25°，一部分压缩空气直接输送到取心钻头的中心孔(17)，以获得反循环所需的足够风量来输送岩心。中空活塞(9)往复冲击运动排出的空气经缸体的排气道(23)进入与缸体排气道相对应的取心钻头(12)的排气道(14)，输送到钻头唇部，以清除破碎的岩屑。为使岩屑顺利进入钻头中心孔，钻头唇部设置3～4条向中心倾斜的排渣槽(16)，其倾斜角β为10°～20°，排渣槽(16)向内张开，外窄内宽。取心钻头(12)在结构上设置纵向花键(13)以传递扭矩，同时使钻头可以上下串动一定距离。为实现反循环取心钻进，取心钻头(12)开设中心孔(17)，提供反循环气流、形成岩心及岩心上返的通道，同时在取心钻头体上设置6～8条排气道(14)，排气道(14)一部分与钻头唇部排渣槽(16)相通，另一部分在靠近钻头唇部呈向上倾斜，倾角15°～25°，与取心钻头中心孔(17)相通。2条直通气道(15)和6～8条排气道(14)排出的空气，足以有效地清除岩屑和连续地输送岩心，实现气动冲击回转反循环连续取心钻进。
本实用新型的空气及循环连续取心钻具的中空式冲击器和反循环取心钻头的工作过程及原理如下在反循环取心钻头(12)与双壁钻杆(21)之间设置一台中空式冲击器(20)，中空式冲击器依靠阀片(6)上下两侧的压力差，使阀片(6)换向实现中空活塞(9)往复冲击运动，产生的纵向冲击力作用于取心钻头(12)，有效地破碎岩石，获得高的钻进速度。当取心钻头(12)接触孔底时，压缩空气经进气道(22)进入前气室(18)，推动中空活塞(9)上行，后气室(19)排气，当活塞关闭后气室(19)的排气孔时，后气室(19)的空气开始压缩，活塞(9)继续上行，至活塞前端与前气室的排气孔脱开，前气室(18)通大气，压力急剧下降，此时活塞(9)靠惯性继续向上运动，后气室(19)的空气被进一步压缩，压力增高，作用在阀片(6)下侧的压力大于上侧压力，推动阀片(6)换向，回程结束。阀片(6)换向，压缩空气进入后气室(19)，推动活塞(9)下行，前气室(18)排气，当活塞前端关闭前气室(18)的排气孔时，前气室(18)的空气开始压缩，活塞(9)继续下行至后气室(19)的排气孔打开，后气室(19)通大气，压力急剧下降，此时活塞(9)靠惯性继续向下运动直至冲击取心钻头(12)。与此同时，前气室(18)的压力不断增高，阀片(6)在上、下侧压力差作用下换向，冲程结束。如此循环，实现活塞往复冲击运动。
取心钻头破碎的岩屑及形成的岩心经内管(8)及双壁钻杆(21)的内钻杆，在反循环空气流的作用下连续地输送到地表，实现气动冲击回转反循环连续取心钻进。
本实用新型中的中空式冲击器和取心钻头的突出优点是钻进过程中避免孔壁对样品的污染，样品具有真实的代表性，同时对突破砂矿勘探中砾石、巨砾的钻进有明显的效果，钻进速度快，样品采取率高。亦适用于工程、地质钻探等。
权利要求1.由双壁钻杆(21)、冲击器(20)和取心钻头(12)组成的空气反循环连续取心钻具，其特征在于所说的冲击器(20)为可实现反循环钻进的中空式气动阀式冲击器，在该冲击器的内、外缸之间设置2条直通气道(24)，4～6条进气道(22)，6～8条排气道(23)，所说的取心钻头(12)的体内设置2条直通气道(15)、6～8条排气道(14)，冲击器(20)的直通气道和排气道分别与取心钻头的直通气道(15)和排气道(14)相对应，取心钻头(12)的唇部设置3～4条向中心倾斜的排渣槽(16)。
2.如权利要求1所述的取心钻具，其特征在于所说的中空式气动阀式冲击器(20)的中空活塞(9)在空气压力下通过阀片换向往复冲击取心钻头(12)。
3.如权利要求1、2所述的取心钻具，其特征在于所说的取心钻头(12)的直通气道(15)在靠近钻头唇部呈向上倾斜，倾角为15°～25°，所说的排气道(14)一部分直接与钻头唇部排渣槽(16)相通，另一部分在靠近钻头唇部呈向上倾斜，倾角为15°～25°，所说的排渣槽(16)外窄内宽，向内倾斜，倾角为10°～15°。
专利摘要本实用新型提供了一种用于气动冲击同转反循环连续取心钻进的装置，可适用于砂矿、工程、地质等勘探，可取得岩心和岩屑，它是在取心钻头与双壁钻杆之间设置一台贯通式冲击器。该冲击器是阀式的，其配气系统设置在内、外缸之间，依靠阀片上下两侧压力差使阀片换向，实现中空活塞往复运动。为了保证反循环实现，设置了若干条直通气道、排气道。以心钻头相应地设置若干条直通气道和排气道，有效地清除岩屑和连续地输送岩心。
文档编号E21B25/02GK2084510SQ9120515
公开日1991年9月11日 申请日期1991年4月6日 优先权日1991年4月6日
发明者周衍茂, 康永春, 闵德祥 申请人:冶金部第一地质勘探公司探矿技术研究所, 嘉兴冶金机械厂