空气潜孔锤单动双管取心跟管钻具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及的是一种空气潜孔锤单动双管取心跟管钻具，是一种用于适用松散砂卵砾石和断裂破碎等复杂地层工程地质勘察和地质矿产勘探等相关领域的空气潜孔锤单动双管取心跟管钻具。
技术背景
[0002]松散砂卵砾石和断裂破碎等复杂地层取芯(或取样)钻进，一直是钻探领域难题，其特征是钻孔易坍塌、取样率低，钻进效率低。通过研宄和实践探索，钻探技术有了很大地进步，护壁效果、取心质量和岩心采取率有了明显提高，但对于松散砂卵砾石和断裂破碎等复杂地层但地层坍塌问题仍影响钻进效率，取心质量仍不能满足要求，直接影响地层和矿层的准确评价，甚至导致钻孔报废。如中国发明专利申请号02135935.0中公开的天然气水合物深水浅孔保压保温取心钻具，仍有裸露孔段，会发生坍塌；如中国发明专利申请号200410080343.X中公开的三合一组合式取心钻具和中国实用新型专利89220229.7中公开的可控分流式取心钻具，由于采用液态冲洗液，容易线发滑波活动；还有一些其它先进的潜孔锤跟管钻具，破岩效果好，钻进效率高，但不具备取心功能。具有冲击回转方式破碎岩石，钻进效率高，并有随钻同步跟管护壁效果的中国发明专利申请号200510021979.1空气潜孔锤取心跟管钻具，采用的是双动双管结构的取心钻具，阻碍着岩心质量和采取率的提高，套管钻头和取心钻头连接的通孔直径小，取心钻头和套管钻头的凹凸台配合间隙小，取心钻头穿出套管钻头不方便影响钻进效率。因此当务之急研制适合松散砂卵砾石等复杂地层的空气潜孔锤取芯跟管钻具，达到取心质量好，钻进效率高，钻孔不垮塌且不会诱发滑坡活动。
【发明内容】
[0003]本实用新型目的是针对上述不足之处提供一种空气潜孔锤单动双管取心跟管钻具，是一种用于松散砂卵砾石和断裂破碎带、水敏性、漏失等复杂地层地质钻探的空气潜孔锤取心跟管钻具，该钻具能够以空气冲击回转方式破碎岩，随钻同步跟进套管护壁，同时能取心并提高岩心采取质量，实现空气潜孔锤取心跟管钻进，其钻孔不垮塌且不会诱发滑坡活动，采集岩心质量好、钻进效率高。
[0004]本实用新型空气潜孔锤单动双管取心跟管钻具是采取以下技术方案实现:
[0005]空气潜孔锤单动双管取心跟管钻具由中心取心钻具和跟管钻具组成。中心取心钻具为单动双管取心钻具，由单动减振机构、内管调节机构、含卡心装置的取心机构组成；
[0006]本实用新型单动减振机构主要是实现单动减振的作用，单动减振机构包括冲击接头、碟形弹簧、轴承座、连接轴、推力球轴承和向心球轴承。外管通过丝扣与冲击接头连接，内管与岩心管接头连接，岩心管接头与连接轴连接，连接轴通过推力球轴承和向心球轴承与冲击接头连接，实现冲击接头带动外管和取心钻头转动，连接轴和岩心管接头及内管不转动；在冲击接头下端与推力球轴承、向心球轴承及连接轴之间设置一组碟形弹簧，起到减振作用。
[0007]本实用新型内管调节机构主要是调节内管下端套接卡心装置的爪簧座与取心钻头之间的间隙。包括连接轴、岩心管接头、内管、螺母。螺母与连接轴通过螺纹连接，连接轴与岩心管接头通过螺纹连接，岩心管接头与内管通过螺纹连接；连接轴通过拧动旋转螺母控制岩心管接头与连接轴螺纹连接长度调节卡心装置的爪簧座与取心钻头之间的间隙，确保爪簧座与取心钻头之间的间隙适合。
[0008]本实用新型含卡心装置的取心机构包括外管、内管(根据需要可在其内部加半合管)、连接轴、岩心管接头、取心钻头、滚针、爪簧座和爪簧。爪簧座和爪簧组成卡心装置，爪簧座内有斜度面和爪簧外有斜度面配合并可相互滑移；爪簧座上端与内管下端光轴部分套接并可滑移；爪簧座与取芯钻头之间设有滚针，起到减阻与导正作用，爪簧具有倒刺状弹性抓手，钻进时，卡心装置向上滑移，岩心经取心钻头和爪簧进入内管，钻头内径比内管和爪簧内径小，岩心可自由进入；提钻时，卡心装置向下滑移，弹性抓手收缩卡取和挡取岩心，岩心不会脱落，提高取心质量。取心钻具外管选用厚壁合金管，经热处理后硬度在HRC32?36，确保冲击功的传递。外管与取芯钻头、外管与冲击接头连接螺纹采用波形螺纹，该螺纹作用应力分散，连接可靠，装卸比较方便，使用寿命长。
[0009]本实用新型跟管钻具由套管、套管接头、套管靴、弹性卡环、套管钻头组成，为同心扩孔跟管钻具，套管通过套管接头与套管靴丝扣连接，套管钻头与套管靴的连接采用弹性卡环，弹性卡环为开口圆环，经实验传力效果好，未出现损坏现象；套管钻头与套管靴采用弹性卡环连接形成可绕套管的轴心线转动的悬挂结构，套管钻头可绕套管靴转动，卡环传递套管轴向力，其中套管钻头可回转，套管、套管接头、套管靴等不转动；弹性卡环壁厚等于套管靴环形槽深度，弹性卡环内径等于套管钻头环形槽小径，套管钻头环形槽深度小于弹性卡环壁厚，装配时先将弹性卡环装入套管靴内，然后将套管钻头压进去，装好后套管钻头与套管靴能自由转动；套管钻头通过弹性卡环带动套管靴套管同步跟进。
[0010]中心取心钻具和跟管钻具通过压力传递和传扭机构实现压力和扭矩达到钻头破碎岩石并同步跟进；钻具的气流通道系由高压通道回路和低压通道回路组成。
[0011]本实用新型在套管钻头、取心钻头设计中，取心钻头超出套管钻头向外伸，套管钻头底端高于取心钻头为90mm。取心钻头底端镶焊三组球柱状合金25，外圈6个球柱状合金，中圈2个球柱状合金，内圈I个球柱状合金；套管钻头镶焊有三层球柱状合金，外圈9个球柱状合金，中圈6个球柱状合金，内圈3个球柱状合金。取心钻头采取超前(套管钻头和高压出气孔)式结构，其破碎(岩石)唇面超前高压出气孔L可使得高压空气从高压出气孔L直接排除，在保证充分冲刷岩肩净化孔底和冷却钻头的前提下，消除了高压空气直接冲刷钻头唇面影响岩心采取质量的不利因素。扩孔孔径一般要比套管外径大1mm以上，以减少孔壁对套管11的摩擦阻力。钻头最小断面尺寸不能小于6_，保证传力机构的联接强度，在大冲击功下，钻头不会变形或碎裂。钻头材料选择有45CrNiMoVA、XG25、42CrMo等，经整体淬火回火后，硬度在HRC40?44左右，保证强度、韧性。又能保证固齿质量。钻头一般采用过盈冷压或热压固齿工艺，保证钢体能有效地固住硬质合金，并使边齿镶入后钻头有一定的外出刃，同时为了减少合金剪切力，照常规取边齿倾角为35°。钻头硬质合金选用YG8c或YJ2H半球齿，保证较高的硬度和较好的抗冲击韧性。镶齿前，根据过盈量磨削合金。
[0012]本实用新型压力传递和传扭机构包括取心钻头和套管钻头。主要是实现压力和扭矩达到钻头破碎岩石同步跟进。钻具工作时，压力和扭矩经冲击接头、外管传递到取心钻头及套管钻头，实现钻头同步破岩钻进；取心钻头和套管钻头分别有压力传递台阶，压力是通过取心钻头和套管钻头压力传递台阶接触传递；传扭机构中，套管钻头内设计有三个凸台，取心钻头设计有三个排粉槽，外圆周向上有三个不通透槽，其宽度略大于三个凸台的宽度，钻具回转后三个凸台进入三个不通透槽内，使套管钻头和取心钻头侧面接触结合到一体，传递扭矩共同回转。反转后，凸台转出不通透槽，位于排粉槽中，提拉内钻具时取心钻头从套管钻头中拉出