本實(shí)用新型涉及鉆探工具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙管單動(dòng)取芯鉆具。

背景技術(shù)：

在地質(zhì)鉆探中，一般多采用單管、雙管取心鉆具對(duì)地層實(shí)施勘探。其中，金剛石雙管單動(dòng)鉆具在取芯時(shí)，其內(nèi)管保護(hù)巖心不受沖洗液的侵蝕，同時(shí)內(nèi)管在鉆進(jìn)時(shí)基本不轉(zhuǎn)動(dòng)，降低了對(duì)巖心被破壞的風(fēng)險(xiǎn)。但是，傳統(tǒng)的雙管單動(dòng)鉆具在實(shí)際工作中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：

傳統(tǒng)的雙管單動(dòng)取芯鉆具在鉆進(jìn)時(shí)，受到軸向壓力和徑向壓力的共同作用下，較粗的變徑接頭產(chǎn)生的彈性震動(dòng)相對(duì)較劇烈，從而使得巖芯外管與變扣接頭相連的絲扣斷裂或喇叭口問(wèn)題。嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)巖心外管脫落的問(wèn)題，導(dǎo)致巖心外管的使用壽命短。

其次，傳統(tǒng)的雙管單動(dòng)取芯器容易出現(xiàn)外管與內(nèi)管的沖洗液通道受阻，擾動(dòng)嚴(yán)重，鉆屑上返不暢，鉆屑的重復(fù)研磨會(huì)加劇鉆頭的磨損，加上壓力和共振的因素，鉆頭絲扣很容易變形。進(jìn)而導(dǎo)致鉆頭拆卸困難，隨鉆具起下回次的增加，鉆頭的磨損也隨之增加，當(dāng)達(dá)到一定程度，鉆頭剛體就會(huì)發(fā)生變形或出現(xiàn)鉆頭唇部裂縫，導(dǎo)致鉆頭報(bào)廢。

再次，傳統(tǒng)雙管單動(dòng)取芯器巖芯內(nèi)管的下部通過(guò)過(guò)渡配合聯(lián)接有短接管，下鉆或鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆具出現(xiàn)振動(dòng)，很容易使內(nèi)管與短接管松脫。同理，卡簧座與短接管的過(guò)渡配合也會(huì)出現(xiàn)這樣的情況。在鉆進(jìn)中無(wú)論是短接管松動(dòng)還是卡簧座松脫，都必然使卡簧座掉落在鉆頭的內(nèi)，導(dǎo)致泵壓升高而無(wú)法鉆進(jìn)。

綜上所述，在地質(zhì)勘探領(lǐng)域，如何設(shè)計(jì)一種改良型雙管單動(dòng)取芯鉆具，用以提高取芯的穩(wěn)定性以及鉆具自身的使用壽命，就成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于，在地質(zhì)勘探過(guò)程中，提供一種改良型雙管單動(dòng)取芯鉆具，用以提高鉆具自身的使用壽命，且獲得更加完整和穩(wěn)定的巖心。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下方案：提出一種雙管單動(dòng)取芯鉆具，包括外巖心管和內(nèi)巖心管，內(nèi)巖心管被置于外巖心管的空腔內(nèi)，內(nèi)巖心管的外壁與外巖心管的內(nèi)壁之間具有環(huán)狀間隙；

所述外巖心管的首端通過(guò)螺紋連接有變扣接頭，變扣接頭的尾端設(shè)置有卡槽，卡槽內(nèi)安裝有滾珠軸承，滾珠軸承的外圈與卡槽的側(cè)壁為過(guò)盈配合聯(lián)接，外巖心管的尾端通過(guò)螺紋連接有外鉆頭，外巖心管的軸線(xiàn)與鉆具的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合；

所述內(nèi)巖心管具有卡頭，卡頭位于內(nèi)巖心管的首端，卡頭的外壁與滾珠軸承的內(nèi)圈為過(guò)盈配合聯(lián)接，靠近內(nèi)巖心管的首端的管壁上設(shè)置有泄流孔，內(nèi)巖心管的尾端通過(guò)螺紋連接有內(nèi)鉆頭，內(nèi)巖心管的軸線(xiàn)與外巖心管的軸線(xiàn)重合；

所述內(nèi)鉆頭的尾端伸出外巖心管，且位于外鉆頭的腔體內(nèi)。

作為優(yōu)選，變扣接頭的尾端的外壁上設(shè)置有第一外螺紋，外巖心管的首端的內(nèi)壁上設(shè)置有與第一外螺紋旋合的第一內(nèi)螺紋，變扣接頭的首端設(shè)置有連接鉆桿的連接螺紋，便于取芯鉆具與鉆桿安裝和拆卸。

作為優(yōu)選，外鉆頭的首端的外壁上設(shè)置有第二外螺紋，第二外螺紋的尾端設(shè)置有外鉆頭定位臺(tái)階，外巖心管的尾端的內(nèi)壁上設(shè)置有第二內(nèi)螺紋。外鉆頭定位臺(tái)階能夠?qū)Φ诙饴菁y與第二內(nèi)螺紋旋合的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，保證了外鉆頭與外巖心管之間的連接強(qiáng)度。

作為優(yōu)選，內(nèi)鉆頭的首端的外壁上設(shè)置有第三外螺紋，內(nèi)巖心管的尾端的內(nèi)壁上設(shè)置有第三內(nèi)螺紋，第三外螺紋的尾端設(shè)置有內(nèi)鉆頭定位臺(tái)階。內(nèi)鉆頭定位臺(tái)階能夠作為第三外螺紋與第三內(nèi)螺紋旋合的長(zhǎng)度的定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)內(nèi)鉆頭在外鉆頭的腔體內(nèi)的位置，用以適應(yīng)在不同土層中取芯，提高取芯的穩(wěn)定性。

作為優(yōu)選，外鉆頭的尾端套接有泄流環(huán)，泄流環(huán)呈管狀，泄流環(huán)的內(nèi)部具有齒狀凸起，鉆井液在經(jīng)過(guò)泄流環(huán)到達(dá)外鉆頭的尾端對(duì)其實(shí)施冷卻，并攜帶巖屑返回井口。如此設(shè)置，有利于降低了內(nèi)巖心管與外巖心管對(duì)公差的要求，進(jìn)而降低加工精度，便于生產(chǎn)和制造。

作為優(yōu)選，外巖心管的中部的外壁上安裝有外管扶正器，用于穩(wěn)定井下鉆具的鉆進(jìn)方向，防止井斜變化，減輕了鉆具在井眼內(nèi)徑向和軸向的振動(dòng)，避免了取芯鉆具發(fā)生偏磨的情況，進(jìn)而保證可取芯質(zhì)量。

作為優(yōu)選，外鉆頭的尾端具有金剛石復(fù)合片，金剛石復(fù)合片在外鉆頭的端部均勻排布，金剛石復(fù)合片的耐磨性能突出，在端部形成的水口大，便于鉆井液對(duì)其實(shí)施冷卻，能夠保證連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的工作，有利于進(jìn)一步提高取芯過(guò)程中的鉆進(jìn)效率。

作為優(yōu)選，金剛石復(fù)合片的表面鍍覆有電鍍層，電鍍層有助于提升取芯鉆具在針對(duì)堅(jiān)硬的巖石地層時(shí)鉆頭的破巖能力，進(jìn)一步提高鉆進(jìn)和取芯的效率。

本實(shí)用新型提供的雙管單動(dòng)取芯鉆具與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步：

1、該雙管單動(dòng)取芯鉆具將內(nèi)巖心管通過(guò)滾珠軸承聯(lián)接在外巖心管的空腔內(nèi)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)取芯工具的零部件數(shù)量，降低了安裝維護(hù)難度，利用滾珠軸承的外圈與卡槽的側(cè)壁為過(guò)盈配合聯(lián)接，卡頭的外壁與滾珠軸承的內(nèi)圈為過(guò)盈配合聯(lián)接，使得內(nèi)巖心管不易松脫，保證了連接強(qiáng)度，提高了取芯鉆具的耐用度；

2、該雙管單動(dòng)取芯鉆具在靠近內(nèi)巖心管的首端的管壁上設(shè)置有泄流孔，使得鉆進(jìn)時(shí)鉆井液從泄流孔排出從內(nèi)巖心管與外外巖心管的環(huán)狀間隙排出到鉆頭部，有效提升了返屑能力，延長(zhǎng)了鉆頭的使用壽命。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中雙管單動(dòng)取芯鉆具的半剖視圖；

圖2是泄流環(huán)8的示意圖。

附圖標(biāo)記：變扣接頭1、外巖心管2、內(nèi)巖心管3、泄流孔4、外管扶正器5、內(nèi)鉆頭6、外鉆頭7、泄流環(huán)8、滾珠軸承9。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

如圖1-2所示的一種雙管單動(dòng)取芯鉆具，在傳統(tǒng)的雙管單動(dòng)取芯鉆具的基礎(chǔ)上，將內(nèi)巖心管通過(guò)滾珠軸承聯(lián)接在外巖心管的空腔內(nèi)，簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)取芯工具的零部件數(shù)量，降低了安裝維護(hù)難度。這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)能夠降低鉆具在鉆進(jìn)時(shí)，因軸向力和徑向力產(chǎn)生的振動(dòng)，使得內(nèi)巖心管不易松脫，有效保證了連接強(qiáng)度，提高了取芯鉆具的耐用度。

如圖1所示，一種雙管單動(dòng)取芯鉆具，包括外巖心管2和內(nèi)巖心管3。內(nèi)巖心管3被置于外巖心管2的空腔內(nèi)。內(nèi)巖心管3的外壁與外巖心管2的內(nèi)壁之間具有環(huán)狀間隙。外巖心管2和內(nèi)巖心管3均可選用45鋼、dz40、dz50和dz60等材質(zhì)的地質(zhì)管加工而成。外巖心管2和內(nèi)巖心管3的外徑可根據(jù)實(shí)際鉆探井眼的井徑選用不同的尺寸型號(hào)，例如73mm、89mm、108mm、127mm、146mm和168mm等。

外巖心管2的首端通過(guò)螺紋連接有變扣接頭1。變扣接頭1的尾端設(shè)置有卡槽?？ú蹆?nèi)安裝有滾珠軸承9。滾珠軸承9的外圈與卡槽的側(cè)壁為過(guò)盈配合聯(lián)接。卡槽的底部對(duì)滾珠軸承9的端面形成軸向定位。外巖心管2的尾端通過(guò)螺紋連接有外鉆頭7。外巖心管2的軸線(xiàn)與鉆具的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合。

內(nèi)巖心管3具有卡頭?？^位于內(nèi)巖心管3的首端，卡頭的外壁與滾珠軸承9的內(nèi)圈為過(guò)盈配合聯(lián)接?？^的尾端設(shè)置有軸承定位臺(tái)階，便于卡頭的軸向定位。靠近內(nèi)巖心管3的首端的管壁上設(shè)置有泄流孔4。設(shè)置泄流孔4是為了避免大量的鉆井液進(jìn)入內(nèi)巖心管3的內(nèi)部，對(duì)采集的巖心形成侵蝕。內(nèi)巖心管3的尾端通過(guò)螺紋連接有內(nèi)鉆頭6。內(nèi)巖心管3的軸線(xiàn)與外巖心管2的軸線(xiàn)重合。內(nèi)鉆頭6的尾端伸出外巖心管2，且位于外鉆頭7的腔體內(nèi)。

滾珠軸承的外圈與卡槽的側(cè)壁采用過(guò)盈配合聯(lián)接，以及卡頭的外壁與滾珠軸承的內(nèi)圈也采用過(guò)盈配合聯(lián)接。如此設(shè)置，使得內(nèi)巖心管不易松脫，保證了連接強(qiáng)度，提高了取芯鉆具的使用壽命。其中，滾珠軸承可選用深溝球推力軸承。

變扣接頭1的尾端的外壁上設(shè)置有第一外螺紋。外巖心管2的首端的內(nèi)壁上設(shè)置有與第一外螺紋旋合的第一內(nèi)螺紋。變扣接頭1的首端設(shè)置有連接鉆桿的連接螺紋，便于取芯鉆具與鉆桿安裝和拆卸。

外鉆頭7的首端的外壁上設(shè)置有第二外螺紋，第二外螺紋的尾端設(shè)置有外鉆頭定位臺(tái)階。外巖心管2的尾端的內(nèi)壁上設(shè)置有第二內(nèi)螺紋。外鉆頭定位臺(tái)階能夠?qū)Φ诙饴菁y與第二內(nèi)螺紋旋合的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，保證了外鉆頭7與外巖心管2之間的連接強(qiáng)度。

外鉆頭定位臺(tái)階與外巖心管的尾端之間還可以設(shè)置有調(diào)節(jié)環(huán)。根據(jù)實(shí)際情況，選用不同長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)環(huán)，能夠快速精準(zhǔn)調(diào)節(jié)第二外螺紋與第二內(nèi)螺紋的旋合長(zhǎng)度，用以調(diào)節(jié)外鉆頭在鉆具的軸向位置。

內(nèi)鉆頭6的首端的外壁上設(shè)置有第三外螺紋。內(nèi)巖心管3的尾端的內(nèi)壁上設(shè)置有第三內(nèi)螺紋。第三外螺紋的尾端設(shè)置有內(nèi)鉆頭定位臺(tái)階。內(nèi)鉆頭定位臺(tái)階能夠作為第三外螺紋與第三內(nèi)螺紋旋合的長(zhǎng)度的定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)內(nèi)鉆頭在外鉆頭的腔體內(nèi)的位置，用以適應(yīng)在不同土層中取芯，提高取芯的穩(wěn)定性。

外鉆頭7的尾端套接有泄流環(huán)8。如圖2所示，泄流環(huán)8呈管狀。泄流環(huán)8的內(nèi)部具有齒狀凸起。鉆井液在經(jīng)過(guò)泄流環(huán)到達(dá)外鉆頭的尾端對(duì)其實(shí)施冷卻，并攜帶巖屑返回井口。如此設(shè)置，有利于降低了內(nèi)巖心管3與外巖心管2對(duì)公差的要求，進(jìn)而降低加工精度，便于生產(chǎn)和制造。

如圖1所示，外巖心管2的中部的外壁上安裝有外管扶正器5，用于穩(wěn)定井下鉆具的鉆進(jìn)方向，防止井斜變化，減輕了鉆具在井眼內(nèi)徑向和軸向的振動(dòng)，避免了取芯鉆具發(fā)生偏磨的情況，進(jìn)而保證可取芯質(zhì)量。

外鉆頭7的尾端具有金剛石復(fù)合片。金剛石復(fù)合片在外鉆頭的端部均勻排布。金剛石復(fù)合片的耐磨性能突出，在端部形成的水口大，便于鉆井液對(duì)其實(shí)施冷卻，能夠保證連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的工作，有利于進(jìn)一步提高取芯過(guò)程中的鉆進(jìn)效率。

其中，金剛石復(fù)合片的表面鍍覆有電鍍層，電鍍層有助于提升取芯鉆具在針對(duì)堅(jiān)硬的巖石地層時(shí)鉆頭的破巖能力，進(jìn)一步提高鉆進(jìn)和取芯的效率。

本實(shí)施例中的雙管單動(dòng)取芯鉆具使用時(shí)，在井口分別組裝內(nèi)巖心管和外巖心管。內(nèi)巖心管卡入滾珠軸承的內(nèi)圈。外巖心管通過(guò)螺紋與變扣接頭連接，變扣接頭的首端通過(guò)連接螺紋接鉆桿。為內(nèi)巖心管、外巖心管分別安裝內(nèi)鉆頭、外鉆頭。鉆機(jī)將鉆具下鉆到合適位置后，開(kāi)泵啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)鉆具旋轉(zhuǎn)。當(dāng)外鉆頭開(kāi)始吃入地層，內(nèi)巖心管不動(dòng)，能夠有效避免鉆具振動(dòng)、擺動(dòng)和摩擦對(duì)巖礦心的破壞。

鉆井液到達(dá)變扣接頭后通過(guò)內(nèi)巖心管的泄流孔進(jìn)入內(nèi)巖心管與外巖心管的環(huán)裝間隙內(nèi)，再通過(guò)泄流環(huán)到達(dá)外鉆頭。鉆井液冷卻鉆頭后，帶動(dòng)巖屑返出井口。當(dāng)鉆取了合適長(zhǎng)度巖芯后，在井口投入鋼球。鋼球到達(dá)內(nèi)管卡頭封死水眼后，開(kāi)始提鉆。起出鉆具后拆卸外巖心管、內(nèi)巖心管，取出巖芯，完成勘探取芯操作。

本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施例所述的具體技術(shù)方案，除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等形成的技術(shù)方案，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.一種雙管單動(dòng)取芯鉆具，其特征在于，包括外巖心管和內(nèi)巖心管，所述內(nèi)巖心管被置于外巖心管的空腔內(nèi)，所述內(nèi)巖心管的外壁與外巖心管的內(nèi)壁之間具有環(huán)狀間隙；

所述外巖心管的首端通過(guò)螺紋連接有變扣接頭，所述變扣接頭的尾端設(shè)置有卡槽，所述卡槽內(nèi)安裝有滾珠軸承，所述滾珠軸承的外圈與卡槽的側(cè)壁為過(guò)盈配合聯(lián)接，所述外巖心管的尾端通過(guò)螺紋連接有外鉆頭，所述外巖心管的軸線(xiàn)與鉆具的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)重合；

所述內(nèi)巖心管具有卡頭，所述卡頭位于內(nèi)巖心管的首端，所述卡頭的外壁與滾珠軸承的內(nèi)圈為過(guò)盈配合聯(lián)接，靠近內(nèi)巖心管的首端的管壁上設(shè)置有泄流孔，所述內(nèi)巖心管的尾端通過(guò)螺紋連接有內(nèi)鉆頭，所述內(nèi)巖心管的軸線(xiàn)與外巖心管的軸線(xiàn)重合；

所述內(nèi)鉆頭的尾端伸出外巖心管，且位于外鉆頭的腔體內(nèi)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙管單動(dòng)取芯鉆具，其特征在于，所述變扣接頭的尾端的外壁上設(shè)置有第一外螺紋，所述外巖心管的首端的內(nèi)壁上設(shè)置有與第一外螺紋旋合的第一內(nèi)螺紋，所述變扣接頭的首端設(shè)置有連接鉆桿的連接螺紋。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙管單動(dòng)取芯鉆具，其特征在于，所述外鉆頭的首端的外壁上設(shè)置有第二外螺紋，所述第二外螺紋的尾端設(shè)置有外鉆頭定位臺(tái)階，所述外巖心管的尾端的內(nèi)壁上設(shè)置有第二內(nèi)螺紋。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙管單動(dòng)取芯鉆具，其特征在于，所述內(nèi)鉆頭的首端的外壁上設(shè)置有第三外螺紋，所述內(nèi)巖心管的尾端的內(nèi)壁上設(shè)置有第三內(nèi)螺紋，所述第三外螺紋的尾端設(shè)置有內(nèi)鉆頭定位臺(tái)階。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙管單動(dòng)取芯鉆具，其特征在于，所述外鉆頭的尾端套接有泄流環(huán)，泄流環(huán)呈管狀，泄流環(huán)的內(nèi)部具有齒狀凸起。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙管單動(dòng)取芯鉆具，其特征在于，所述外巖心管的中部的外壁上安裝有外管扶正器。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙管單動(dòng)取芯鉆具，其特征在于，所述外鉆頭的尾端具有金剛石復(fù)合片，所述金剛石復(fù)合片在外鉆頭的端部均勻排布。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙管單動(dòng)取芯鉆具，其特征在于，所述金剛石復(fù)合片的表面鍍覆有電鍍層。

技術(shù)總結(jié)

本實(shí)用新型涉及鉆探工具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙管單動(dòng)取芯鉆具。該取芯鉆具包括外巖心管和內(nèi)巖心管。內(nèi)巖心管被置于外巖心管的空腔內(nèi)，內(nèi)巖心管的外壁與外巖心管的內(nèi)壁之間具有環(huán)狀間隙。外巖心管的首端通過(guò)螺紋連接有變扣接頭。變扣接頭的尾端的卡槽內(nèi)安裝有滾珠軸承。滾珠軸承的外圈與卡槽的側(cè)壁為過(guò)盈配合聯(lián)接。內(nèi)巖心管首端的卡頭與滾珠軸承的內(nèi)圈為過(guò)盈配合聯(lián)接。靠近內(nèi)巖心管的首端的管壁上設(shè)置有泄流孔。內(nèi)巖心管的尾端通過(guò)螺紋連接有內(nèi)鉆頭。外巖心管的軸線(xiàn)、內(nèi)巖心管的軸線(xiàn)和鉆具的旋轉(zhuǎn)軸線(xiàn)三線(xiàn)重合。本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，提高了鉆具自身的使用壽命，且能夠獲得更加完整和穩(wěn)定的巖心。

技術(shù)研發(fā)人員：宋延超;高國(guó)運(yùn);陳峰;楊震;袁澤

受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇煤炭地質(zhì)勘探三隊(duì)

技術(shù)研發(fā)日：2021.01.19

技術(shù)公布日：2021.08.31