专利名称：可控分流式取心钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型属于钻具，涉及对分流式反循环钻具的改进，即一种可控分流式取心钻具。
公知的分流式反循环钻具，如FF－1型分流式双管单动局部反循环钻具在一定程度上虽能满足取心的要求，但它是通过防磨箍调节环状间隙的大小及更换吊轴三通螺母来控制内管上返冲洗液流量的大小。这种控制方式不可靠，往往会造成内管上返水量过大的情况。由于冲洗液的上返路线和流量不能根据复杂地层的不同岩性特点进行调节，致使取心数量不易达到要求，甚至出现空管现象，而且取心质量难于保证，矿体品位遭人为贫化或富集。
本实用新型目的是设计一种能根据复杂地层不同岩性特点调节冲洗液上返路线和流量的可控分流式取心钻具。
实现上述目的的方案是冲洗液经高压胶管、钻杆流入钻具的分流接手、内管、外管、扩孔器和短节的环隙后，在设置的分流器作用下，以射流形式射出环形孔底，切割软岩，冷却钻头，清除岩粉，然后上返，根据岩层的不同岩性选择不同的分流器，控制并调节内管上返冲洗液流量(流速)的大小。对水敏性地层，即怕水冲蚀的岩矿心供给较小或很小的水量；对非水敏性地层，即不怕水冲蚀的岩矿心供给较大或最大的水量，从而达到防冲蚀、防堵心，提高岩矿心采取率和完整度的目的。具体说，可控分流式取心钻具由异径接手、扶正器、分流接手、空心吊轴、推力轴承、内管接头、内管、外管、短节、扩孔器、卡簧座、卡簧和钻头组成，钻头是隔水分流底喷式钻头，卡簧座是隔水卡簧座，卡簧是卡瓦式卡簧，钻头和卡簧座相配合构成分流器；在内管上部设一罩状圆锥台形滤心器，在空心吊轴的下端设一笼状圆锥形分析器，分析器的锥顶伸入滤心器的锥底内，分析器和滤心器组成岩心(样)阻留机构；在分流接手与异径接手和空心吊轴之间分别设有上、下球阀和圆柱弹簧，上、下球阀在圆柱弹簧的作用下分别与异径接手底部和空心吊轴顶部所设的阀座相吻合，上、下球阀、圆柱弹簧和阀座组成水路止逆机构。
现结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述
图1为可控分流式取心钻具的示意图；图2是
图1的放大图；图 是隔水分流底喷式钻头纵向剖面示意图；图 是隔水分流底喷式钻头A视图。
如
图1所示，可控分流式取心钻具由异径接手1、扶正器2、分流接手5、揹帽6、空心吊轴7、上垫8、蝶形弹簧9和15、轴承壳体10、内管接头11、″O″型密封圈12和12′、推力轴承13和13′、下垫14、内管19、外管20、短节23、扩孔器24、卡簧座25、卡簧26和钻头27组成。钻头27采用隔水分流底喷式钻头，卡簧座25是隔水卡簧座，隔水分流底喷式钻头27和隔水卡簧座25相配合构成分流器。分流器连同分流接手5、内管19、外管20及扩孔器24组成正反循环机构，其作用是将冲洗液分为正、反两条上返路线，并控制调节内管19上返冲洗液的流量大小。
隔水分流底喷式钻头27的水路设计依据如下首先，根据钻进岩层所需冲洗液流量确定内管19和外管20的分流量，即Q＝Qo＋Qi式中，Q为钻进所需冲洗液流量(升／分)；Qo为正循环流量(升／分)；Qi为内管19返流量(升／分)。其中Qi＝KQ，K为岩性经验分流系数，K＝0.01～0.90。对易冲蚀的松散软岩，取K＝0.01～0.15；对硬、软、碎、泥、酥的岩层，取K＝0.15～0.25；对不怕水冲蚀的较完整岩层，取K＝0.4～0.90。
其次，根据分流量，确定钻头27内外分流的过水断面面积，即Qλ／Qo＝K／1－K＝Si／So式中，Si和So分别为钻头27内、外上返流量的过水断面面积(厘米2)。
最后，根据总的内、外过水断面面积确定钻头27的内水口、内水槽和外水口、外水眼、外水槽的个数，即Si＝Sg·ni，So＝Sy·no式中，Sg、Sy分别为钻头27内、外排水眼的断面面积(厘米2)，ni、no分别为内水槽、内水口和外水口、外水眼及外水槽的个数。
由上可知，可以根据地层的岩性不同，选择不同的分流系数K，确定钻头27的内、外分流的过水断面面积，进而确定钻头27的内水槽、内水口和外水口、外水眼及外水槽的个数。由此，可将钻头27设计成有内水槽、内水口且有外水槽、外水眼、外水口的；也可以设计成只有内水槽和外水槽的；还可以设计成只有外水眼、外水口和外水槽的。如图4和图5所示，本实施例中钻头27设有至少一个内水口31和内水槽32。并设有至少一个外水口28、外水槽29，而且内水口31与外水口28是不相通的。外水口28底部可以设有外水眼30，也可以不设外水眼30。当设外水眼30时，外水眼30的中心线可以是垂直的，也可以向外倾斜，使它与钻头27的轴线有一1～3°的夹角，目的是使冲洗液呈放射状地喷出钻头，避免冲刷岩矿心。钻头27的唇面为半圆形，也可以呈平底状的。钻头27可以加工成金刚石孕镶或表镶钻头，亦可以加工成硬质合金钻头。钻头27的高度为120毫米，内径为35毫米，外径为56.5毫米。
可控分流式取心钻具的内管19的上部设有一个罩状圆锥台形的滤心器18，在空心吊轴7的下端设有一个笼状圆锥形分析器16，分析器16的锥顶伸入滤心器18的锥底内。滤心器18由金属制成，其圆锥台顶面设有过滤孔，圆锥台的锥壁设有纵向过滤槽。滤心器18焊接在短管19′下端的内壁上，短管19′两端分别与内管19和内管接头11螺纹连接。分析器16由一环状金属圆柱和笼状锥形金属条焊接而成，它通过环状圆柱的内螺纹与空心吊轴7连接。分析器16和滤心器18组成岩心(样)阻留机构，其作用在于防止上返冲洗液将粒状岩矿心冲跑，提高采心率，并预防分流接手5被堵塞。
在分流接手5与异径接手1和空心吊轴7之间分别设有上、下球阀3和3′及圆柱弹簧4和4′，球阀3和3′分别在圆柱弹簧4和4′作用下与异径接手1底部和空心吊轴7顶部的阀座21和22相吻合。球阀3和3′、圆柱弹簧4和4′、阀座21和22组成水路止逆机构。其作用一方面可防止因下钻过快产生的激动压力使孔内杂物上浮而造成内、外管19、20环隙堵塞；另一方面又可防止起钻时水柱压脱岩矿心。
卡簧26采用卡瓦式卡簧，使岩矿心顺向摩擦阻力小，逆向摩擦阻力大，容易进心，不易脱心。
本实用新型因其内管上返冲洗液流量(流速)可控、可调，因此适于各种复杂地层的岩性特点钻探取心，而且岩矿心采取率高、原状结构好，如能取出″香肠状″的岩矿心，不易掺杂，不易脱落，钻进回次进尺长。具有结构简单，使用方便，性能稳定可靠等优点。可广泛适用于地质钻探或工程勘察，特别适合于金矿复杂地层的取心钻探。经试用表明，它与普通分流式反循环钻具相比，岩矿心采取率由原来的40～60％提高到91～93％，使岩矿心金品位提高700～1000％。
权利要求1.一种可控分流式取心钻具由异径接手1、扶正器2、分流接手5、空心吊轴7、推力轴承13和13′，内管接头11、内管19、外管20、短节23、扩孔器24、卡簧座25、卡簧26和钻头27组成，其特征在于所说钻头27是隔水分流底喷式钻头，卡簧座25是隔水卡簧座，隔水分流底喷式钻头27和隔水卡簧座25相配合构成分流器，在内管19的上部设一罩状圆锥台形的滤心器18，在空心吊轴7的下端设一笼状圆锥形分析器16，分析器16的锥顶伸入滤心器18的锥底内，分析器16和滤心器18组成岩心(样)阻留机构，在分流接手5与异径接手1和空心吊轴7之间分别设有上、下球阀3和3′及圆柱弹簧4和4′，上、下球阀3和3′在圆柱弹簧4和4′的作用下分别与异径接手1底部和空心吊轴7顶部的阀座21和22相吻合，球阀3和3′、圆柱弹簧4和4′，阀座21和22组成水路止逆机构，卡簧26是卡瓦式卡簧。
2.根据权利要求1所述的可控分流式取心钻具，其特征在于所说的隔水分流底喷式钻头27设有至少一个内水口31，内水槽32、外水口28、外水槽29，并且内水口31与外水口28不相通。
3.根据权利要求2所述的可控分流式取心钻具，其特征在于所述的隔水分流底喷式钻头27的外水口28底部设有外水眼30。
专利摘要本实用新型公开了一种可控分流式取心钻具。它是在普通分流式反循环钻具上增设分流器、岩心阻留机构和水路止逆机构，采用隔水分流底喷式钻头。能根据岩性特点选择不同分流器来调节内管上返冲洗液流量大小，岩心采取率高，原状结构好，不易掺杂，不易脱落，钻进回次进尺长。可用于地质钻探或工程勘察，特别适合于金矿复杂地层的取心。与普通分流式反循环钻具相比，能使金品位提高700-1000％。
文档编号E21B25/00GK2061201SQ89220229
公开日1990年8月29日 申请日期1989年11月30日 优先权日1989年11月30日
发明者艾清源 申请人:核工业中南地质勘探局308大队