专利名称：内超前双管单动取芯钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型的目的是提供一种内超前双管单动取芯钻具，该钻具可在粘土、砂土、湖海底淤泥等第四纪沉积地层中钻取原状泥(砂土)岩心，适用于地球科学研究、工程地质勘察、建材矿产开采等领域。
(2)背景技术在地球科学等研究领域，经常需要钻取原状第四纪沉积物去研究古气候，古生物和古地理环境，从而对现代人类的生存环境作出正确的判据和对策，然而由于第四纪沉积物多为泥沙松散多孔状或粘性状物质，在钻进过程中常规的取心工具经常出现采取率不足，或岩心受扰动太大而原状结构严重破坏及岩心受冲洗液污染等问题；此外，在岩土工程勘察和建材矿产开采中经常需要通过获取原状岩土心去做力学性能测试或渗水性试验，以便更正确地进行工程设计。
本实用新型所要解决的技术问题是必需尽力减少进入钻具内的岩心受冲洗液的污染和尽量减少钻具对岩心的扰动，此外还应设法提高岩心采取率并便于在地表的取心和岩心保护。
(3)发明内容本实用新型内超前双管单动钻具相对于目前常规取心钻具是这样解决上述问题的钻具设计成内、外单动双管，且内管相对于外管有较大伸缩量，内管内可根据需要插入第三层管(如PVC管)或塑料薄膜以进一步防止岩心扰动保护岩心，钻具还设计了内、外钻头，内钻头可相对于外钻头超前伸出，且超前量可预先调节，以防止岩心受到冲洗液的冲蚀；内管上部的单动设置内装有压力弹簧，其预压缩量可通过调节垫片预调，在取样时可随内钻头遇到的不同岩层阻力而施加不同的弹性压力；在外管钻头内可根据需要装入弹性爪簧，当内管相对于外管收缩上提至一定高度后，弹性爪簧自动收缩，对于很难取样的砂性松软地层可利用此爪簧抓取岩心，从而保征了取心的成功率。
(4)
图1为本实用新型的结构图。
图2为本实用新型内管钻头与塑料薄膜组装示意图。
图3为本实用新型弹性爪簧示意图。
(5)具体实施方式
由图1结构图所示，本实用新型的内超前双管单动钻具可分为外管部分和内管部分二大部分，外管部分主要由外管17、内槽接头6、盖头2、弹性爪簧28和外管钻头29所组成；内管部分主要由内管25、特制钻杆接头3、分水接头5、单动接管7、单动主轴16、内管盖头19、内管钻头27所组成。分水接头5以螺纹与单动接管7和特制钻杆接头3连接，单动接管7又与封盖15以螺纹相接；内槽接头6以螺纹与外管17和盖头2相接，外管17又以螺纹与外钻头29连接。
在单动接管7内装有二盘径向轴承8、二盘推力轴承10、垫片9、13、30、并分置在单动接管内左、右二个位置，在单动接管的中间位置装有压力弹簧11、调节垫片12、单动主轴16，在单动接管7的右端以螺纹接有封盖15、封盖内装有橡胶密封圈14，通过增加或减少调节垫片12的厚度调节了压力弹簧11的预压力，在软性地层可减少垫片厚度，减少弹簧的预压力，在硬性地层应增加垫片厚度以增大弹簧预压力。在取样时，随内钻头27遇到的地层阻力的不同，压力弹簧11相应被压缩，从而输出不同的弹性压力。单动主轴16的右端以螺纹与内管盖头19相接，内管盖头19又以螺纹与内管25连接，而内管25又以螺纹与内钻头27连接。
在单动主轴16的右端装有内管盖头19，在内管盖头19的左、右二侧装有调节垫片18、锁母22、23，通过对调节垫片18的调节可调节内管盖头19在单动主轴16的位置，从而可调节内管钻头27相对于外钻头29的超前量，在取心时，由于内管钻头27遇到的地层阻力不同，此超前量会相应灵活缩小或增大，在松软地层超前量会增大，从而更好地保护了进入内钻头的岩心不受冲洗液冲蚀。
在单动主轴16的右端和锁母23之间装有小弹簧21和钢珠24，在钻进过程中起着控制内管返水和在提钻时封闭内管的作用。
在分水接头5的外表面上按装有二个平行的平键4，插入在内槽接头6的内表面的二条平行的长键槽内，分水接头上端接有特制钻杆接头3，当此钻杆接头往右推进时，分水接头连同平键相对于外管部分向右位移，从而整个内管部分往右移动，当特制钻杆接头3旋转时，内槽接头6通过平键4的扭矩传递也同时旋转起来，从而整个外管及外管钻头都旋转起来，此时内管25及内管钻头27由于单动接管7内部的单动设置而处于不转动状态，此一设计特点可使钻具在实施单压入取样或双管单动旋转取心时，岩心较少扰动，而且由于内管部分可相对外管部分上行一段距离，因而可实现弹性爪簧28的收缩抓样功能。
塑料薄膜26的安装见图2，图2中在内管钻头27左端外侧加工成外台阶，与内管25内表面形成一环空空间，塑料薄膜26(或第三层管)是预先装在内管25和内管钻头27之间的环状空间内的，其左端出露端装有内设通孔的尼龙环31，当泥砂心进入时尼龙环被顶着上行，塑料薄膜不断脱出包住并保护岩心。
在外管钻头29和内管钻头27之间留有环状空间，可根据需要安装弹性爪簧28，此弹性爪簧如图3所示，它由金属圈32和爪簧33组成，在自由状态时爪簧呈收缩状。提钻时，当内管部分收缩上提到一定位置时，爪簧即可内收，从内钻头底端包住岩心，防止岩心脱落。
本实用新型的外管钻头29通常为硬质合金钻头。内管钻头27右端的加工为外锥面，形成可切入泥层的切刃，该切刃刃宽0.5-3毫米。
权利要求1.一种内超前双管单动取芯钻具，它主要由内槽接头、分水接头、平键、单动接管、封盖、单动主轴、外管、内管、内管盖头、内管钻头、外管钻头、塑料薄膜、弹性爪簧等零件所组成。其特征在于分水接头外表面装有二个平行的平键，并插入内槽接头内表面的二条平行的长槽内，分水接头右端与单动接管，单动接管与封盖均为螺纹连接，分水接头的左端以螺纹与特制钻杆接头相接；单动接管内装有单动主轴等单动零件，单动主轴右端以锁毋和调节垫片将内管盖头固定，内管盖头以螺纹与内管及内管钻头相连；内槽接头右端以螺纹与外管相接，外管以螺纹和外管钻头相连；内管与内管钻头之间留有可装入塑料薄膜或第三层管的环状空间，外管钻头与内管钻头之间留有装入弹性爪簧的环状空间，内管钻头右端为切刃状。
2.根据权利要求书1所述的取芯钻具的单动主轴右端以锁毋和调节垫片将内管盖头固定，其特征在于通过调节调节垫片的厚度可调节内管盖头在单动主轴上的位置。
3.根据权利要求书1所述的取芯钻具的单动接管内装有单动主轴等单动零件，其特征在于单动接管的单动零件除单动主轴外，包括二盘径向轴承、二盘推力轴承和调节垫片，并分置在单动接管内左、右二个位置，在单动接管的中间位置装有压力弹簧、单动主轴及调节垫片。
4.根据权利要求书1所述的取芯钻具的内管钻头右端为切刃状，其特征在于内管钻头的右端的切刃状是由加工为外锥面形成的，该切刃的刃宽在0.5-3毫米。
5.根据权利要求书1所述的取芯钻具的内管与内管钻头之间留有可装入塑料薄膜或第三层管的环状空间，其特征在于该环状空间是由内管钻头的左端外表面加工有外台阶形成的，当它与内管装配后，可与内管内表面形成环空空间。
6.根据权利要求书1所述的取芯钻具的弹性爪簧，其特征在于，该弹性爪簧是由金属圈和爪簧所组成，爪簧在自由状态时是呈收缩状的。
专利摘要本实用新型提出了一种用于在第四纪松散沉积地层获取原状泥(砂)芯样的内超前双管单动取芯钻具，该钻具主要由内槽接头、内外管、内外管钻头、分水接头、单动装置等零件组成，钻具内设塑料薄膜、弹性爪簧等保护芯样装置，分水接头及内管等连接件可相对外管移动，内管钻头超前量及压力弹簧预压力可调，且超前量及弹簧压力可随地层的不同阻力而相应变化。可有效钻取松散多孔等沉积层原状样品，应用于地球科学研究、工程地质勘察、建材矿山开采等部门。
文档编号E21B10/02GK2679340SQ0326688
公开日2005年2月16日 申请日期2003年7月9日 优先权日2003年7月9日
发明者刘宝林, 薛军 申请人:刘宝林, 薛军, 李国民