专利名称:用于岩芯钻探的钻头的制作方法
本发明涉及开凿基岩时使用的岩芯钻探钻头，特别是涉及具有多层外钻头的钻，其多层钻头可以在钻孔的底部替换。
开凿岩层时为收集岩层的岩芯样品，而进行的岩芯钻探，已经常规的实现了。更准确的说，是通过驱动钻杆下端的钻头旋转并借助于钻头下端刀片的钻进，来实施岩芯钻探。然而，当钻孔进行至一定的深度时，由于磨损，钻头的使用寿命将要终结。于是在钻孔过程中，必须更换钻头的刀片。遗憾的是，常规钻头的结构是这样的，以至当刀片的使用寿命终止时，需要把钻杆提到孔外，才能将报废的刀片拆卸下来，并重新安装新刀片。
普通钻头的使用包括每当需要更换刀片时，总是要把钻杆提出孔外，这样在升降钻杆时，浪费了时间。随着孔深度的增加，由于耗费的时间也相应增加，问题就变得更为严重。因此，各种能够在孔底更换刀片的岩芯钻探金刚石钻头应运而生，不需要将钻杆提出孔外。
举例来说，在此之前，本申请人已经提出过岩芯钻探用的钻头方案，例如在日本特许公开号为60-23591和60-129390中所披露的那样。根据本申请人以前申请的钻头，包括一个圆筒形钻头体，钻头体上有钻头，在钻头的顶端上有刀片，在钻头体内表面上还有凸起部分;上层钻头包括叠装在切刀上的上层刀片，与钻头体内表面上的凸出部分连接的若干环，以及连接在环与上层刀片之间的支腿;装在钻头体内部的分离机构，它能操作解除凸出部分与环之间的连接，以便能够在所钻孔的底部更换钻头。
虽然上述的日本特许公开中披露了几种钻头，但是它们的结构很难同时满足下列要求，因为这些要求基本上是相悖的。当使用上层刀片钻孔时，工作中的上层刀片将不会相对于钻头体的头部发生位移，工作刀片重叠的装在钻头体上。另一方面，当上层刀片被磨损达到其使用寿命而不得不把它回收上来时，上层刀片又要能容易地从它的叠放位置上拆卸下来。
本发明的目的是提供一种岩芯钻探用的钻，它带有多层钻头，并能适合在所钻孔的底部更换钻头，这种钻具有这样的结构，它既能保证在岩芯钻探过程中，使钻头保持稳定的层状结构，又能保证在回收钻头时，能容易的把上层钻头卸下来。
根据本发明提供的用于岩芯钻探的钻头包括一个圆筒形的钻头体，在钻头体的顶部装有钻头，钻头上有切刀，在钻头体的内表面至少设有一个凸出部分;上层钻头，其有重叠装配在切刀上的上层刀片，还有若干条支腿，每条支腿的一端固定在相应的一块上层刀片上，并沿钻头体的轴向上延伸，至少有一个环在钻头体的圆周方向上延伸，连结在支腿的终端并且至少与一个凸出部分相连接，该环的直径可以缩小;安放在钻头体内的分离机构，它能解除环与上述凸出部分之间的连接，其中钻头体上刀片的外表面有一个不规则的形状，上层刀片的内表面的形状是随钻头体上刀片的外表面的不规则形状传递过来的，钻头体内的凸出部分有一能被上层钻头的环的剪切力切除的部分，当环的直径要缩小时，就从周边将其剪掉。
根据本发明的上述装置，在使用上层刀片钻孔过程中，能够消除上层刀片在钻头体刀片上的安装位置上的位移，同时当上层刀片已被磨损时，能容易的解除钻头体和上层刀片之间的连接。通过操纵分离机构，导致环的直径缩小，由环的剪切力，把钻头体内的凸出部分中的一部分切除，这样就解除了上述连接。随后，带有上层刀片的上层钻头，穿过圆筒形钻头体内部回收到地面上来。由新出现在钻头体上的钻头继续进行岩芯钻探。
根据本发明的一个方面，上层刀片由分成两组的若干刀片组成。这种布置分两个步骤能够拆除刀片并把它回收上来，并且能将上层钻头的刀片面积增加到与钻头体上的钻头的刀片面积基本相同。
另外，根据发明的另一方面，上述优点，即在钻孔过程中，使用前述装置消除了上层钻头相对于钻头体的位移，不仅所谓的平面型金刚石钻头能获得，而且所谓的注入型金刚石钻头也能获得。在后面的装置中，由于把凸出部分装在钻头体的刀片的外表面上，并且上层刀片内表面的形状是与钻头体上的刀片的顶端的外表面形状相一致，刀刃外表面上有凸出部分，因此，可以使钻头的层状结构保持稳定。这样，注入型金刚石钻头的情况下，同样能提高钻孔的效率。上述平面型金刚石钻头包括钻头体的刀片，它是由金属体头部和嵌在金属体上的金刚石构成的，这些金刚石在金属体的外表面上凸出来;一个组装在钻头体的刀片上的上层钻头部。在外表上凸出的金刚石所构成的凸出部分的形状，通过烧结粉末金属，转移到上层钻头的内表面形状上。上述注入型金刚石钻头包括钻头体的刀片，刀片由混合并浸渗烧结金刚砂和粉末金属制成;组装在钻头体的刀片上的上层钻头，在该钻头顶端的外表面上有许多凸起部分，通过烧结粉末金属，将上述外表面的形状转移到上层钻头的内表面上。
附图的简要说明附图1是本发明的第一个实施例钻头的局部剖视图，图中上层钻头重叠地装在钻头体的钻头上;
附图2是图1所示钻头体纵向的局部剖视图;
附图3是图2中沿线Ⅲ-Ⅲ的横向剖面图;
附图4是图2中沿线Ⅳ-Ⅳ的横向剖面图;
附图5是一个透视图，通过一个例子，表明上层钻头的支腿与它的环之间的相互关系;
附图6类似于图5，表明图5所示支腿和环的另一种位置关系实例;
附图7是钻杆的纵向剖视图，用这个实例，表示一个回收钻头的机构;
附图8是回收机构的纵向局部剖视图，表示它的另一个实例;
附图9是本发明的第二个实施例钻头的纵向局部剖视图，图中上层钻头重叠的装在钻头体的钻头上;
附图10是图9钻头的钻头体的纵向剖视图;
附图11是图9所示钻的上层钻头的排列图;
附图12是沿图11中Ⅻ-Ⅻ线的纵向局部剖视图;
附图13是沿图10中ⅩⅢ-ⅩⅢ线的横向剖视图;
附图14是图9中所示钻的环的透视图;
附图15是当拆掉了第一层钻头时，一组上层刀片的排列形式图;
附图16是钻杆纵向局部剖视图，它表示图9中所示钻头的回收机构;
附图17是一个纵向局部剖视图，它表示一种方法，其中图9所示钻的上层钻头被拆掉;
附图18是按照本发明的注入型金刚石钻具的实施例的纵向局部剖视图，其中上层钻头被重叠装在钻头体的钻头上;
图19是图18所示钻头体的纵向局部剖视图;
下面将要结合附图来描述本发明的最佳实施例，图1至图8是本发明的第一个实施例，图中标号1表示平面型岩芯钻探用的钻。钻1带有一个钻头体2，上层钻头3，一个脱离机构5和回收机构6。
钻头体2是钢质的圆筒状物体，其顶端有一个用烧结硬质合金制作的钻头9(顶端参见图1、2)，钻孔时要使用到它。钻头9的顶部凸出的嵌着许多金刚石。在钻头9的内表面有若干水槽10，更准确的说，在本实施例中，有八条水槽10等间隔地沿园周布置，因此构成了钻头9的八条刀刃11。另一方面，钻头体2的内表面分别有小直径和大直径的部分，以中部的台阶2a(在图3中)为朝上、朝下两部分的界线。在钻头体2的内表面上，轴向地开有若干水槽12，它们与上述水槽10相联通。另外，一对凸起物13A和13B(见图2)用一适当的方式，例如焊接，固定在钻头体2的台阶2a的下方位置。这对凸起物分别与上环23A、下环23B(后述)组合成的对应环相接合，这对环是钻头3的重要构成。准确地说，凸出部分13A和13B在径向上相互对置着，而在轴向上相互错开一段距离，错开的距离与上环23A的轴向尺寸相当。如图4所示，每一个凸出物13A和13B在径向上的内侧有被切削的部分15A或15B，它们都有呈楔形的圆周端，相对于钻头体2的内表面，并且是由如锌合金之类材料制成。这种合金要比环23的材料软。
在钻头体2的内表面下部制成内螺纹16，由此，将钻头体2装在钻杆18的顶端，如图7所示。
上层钻头3被重叠地装配在钻头体2的钻头9上端，并且设计是这样的，当需要更换上层钻头时，从钻头体2的内部能将上层钻头3取出来，方法在后面描述。
下面将要详细描述上层钻头3。上层钻头3有若干分隔开的上层刀片20A、20B、20D、……和支架21，支架21固定在这些刀片的内部。通过把支架21装配到钻头9的水槽10上，上层钻头3即能保持层状结构。在这种状态下，钻头3是重叠的安装在钻头9的上端。上层刀片20A、20B、……的内表面形状依从于钻头体2的切刀11的外表面形状，如同模板一样。通过浸渗烧结粉末金属，使上层钻头3的刀片20的内表面形状变成钻头体2的切刀11的外表面形状，并且它们是相补的。浸渗烧结温度最好是在900℃左右，这个温度低于钻头体2的钻头9的烧结温度。支腿22的一端固定在支架21上，支架21对应着上层钻头3的刀片20A、20B、……，它的另一端固定在对应环23的圆柱外表面或端面上。
附带说明一下支腿22可以与环23构成一个整体。
现在将要说明支腿22和环23之间的关系，参阅图5，支腿22由弹性材料制成，且有弹力，弹力沿径向指向钻头体2的内部，以便在需要的时候，固定在支腿22的上端的上层刀片20A、20B……，可以从钻头体2的内部回收上来。在正常条件下，支腿22处于径向位置上，该位置可向内移至这样程度，以致于在需要时上层刀片20A、20B……能够回收，因为任何一块刀片20都装在钻头体2的钻头9上。同时，固定支腿22下端的环23，它包括钢质的上环23A和下环23B，环23的材料比被切除部分15A和15B的材料硬。每个环23A和23B有缝24A或缝24B。由此，环23的直径可以扩大或缩小，即增加或减小圆周尺寸。每条缝24A和24B的环形圆周端呈楔形，以便于与切除部分15A或15B的圆周端相配合。支腿22固定在环23的侧面上，环23上的缝24A和24B基本上在环直径上对置。更准确的说，在图5所示的布置中，在环23A和23B的侧面上分别固定有四个支腿22，两环分别有相对的缝24A和24B。在这种情况下，支腿22在圆周上等间隔布置，该间隔与钻头9上水槽10的间隔相同。附带说明一下，只要是允许支腿22设置在上述径向位置上的材料，例如形状记忆合金，都可以合适地作为支腿的材料。
支腿22固定在环23(有相对的缝24)的侧面，其原因如下由于环23装配在钻头体2的内表面，环23上带有扩大圆周尺寸的缝24，如果支腿22固定在某个与缝24的位置无关的环上，那么当环23的直径减小时，设在环23附近的支腿22的圆周间隔和未设在环23上的支腿22的圆周间隔不能随之调整。其不良结果是当上层刀片20被钳制时，不能稳定的把上层钻头3回收出来。另一方面，如果支腿22固定在环23的半圆环部分上，这部分环远离缝24，那么支腿22之间的间隔不能变化，这种变化是由缝24的圆周尺寸的扩大(环23装配在钻头体2上)而引起的。鉴于这些原因，支腿22分开固定在环23A和23B上，并且支腿22在环23上的固定位置，位于环23上各自的圆形侧面。在这种条件下，环23的直径扩大时(即当把环23装在钻头体2内时)，支腿22相对于环23的位置，使支腿22之间的间隔变化将不会产生任何不良后果。我们还可以使用如图6所示的那种方式，其中支腿22被固定在一个单独的环23上，环23上有一个缝24D。就图6而言，一个单独的凸出物13设在钻头体2的内表面上。
在钻头体2内部，装有分离机构5，用于解除钻头体2和上层钻头3之间的连接。该机构5包括一个有一定轴向尺寸的环形板26，在环形板26上安置了若干楔28，楔28可滑动地装配在钻头体2的内表面上的槽12里。
下面结合附图7来介绍回收机构6的一个实例，回收机构用于将本发明的钻的上层钻头3回收出来。
回收机构6垂挂在钻杆18里，朝着被钻孔的底部，为的是由回收机构6自身的重量来推动分离机构5。这样，就可以把上层钻头3从钻头体2上拆开，并将钻头3提升回地面上来。回收机构6包括一个底座部分29，它与钢线索相连接;一个用来推动分离机构5向孔底运动的台肩30，以及一个回收部分31，设在台肩30的顶端。回收部分31呈圆柱状，其直径稍小于钻杆18的内径。回收部分31的下端被加工成圆锥形，并设有一个圆柱形的刀片接受部分34。回收部分31的中部与钻杆18的内表面之间形成了一个间隙35，其作用是卡住上层钻头3的上、下环23A和23B。
图8表示另一个回收机构6。
在图8所示的实例中，机构6包括一个环的装配部分36;一个与装配部分36衔接的圆锥部分38，一个处在圆锥部分38的下部用来接受上层刀片20的接受部分39;和一个大直径的头40，它也处于圆锥部分38的下端。
下面将要描述钻头体2上的上层钻头3的集合。
上层钻头3通过远离钻头9的开口插进圆筒形钻头体2，穿过钻头体2，直到刀片20A、20B……处在钻头体2的钻头9的轴向上方(如图1和2所示)。在上层钻头3的刀片20A、20B……的内部装有支架21，该支架装在钻头9的水槽10上，因此，把上层层钻头3的刀片20A、20B……叠装在钻头体9的切刀11上。此时，固定在支架21上的支腿22，装在钻头体2的内表面上的槽12和钻头9的内表面的水槽10中。在这种情况下，环23A和23B的缝24A和24B固定在支腿22的下端，缝24A和24B反抗环23的弹力在圆周方向上张开，环23A和23B的弹性恢复力，使环23A和23B上相互分开的圆周端部与凸出部分13A和13B上的15A和15B部分的圆周端相连接，凸出部分13A、13B位于钻头体2的内表面上。上端环件即环23A与凸肩2a相接触。其后，把分离机构5的环形板26从钻头体2的开口处插入，并安放在钻头体2的内表面上。若干楔块28固定在环形板26上，沿槽12导向，于是就完成了组装。
下面将要介绍本发明的钻1的工作情况。
钻头1安装在钻杆18上，首先由上层钻头3进行钻孔操作。在钻孔过程中，由于固定在上层刀片20A、20B……的内部的支架21牢固地安装在水槽10里，水槽10开在钻头体2的钻头9的内表面上，同时支架21受到垂直方向上的载荷，所以，能防止上层钻头3脱离钻头体2，这种脱离将导致钻具无法工作。
另外，凸肩2a作为止动装置，用于防止环23从其安装位置上脱离开，换句话说，这种情况是由钻头体2在垂直方向上的运动引起的。
带有上述钻1的钻机钻到一定的深度时，上层钻头3被磨损掉，达到了使用寿命终点。此时把岩芯管(未画出)拉出来，再将回收机构6垂挂在钻杆18里。当凸肩30碰到分离机构5的环形板26的端面时，环形板26向孔底方向轴向移动，从而使楔28产生位移，位移方式如下楔28进入环23和槽12的底部之间的空隙，而且，位移使凸出部分13A和13B的15A和15B部分由缝24A和24B依次切除，结果环23A和23B脱离了凸出部分13A和13B。同时，由于上层钻头3处在易于向孔底轴向移动的状态，脱开的环23缩小了其直径，并进入回收部分31周围的空间35中。这时，如果上层钻头3稍微离开孔的底部，回收机构6向孔底进一步移动，从而使进入空间35中的环23产生位移，依次向孔底推动上层钻头3。结果，上层钻头3和钻头体2在水槽10处的连接脱离了，并在支腿22的弹力作用下，把上层钻头3抱紧至如此程度，使钻头能通过钻头体2内部。然后，将回收机构6和它抱紧的上层钻头3一起拉出孔外，这样就可以将上层钻头3带回到地面上来。
根据本发明的上述第一个实施例，当把上层钻头级组装在钻头体2上时，使环23上的缝24与凸出部分13在被切除的那部分15处进行牢固的楔形配合，从而能够进行稳定的钻孔工作，而不存在环23与凸出部分13脱离的危险。另外，当把上层钻头3回收时，环23的缝24切除部分15，于是就解除了凸出部分13和环23之间的接触，因此，回收工作将得以容易的进行。同样，在回收过程中，利用来自地面的分离机构5的操作，能将使用寿命终结的上层钻头3从重叠位置上拆掉。由此，可以减少钻杆18提出孔外的次数。相反，则可能在钻孔过程中浪费时间。此外，在钻孔过程中，叠放在钻头体2上的上层钻头3有一个内表面，其形状是由钻头体2的切刀11的外表面的形状转移而成，上层钻头3上的刀片20的内表面与钻头体2上的刀片11的外表面以互补的形式接合。由此，防止钻头3在钻头体2的叠放位置上有任何位移，这种位移是由于施加在上层钻头3的旋转方向上的力引起的(图1中的水平方向);同时，也保护了嵌在钻头体2上的金刚石不受损坏。
图9至17是本发明的第二个实施例。在这些图中，与第一个实施例中相同的元件由相同的符号来表示，这些相同元件将不再详细地介绍。
与前面的实施例相同，按照本发明的第二个实施例的钻，它主要包括一个安装在钻杆上的圆筒形钻头体2，和安装在钻头体2顶端的上层钻头3。钻头体2在钻孔时使用的顶端上，有钻头9，在钻头9上，嵌有许多金刚石8。在钻头9的内外表面上连续的延伸着若干条水槽10。特别是在本实施例中，沿圆周方向上设置的钻头9有八条水槽10，并且水槽10有相同的间隔，藉此，在钻头9上形成了八条切刀11。
在钻头体2内表面的中部，两圈环形的凸台50和51，用来固定上层钻头3。环形凸台50设置在离钻头9较近的地方，并有导向槽52。导向槽52的数量与上述水槽10相同，并且也是等间隔布置。另一圈环形凸台51设置在离钻头体2底端较近的地方，并有导向槽53，导向槽53的数量是水槽10的一半。并且位于水槽10相间的位置。同样地，凸出部分13D和13E从通过焊接等适当的方法，固定在钻头体2上，凸出部分13D和13E从钻头体2的内表面凸出来。13D和13E分别处于环形凸台50与51之间和凸台51靠近钻头体2底端的那一侧。凸出部分13D和13E在平行于导向槽52和53的方向上延伸，使上层钻头3保持在固定的位置上。如图13所示，在凸出部分13D和13E的径向内侧上，分别有可切除的部分15D和15E，其圆周端部呈楔形，对着钻头体2的内表面。15D和15E由锌合金等制成。这种合金比环62的材料要软(后述)。
在钻头体2的钻头9顶部的外表面上，重叠地安装着上层钻头3，头部3包括分成若干刀片组的刀片部分56，每块刀片部56包括嵌在其外表面上的金刚石8。每块刀片56的切削刃面积都等于钻头体2上的一块切刀11的面积，该面积由水槽10限定，并且刀片部56重叠地安装在钻头9上。在相邻的刀片56之间形成与水槽10的圆周宽度相同的槽58，该槽也就是水槽。在刀片56的内部设有支架21(最好参看图12)，支架的形状适合于装配在相应的水槽10中。
为了把刀片56固定在其合理位置，根据本实施例的布置是这样的，八个刀片56成组的固定，每一组有四个刀片56，并交错的安装在钻头9上。根据这种布置，在刀片56A之间布置有刀片56B。56A属于同一刀片组并由第一钻头部分3A所构成。刀片56B则属于另一刀片组，该组由第二钻头分部3B所构成，如图11所示。
上述第一组的刀片56A和第二组刀片56B的布置，相互之间没有联系。更准确的说，如图9所示，第一组刀片56A和第二组刀片56B分别与较长的支腿60A和较短的支腿60B相连结，这些支腿与刀片56内部的支架21相连结。支腿60A和60B的另一端分别与环62A和62B相连结，环是沿着钻头体2的内圆周表面设置。环62由环形条板加工而成，并在环62上开有缝63，以便于直径的变化。因此，环62是弹性元件。缝63的圆周端被加工成楔形，以便与凸出部分13D和13E上的部分15D和15E相配合。即支腿60和环62是以如下的方法来布置的由于环62的圆周端在圆周方向上相互分开，打开了环62B上的缝63，同时环62B的直径增大了，然后将上述的缝63的端头与部分15D的圆周端表面相接合，15D可以从凸出部分13D上被切除，于是，环62B沿着钻头体2的内圆周表面设置。这时，连结在环62B上的支腿60B被安装在环形凸台50中的导向槽52上，当支腿60B与环62B的侧端以及环形凸台50的壁相接触时，支腿60B的圆周位置便确定下来。这样就可以防止第二组刀片56B的脱离。另一方面，另一个环62A也用类似于62B的方法安装。例外的是支腿60A在圆周上的间隔是支腿60B的圆周间隔的两倍。这时，把连结在环62A上的支腿60A和第一组刀片56A安装到导向槽52和53中，而导向槽52和53分别加工在凸台50和51上。分别与第一组刀片56A和环62A连结的支腿60A，以及与第二组刀片56B和环62B连结的支腿60B都具有弹力。弹力的作用是使刀片56沿径向向内运动。因此，当把刀片56从其重叠位置上拆下时，第一组刀片56A和第二组刀片56B中的每一块刀片都能沿径向向内集中，刀片组56A或56B集中后的实际圆周直径小于钻头体2的内径。因此，刀片组能够通过钻头体2内部回收出来。这种布置的结果，当上层钻头3从其叠放位置拆下时，通过钻头体2的内部可以将钻头3依次的回收出来。
孔的钻进由上述的上层钻头3来完成，而钻头3重叠地安装在钻头体2的钻头9上。钻具带有一个分离机构5(如图16所示)，分离机构安放在钻头体2内，当上层钻头3的刀片56达到使用寿命时，用分离机构5来拆下上层钻头3。分离机构5包括沿着钻头体2的内圆周表面设置的一个环形板66，环形板66的边缘部分以凸起的方式构成楔68，环形板66对着钻头体2的钻头9。楔68处于圆周位置上，同时，圆周上排列着导向槽53。导向槽53开在靠近钻头体2底端的环形凸台51上。楔68与导向槽53的数量相一致(在本实施例中是四个)。楔68的顶端处于这样的位置，以便能够滑进钻头体2的内表面与环62A的外表面之间的空隙。在以上结构中，撞击环形板66上靠近钻头体2的底端边缘(方法后述)。首先，楔68作用于环62A，使环62A与凸出部分13E脱离，从而减小了环62A的直径，由此拆下相应的第一组刀片56A。其次，随着楔68轴向推进，使楔68在导向槽53里滑动工作，此时，环62B上产生了与上述相同的效果。
回收机构6被组装在钻上，以便从钻头体2上拆下钻头3，并把拆下的钻头3回收到地面上来。如图16和17所示，回收机构6垂挂在钻杆18里，并落向孔的底部，以便通过自身的重量来驱动上述的分离机构5，进而，从钻头体2上拆除上层钻头3，并把它提升回地面。回收机构6包括一个垂挂在钻杆18内部的回收体70，还有一个安装在回收体70上的掣爪72，它有一对铰支安装的杠杆，并且杠杆的顶端水平张开。当回收机构6垂挂时，掣爪72撞击环形板66的边缘，回收体70在靠近钻头体的那一端有一段小直径部分74，所形成的空隙是用来容纳环62A和62B;接下来是一段圆锥面76，在指向回收体70下端的方向上，直径逐渐减小;在回收体70的最下端是一个锥体头78。根据上述结构，当回收体处于垂挂时，掣爪72会撞击环形板66的边缘，导致第一个环62A脱开(方法前面叙述过)，接着第一组上层钻头部分3A被拆卸，方法如图17所示。钻头分部3A的第一组刀片56A，在支腿60A的弹力作用下，向中心聚集，并环绕排列在回收体70下端的外圆周表面上。最后，回收机构6处于如图15所示的状态，被提升回来。顺便说明一下，止动环80(图16)设置在钻杆18里，当62A已经脱开时，用它来防止楔68使第二个环62B和第一个环62A一起脱开。更准确的说，止动环80支承着回收机构的支承轴82，在该支承轴82的支承位置上，阻止回收体70过分的前进。在第一个环62A脱开后，紧跟着就是拉出第一组上层钻头分部3A。接着进行第二次回收操作，另一个回收体70垂挂在钻杆18内部。这个回收体70的形状与前述的回收体相同，但是轴向长度不同。掣爪72再次撞击环形板66，使第二个环62B脱开。同时，止动环80是用来防止钻头体2损坏，并用来在第一次和第二次回收操作时，调节回收体70的长度。
这种结构的钻头操作如下当要把上层钻头3组装在钻头体2上时，第二组上层钻头分部3B从钻头体2的底端开口处插入钻头体2，接着将第二组的四个刀片56B装配在钻头体2的钻头9上。把环62B的缝63打开，以便使凸出部分13D插入。接着用同样的方法安装第一组上层钻头分部3A。当组装完成后，装有上层钻头3的钻头体2用螺纹拧紧在钻杆18上。钻头体2上的螺纹位于这样的位置上，在这个位置楔68没有动作。
上述钻头，首先是刀片56用来钻孔。在钻孔过程中，钻头体2的钻头9上的刀刃11与钻头3所能实现的冷却程度是相同的。这是由于槽58位于两相邻刀片56之间，并起水槽作用，又由于刀片56上的切刀面积与切刀11的面积是相同的，因此，槽58的圆周尺寸与水槽10相同。当钻孔操作进行至一定深度，刀片56已被磨坏时，用下述方法把刀片56换掉首先把岩芯管(图中未画出)从钻孔中拉出，将回收机构6放入钻杆18内部并向下运动，于是，掣爪72就撞击环形板66，从而使楔68首先相对于第一个环62A发生移动。这样使62A切除15E，以便解除环与凸出部分13E之间的连结，并且环的直径减小了。拆卸下来且直径减小的环62A被安放在轴74与钻头体2内圆周表面之间的空隙中。此后，楔68处于第二个环62B附近的适当位置上，由止动环80阻止楔68向下超越这个位置。在这期间，回收体70与第一组上层钻头分部3A一起沿3A的轴向略微向下移动，结果使第一组的四个刀片56A脱离钻头体2上的安装位置，并且在支腿60A的弹力作用下，向中心聚拢，刀片56A环绕在回收体70的下端的圆周表面上(如图15所示)。然后第一组上层钻头分部3A与回收体70一起被拉回地面上。然后降下另一个回收体70，同样地把带有四个刀片56B的第二组上层钻头3B取出地面。
根据本发明的第二个实施例，重叠地安装在钻头体2上的上层钻头3被卸下并分两次回收上来。由此，能使上层钻头3的切刀面积放大到和钻头体2上钻头9的切刀面积基本相同。这样是有益的，原因如下钻头刀片的使用寿命取决于嵌有金刚石颗粒的整个刀片面积。如果在一个步骤中就把刀片56拆下并回收上来，虽然它们被分开了，但刀片56的刀刃面积却只有钻头体2上钻头9的刀片面积的64%，对于提高刀片的使用寿命来说，刀片面积是不够的。另一方面，按照本发明的这个实施例由于分两次把上层钻头3拆下并回收，虽然刀片56上的有效刀片面积增大了，回收仍是可能的，并且这个面积能够扩大到相当于钻头体2上钻头9的刀片面的96%，这样就显著的延长了钻头3的使用寿命。
本发明的上述两个实施例中，其钻头型式是相同的，即平面型，其钻头体的刀片是由金属外表面凸起的金刚石构成的，并且上层钻头组装在该刀片的外表面上。通过烧结粉末金属，将金刚石的凸起形状转移成为上层钻头的内表面形状。可是，由于这种平面型钻头要消耗大量昂贵的金刚石，于是注入式金刚石经常被采用。在这种钻头中，钻头上的刀片是金刚砂与金属粉末混合并浸渗烧结而成的合成物。
图18和19表示本发明的注入式金刚石钻头的一个实施例。
用于岩芯钻探的注入式的金刚石钻头1，它有一个钻头体2和上层钻头3。
钻头体2呈圆筒状，其顶端有钻头9，钻头9是进行钻孔工作的。钻头9的顶端是金刚砂和金属粉末混合并浸渗烧结而成的合成物。烧结温度最好在1000℃左右，但要低于1050℃，该温度会使金刚石的性质发生变化。在钻头9中，开有若干条水槽10，这些水槽在钻头9的内外表面上连续的延伸。更准确的说，与前面的实施例一样，共有八条水槽10在径向上等间距布置。这样在钻头9上形成了八个刀片11。在刀片11顶端外表面88上(该顶端外表面88以下称之为“成层表面”除非另作说明)有许多凸起的部分89。钻头体2的内表面结构与图9所示的结构相同，这里不再详细的描述。
如图18所示，可拆的上层钻头3包括若干外层刀片56，刀片56分成若干组并安装在钻头体2上钻头9的顶部外表面上。为了获得这种配合，外层刀片56的内表面形状是从成层表面88转移而来的，成层表面88上有与钻头体2相应的凸起物89，这种形状转移由烧结金属粉末来完成。烧结温度最好在900℃左右，低于钻头体2的烧结温度。
可拆的钻头3中，每块外层刀片56的外表面上都嵌有金刚石，刀片56的面积与钻头体2上刀片11的面积一样，刀片11的面积是由水槽10限定的。因此，在钻头3上，两相邻的外层刀片56之间，设有槽58，每条槽58的圆周尺寸和水槽10相同，并且槽58也作水槽用。
上层钻头3的结构，在钻头体2上的组装以及从装配位置上的拆除均与前面介绍过的实施例一样。参阅图9至11，这里不再描述。
当使用上述钻头钻孔时，可拆的上层钻头3的内表面重叠地装配在钻头体2的成层表面88上，该内表面的形状是从成层表面88转移而来的，成层表面带有凸起部分89。因此在这些表面之间存在很大摩擦阻力，这样就能防止可拆的钻头3相对于钻头体2的位移，并由此获得稳固的层状结构，这种结构无疑将提高钻探操作的效率。
权利要求
1.具有多层钻头的用于岩芯钻探的钻具，它包括一个圆筒形的钻头体，在它的顶部装有钻头，钻头上有切刀，并且钻头体的内表面至少有一个凸起的部分，带有上层刀片的上层钻头，重叠的安装在钻头体的切刀上，若干条支腿，每条支腿的一端固定在相应的一块上层刀片上，并在钻头体的轴向上延伸，至少有一个沿钻头体的圆周方向上延伸的环与支腿的终端连接起来，并且与至少一个凸起部分相连接，上述环的直径是能够缩小的，放在钻头体内的分离机构，它能够解除上述的环与上述的凸起部分之间的连接，上述钻头体上的切刀的外表面有一个不规则的形状，上述上层刀片的内表面是由上述钻头体上切刀外表面的不规则形状转移而来的，上述钻头体的凸出部分带有一个可被切除的部分，剪切力来自上层钻头的环，当上述环的直径缩小时，剪切力在圆周上起作用。
2.根据权利要求
1所说的钻具，其特征在于所说的钻是平面形的金刚石钻头，其中钻头体的刀片是由钻头的外表面上嵌入许多金刚石构成。
3.根据权利要求
1所说的钻具，其特征在于钻具是注入型的金刚石钻头，其中，所说钻头体上的切刀，是金刚砂和金属粉末混合并浸渗烧结的合成物，在切刀的顶端外表面上有许多凸出部分。
4.根据权利要求
1所说的钻具，其特征在于所说钻头体上的钻头有若干槽和分成若干组的刀片，所说的上层钻头的上层刀片分成若干组，上层刀片的切刀面积基本上与上述钻头体的切刀面积相同。
5.根据权利要求
1所说的钻具，其特征在于至少有一个支腿具有弹性，它能在钻头体内部径向向内运动，当上层钻头与钻头体不连接时，支腿能够通过钻头体内部。
6.根据权利要求
1所说的钻具，其特征在于至少有一个环上有缝，所说环上的缝与凸出部分的可切除部分之间用楔形方式连接。
7.根据权利要求
1所说的钻具，其特征在于可切除部分的合金材料比环的材料软。
8.根据权利要求
1所说的钻具，其特征在于所说钻头体的内表面开有若干槽，用来引导上层钻头的支腿。
9.根据权利要求
1所说的钻具，其特征在于所说的分离机构包括楔体，该楔体能够进入上述的槽和上述的环之间。
10.根据权利要求
1所说的钻具，其特征在于回收机构能够驱动分离机构，并能将上层钻头通过钻头体内部回收上来。
专利摘要
具有多层钻头的岩芯钻探用的钻头，它的结构使得当带有上层刀片的上层钻头磨损时，可以容易地收回上层钻头，然后岩芯钻探的操作继续用重新露出的下层钻头。同样，这种岩芯钻头的结构使得在用上层钻头钻探的时候，可以消除任何上层刀片(安装)位置对于下层钻头刀片的位置的移动。
文档编号E21B10/00GK86107578SQ86107578
公开日1987年10月21日 申请日期1986年9月29日
发明者齐藤诚 申请人:株式会社利根钻机导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan