一种高耐磨性岩心管和钻头结构的制作方法

1.本实用新型涉及地质勘探技术领域，具体涉及一种高耐磨性岩心管和钻头结构。


背景技术：

2.在地质勘探的过程中，需要利用钻头配合岩心管将土层内部的岩心进行取样，由于在钻进的过程中需要配合水流冲刷以便于散热并提升钻进效率，在此过程中，钻进时由于岩层硬度较大，钻头在使用时往往会发生磨损，需要定期进行更换，同时，由于钻进的深度不断增加，需要配合岩心管进行安装，为了提升岩心管的整体强度和耐用性，需要将岩心管的壁厚尽量缩小，但是相邻岩心管以及钻头之间是通过螺纹进行连接，壁厚太薄时则会影响连接强度，同时岩心管为消耗品，随着使用时间的增加会不断磨损变薄，容易使得岩心管下方的钻头脱落，产生钻探的孔内事故，经测试发现，目前市面上的岩心管其螺纹连接处的强度无法保证，在后续的钻进过程中容易损坏，进而影响动力输送的效果，降低钻进效率，严重时会折弯，造成生产事故，只能够定期进行检测，避免过度磨损，操作繁琐，同时，钻进过程中的水流会从钻头及岩心管的外壁上流动，也会形成冲刷压力，进一步加剧了损耗，致使岩心管及钻头的使用寿命不能够满足现阶段的要求。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高耐磨性岩心管和钻头结构，以解决现有技术中现有的岩心管端部螺纹处的连接强度不足，钻进时容易磨损故障，使用寿命较短的技术问题。本实用新型提供的诸多技术方案中优选的技术方案中采用加厚式端头的结构设计，能够对螺纹连接处进行保护，在保证连接强度的状态下，能够提升耐磨效果，同时辅助以水槽的定位配合，能够确保钻进过程中水流顺利通过，避免由于钻进时磨损而造成岩心管受损，显著提升了岩心管的使用寿命的技术效果，详见下文阐述。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：
5.本实用新型提供的高耐磨性岩心管和钻头结构，包括：
6.岩心管，用于提供钻进支撑；
7.端头，设置在岩心管的两端，焊接固定在岩心管上；
8.钻头，通过螺纹安装在端头内；
9.连接段，设置在相邻岩心管之间，通过螺纹与岩心管连接；
10.水槽，开设在岩心管、钻头和连接段的外壁上。
11.作为优选，所述岩心管的外壁上设有耐磨涂层。
12.作为优选，所述耐磨涂层的数量有两部分，采用对称结构布置在岩心管的中部。
13.作为优选，所述水槽的数量有六个，各个水槽呈圆周阵列等间距布置在端头、钻头和连接段的外壁上。
14.作为优选，所述水槽采用倾斜方式布置，所述水槽开设时的螺旋角范围为20-45
°
。
15.作为优选，所述钻头的壁厚与端头加强段的壁厚相同。
16.作为优选，所述水槽的槽底为弧形结构。
17.本实用新型还提供一种高耐磨性岩心管和钻头结构的制造方法，包括：
18.s1、管件加工，将钢管原料按照生产尺寸要求进行端面切割形成岩心管，并对岩心管的两端部切面进行抛光打磨，确保光洁度；
19.s2、端头加工，对端头生产原料按照尺寸进行端面切割，并抛光打磨，确保光洁度，打磨完毕后进行车削，使得端头的外径尺寸与钻头外径对应，端头的内径的尺寸与岩心管外径对应；
20.s3、螺纹加工，在钻头的外壁和端头的内壁上进行螺纹加工；
21.s4、水槽开设，将端头及钻头的侧壁上开设位置对应的水槽；
22.s5、端头焊接，利用摩擦焊接机将端头焊接在管件上，确保同轴度；
23.s6、热处理加工，对螺纹及端头与岩心管的连接处进行淬火热处理、提升连接强度和耐磨性；
24.s7、车削打磨，对端头与岩心管之间的连接处进行打磨，包含内壁和外壁，确保连接处光滑平整；
25.s8、喷涂处理，将耐磨涂层均匀喷涂在岩心管的外壁上，形成耐磨涂层。
26.有益效果在于：
27.采用加厚式端头的结构设计，能够对螺纹连接处进行保护，在保证连接强度的状态下，能够提升耐磨效果，同时辅助以水槽的定位配合，能够确保钻进过程中水流顺利通过，避免由于钻进时磨损而造成岩心管受损，显著提升了岩心管的使用寿命。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1是本实用新型的爆炸结构视图；
30.图2是本实用新型的拼装状态下的立体结构视图；
31.图3是本实用新型的端头的立体结构视图；
32.图4是本实用新型的端头及钻头的立体结构视图；
33.图5是本实用新型的生产加工流程示意图。
34.附图标记说明如下：
35.1、钻头；2、水槽；3、耐磨涂层；4、端头；5、连接段；6、岩心管；7、加厚段；8、螺纹段。
具体实施方式
36.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
37.参见图1-图5所示，本实用新型提供了高耐磨性岩心管和钻头结构，包括：
38.岩心管6，用于提供钻进支撑，岩心管6为内部中空的圆管，用于支撑主体，以便于其余组件进行安装，岩心管6的材料为37mn5，能够保证耐磨性和整体强度；
39.端头4，设置在岩心管6的两端，焊接固定在岩心管6上，端头 4的数量有两个，用以配合岩心管6进一步安装；
40.钻头1，通过螺纹安装在端头4内，用于钻进岩层，进行破碎加工；
41.连接段5，设置在相邻岩心管6之间，通过螺纹与岩心管6连接，用于将两个相邻的岩心管6通过螺纹拼接起来，连接段5的材料与端头4的材料相同，均为42grmo，能够提升耐磨强度，延长装置的使用寿命；
42.水槽2，开设在岩心管6、钻头1和连接段5的外壁上，采用水槽2的结构设计，能够便于钻进过程中水流通过水槽2导出，提升水流循环的效率，确保钻头1的降温效果；
43.使用时，将岩心管6进行装配，根据使用要求将钻头1安装至端头4的螺纹段8内，而后依此拼装岩心管6、连接段5和钻头1，拼装完毕后进行安装，并调节各组件之间的水槽2对应，以便于调节。
44.在另一个实施例中，岩心管6的外壁上设有耐磨涂层3，耐磨涂层3采用碳化钨为主要材料，使用时喷涂在岩心管6的外壁上，由于岩心管6的长径比较大，在使用过程中，其中部的磨损压力过大，容易在钻进过程中发生偏移，进而增加岩心管6外壁的磨损情况，此时在岩心管6外壁上设置喷耐磨涂层3，能够增加岩心管6在转动过程中耐磨性，延长岩心管6的使用寿命。
45.在另一个实施例中，耐磨涂层3的数量有两部分，采用对称结构布置在岩心管6的中部，两个耐磨涂层3之间的间距为500mm，每个耐磨涂层3之间的宽度为100mm，且采用对称布置的结构设计，能够增加岩心管6的耐磨面积，提升岩心管6的使用寿命。
46.在另一个实施例中，水槽22的数量有六个，各个水槽2呈圆周阵列等间距布置在端头4、钻头1和连接段5的外壁上，采用此种结构设计的水槽2，能够提升钻进时水流排出的效率，同时能够便于岩心管6与钻头1或端头4进行连接时，使得各组件外壁上的水槽2位置对应，从而顺利排水，降低定位难度。
47.在另一个实施例中，水槽2采用倾斜方式布置，水槽2开设时的螺旋角为35
°
，由于钻进过程中需要注水配合钻进，而岩心管6内供水需要从钻头1与岩体之间的缝隙处导出，实现排水，为了提升排水效率，在钻头1、端头4以及连接段5处开设水槽2，但开设水槽 2的部分其直径也较大，水流仅能够通过水槽2快速排出至岩心管6 的外壁上，此时岩心管6与已经钻探过后的岩层之间预留有间隙，水流可以在该间隙内部流动，经实验发现，当水槽2开设螺纹角过小时，水流在离心力的作用选不会在水槽2内部流动，则会在水槽2的侧壁处溢出，从而增大对水槽2的磨损，排水效率较低，而水槽2开设螺纹角过大时，其开设难度较大，制造成本会显著提高，且水槽2长度增加，同样会影响排水能力，经过多次实现测试后，确定水槽2开设时的螺旋角为35
°
时的导水效果最好，在配合钻机额定转速的工作状态下，能够单位时间内的排水量达到峰值，其加工难度适中，属于综合能力最优的方案。
48.在另一个实施例中，钻头1的壁厚与端头4加强段的壁厚相同，需要说明的是，本实用新型中的钻头1壁厚与加强段的壁厚均相比于现有标准管件的壁厚要厚2.5mm，能够增加耐磨强度，延长装置的使用寿命。
49.在另一个实施例中，水槽2的槽底为弧形结构，水槽2的深度为 2.5mm，与增加的壁
厚相同，以便于水流排出，同时采用弧形结构的设计，能够减缓排水时水流的冲击，提升钻头1钻进的稳定性。
50.本实用新型还提供一种高耐磨性岩心管6和钻头1结构的制造方法，包括：
51.s1、管件加工，将钢管原料按照生产尺寸要求进行端面切割形成岩心管6，并对岩心管6的两端部切面进行抛光打磨，确保光洁度，以便于后续进行摩擦焊接；
52.s2、端头4加工，对端头4生产原料按照尺寸进行端面切割，并抛光打磨，确保光洁度，打磨完毕后进行车削，其中端头4上设有加厚段7，其尺寸厚度相比于现有标准管件的壁厚要厚2.5mm，用于提升耐磨强度，使得端头4的外径尺寸与钻头11外径对应，端头4的内径的尺寸与岩心管6外径对应，以便于安装；
53.s3、螺纹加工，在钻头1的外壁和端头4的内壁上进行螺纹加工；
54.s4、水槽2开设，将端头4及钻头1的侧壁上开设位置对应的水槽2，各个水槽2之间的开设角度都相同，能够便于配合进行装配；
55.s5、端头4焊接，利用摩擦焊接机将端头4焊接在管件上，确保同轴度，由于采用钢管结构焊接，需要进行充分定位，避免管件弯折，但由于端头4的长度为200mm，长度较短，安装时的影响不大，偏转角度较小，不会影响后续使用；
56.s6、热处理加工，对螺纹及端头4与岩心管6的连接处的螺纹段8进行淬火热处理、提升连接强度和耐磨性，能够避免螺纹段8连接处受损，影响后续装卸；
57.s7、车削打磨，对端头4与岩心管6之间的连接处进行打磨，包含内壁和外壁，确保连接处光滑平整，避免内部水流通过时产生冲击；
58.s8、喷涂处理，将耐磨涂层3均匀喷涂在岩心管6的外壁上，形成耐磨涂层3,喷涂完毕后，提升耐磨性能。
59.以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。