專利名稱：一種單管取芯鉆具的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及旋轉鉆具，特別是單管取芯鉆具。
背景技術：
目前，單管取芯鉆具被廣泛地用于地質勘探、工程勘察、石油開采、疏水排灌、建筑安裝及工程質檢等行業和部門。它們一般都是由鉆頭、卡簧、擴孔器和巖芯管等部件構成的，卡簧安裝在鉆頭內壁，擴孔器和巖心管內壁均為光滑的園柱面。擴孔器的兩端通過螺紋分別與鉆頭和巖芯管連接。鉆頭鑿切下來的巖芯通過卡簧進入擴孔器和巖芯管；提鉆時，由卡簧夾持巖芯，將巖芯隨鉆具一起從孔中取出。盡管這種結構的單管取芯鉆具在施工中被普遍地采用，但還是有不可忽視的缺點。例如當被鉆巖石完整性好，結構均勻致密，且具有較高的抗壓強度時，鉆具施加的提鉆力不足以拉斷或折斷巖芯，巖芯將留存于孔底，導致鉆孔取芯失敗；在鉆頭內壁沒有限制卡簧的最大開口尺寸的機構，即使巖芯已從根部斷裂，因卡簧夾持巖芯的穩定性差，巖芯脫落事故時有發生，影響了鉆孔工作效率。
現有技術中國專利ZL92108005公開了一種復雜地層用金剛石鉆具，其夾持巖芯的機構為磨光整體式內管或磨光開口鉤頭鋼質卡箍半合管，在巖芯管和擴孔器之間裝有導正機構。唯一新穎的是將通常意義下的卡簧形狀由開口環變成了磨光管或磨光半合管。所說的卡簧結構，延長了有效夾持巖芯的軸向尺寸。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種在鉆進取芯時，能夠自動折斷巖芯，并能防止提鉆時巖芯脫落的單管取芯鉆具。
本實用新型的技術方案是單管取芯鉆具，由鉆頭、卡簧、擴孔器、巖芯管組成，在巖芯管的內壁上，焊有凸起的楔形塊，楔形塊的上端面為扇形面積的一部分，其外壁緊貼巖芯管內壁，形狀與其接觸的巖芯管內壁形狀相同，楔形角尖端指向鉆頭方向，楔形角為0°～30°，楔形塊的徑向厚度沿軸線由零逐漸增大，最大徑向厚度t可為5～50mm，楔形塊橫截面的扇形角α為5°～180°；卡簧置于鉆頭內壁時，卡簧和鉆頭兩相互接觸面為相同的園錐面，卡簧的最大開口尺寸，通過擴孔器外絲螺紋端面對卡簧軸向竄動的止推作用進行限制。
卡簧還可改置于擴孔器內壁。當卡簧置于擴孔器內壁時，卡簧和擴孔器兩相互接觸面為相同的園錐面，巖芯管的外螺紋端面與卡簧的一端面緊密接觸，使卡簧不能向巖芯管的方向軸向移動。
采用薄壁鉆頭進行淺孔抽芯時，上述單管取芯鉆具還可不用擴孔器，由放置卡簧的鉆頭通過螺紋與巖芯管直接連接在一起，卡簧的一端面與巖芯管的端面緊密接觸，使卡簧不能向巖芯管的方向軸向移動。
在一定的范圍內，卡簧的開口量決定了其夾持巖芯的作用力。由于與外絲螺紋端面緊密接觸，從而限制了卡簧朝外絲螺紋方向的軸向竄動，這樣就能保證卡簧的最大開口尺寸保持不變，提鉆時有足夠的夾持力將巖芯隨同鉆具一起從孔中取出。因此，采用該種單管取芯鉆具，提高了鉆孔取芯的成功率，減少了打撈孔底殘留巖芯的工作量，降低了鉆孔取芯的施工成本。
圖1是單管取芯鉆具的主體剖視圖。
圖2是圖1所示楔形塊的俯視圖。
圖中標號1--鉆頭 2--卡簧 3--擴孔器 4--巖芯管5--楔形塊具體實施例
以下結合附圖1和圖2對本實用新型作進一步說明單管取芯鉆具由鉆頭1、卡簧2、擴孔器3、巖芯管4和楔形塊5組成。楔形塊5為鋼制件，焊接在巖芯管4的內壁，楔形塊5的上端面為扇形面積的一部分，扇形角α為80°，最大徑向厚度t可為40mm，楔形角為25°，巖芯管4與擴孔器3螺紋聯接，卡簧2置于鉆頭1內壁，鉆頭1內壁加工成一定角度的園錐面，其園錐角與卡簧2外壁園錐角相同，擴孔器3與鉆頭1螺紋聯接，擴孔器3的外絲螺紋端面頂住了卡簧2的一端面，控制了卡簧2沿擴孔器3的方向軸向竄動位移，從而限制了卡簧2的最大開口尺寸。
在鉆進過程中，當鉆取的巖芯和楔形塊內壁接觸以后，由于楔形斜面產生的非對稱徑向力作用于巖芯，導致巖芯的橫向折斷。楔形塊位置離鉆頭越遠，就能獲取越長的完整巖芯。
權利要求1.一種單管取芯鉆具，由鉆頭、卡簧、擴孔器、巖芯管組成，其特征在于在巖芯管(4)的內壁上，焊有凸起的楔形塊(5)，楔形塊(5)的上端面為扇形面積的一部分，其外壁緊貼巖芯管(4)內壁，形狀與其接觸的巖芯管(4)內壁形狀相同，楔形塊的徑向厚度沿軸線由零逐漸增大，楔形角尖端指向鉆頭方向。
2.根據權利要求1所述的一種單管取芯鉆具結構，其特征在于楔形塊(5)的楔形角為0°～30°，橫截面的扇形角α為5°～180°，最大徑向厚度t可為5～50mm。
3.根據權利要求1所述的一種單管取芯鉆具結構，其特征在于卡簧(2)置于鉆頭(1)內壁，卡簧(2)和鉆頭(1)兩相互接觸面為相同的園錐面，擴孔器(3)的外絲螺紋端面與卡簧(2)緊密接觸，使卡簧不能向擴孔器(3)的方向軸向移動。
4.根據權利要求1所述的一種單管取芯鉆具結構，其特征在于卡簧(2)還可置于擴孔器(3)內壁，卡簧(2)和擴孔器(3)兩相互接觸面為相同的園錐面，巖芯管(4)外絲螺紋端面與卡簧(2)緊密接觸，使卡簧不能向巖芯管(4)的方向軸向移動。
5.根據權利要求1所述的一種單管取芯鉆具結構，其特征在于卡簧(2)置于鉆頭(1)內壁，鉆頭(1)與巖芯管(4)通過螺紋直接連接在一起，巖芯管(4)的外絲螺紋端面與卡簧(2)緊密接觸，使卡簧不能向巖芯管(4)的方向軸向移動。
專利摘要本實用新型公開了一種能夠在鉆進取芯時自動折斷巖芯，并能防止提鉆時巖芯脫落的單管取芯鉆具。它由鉆頭、卡簧、擴孔器、巖芯管和楔形塊組成。鉆進取芯時，楔形塊與巖芯接觸以后，巖芯因受到楔形塊單側橫向力的作用而折斷。使用該種單管取芯鉆具，提高了鉆孔取芯的成功率，減少了打撈孔底殘留巖心的工作量，降低了鉆孔取芯的施工成本。
文檔編號E21B25/10GK2623867SQ0322782
公開日2004年7月7日 申請日期2003年6月6日 優先權日2003年6月6日
發明者劉壽康, 唐紅平, 李明全, 李旺春 申請人:長沙礦冶研究院