專利名稱：可控分流式取心鉆具的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于鉆具，涉及對分流式反循環鉆具的改進，即一種可控分流式取心鉆具。
公知的分流式反循環鉆具，如FF－1型分流式雙管單動局部反循環鉆具在一定程度上雖能滿足取心的要求，但它是通過防磨箍調節環狀間隙的大小及更換吊軸三通螺母來控制內管上返沖洗液流量的大小。這種控制方式不可靠，往往會造成內管上返水量過大的情況。由于沖洗液的上返路線和流量不能根據復雜地層的不同巖性特點進行調節，致使取心數量不易達到要求，甚至出現空管現象，而且取心質量難于保證，礦體品位遭人為貧化或富集。
本實用新型目的是設計一種能根據復雜地層不同巖性特點調節沖洗液上返路線和流量的可控分流式取心鉆具。
實現上述目的的方案是沖洗液經高壓膠管、鉆桿流入鉆具的分流接手、內管、外管、擴孔器和短節的環隙后，在設置的分流器作用下，以射流形式射出環形孔底，切割軟巖，冷卻鉆頭，清除巖粉，然后上返，根據巖層的不同巖性選擇不同的分流器，控制并調節內管上返沖洗液流量(流速)的大小。對水敏性地層，即怕水沖蝕的巖礦心供給較小或很小的水量；對非水敏性地層，即不怕水沖蝕的巖礦心供給較大或最大的水量，從而達到防沖蝕、防堵心，提高巖礦心采取率和完整度的目的。具體說，可控分流式取心鉆具由異徑接手、扶正器、分流接手、空心吊軸、推力軸承、內管接頭、內管、外管、短節、擴孔器、卡簧座、卡簧和鉆頭組成，鉆頭是隔水分流底噴式鉆頭，卡簧座是隔水卡簧座，卡簧是卡瓦式卡簧，鉆頭和卡簧座相配合構成分流器；在內管上部設一罩狀圓錐臺形濾心器，在空心吊軸的下端設一籠狀圓錐形分析器，分析器的錐頂伸入濾心器的錐底內，分析器和濾心器組成巖心(樣)阻留機構；在分流接手與異徑接手和空心吊軸之間分別設有上、下球閥和圓柱彈簧，上、下球閥在圓柱彈簧的作用下分別與異徑接手底部和空心吊軸頂部所設的閥座相吻合，上、下球閥、圓柱彈簧和閥座組成水路止逆機構。
現結合附圖和實施例對本實用新型作進一步描述
圖1為可控分流式取心鉆具的示意圖；圖2是
圖1的放大圖；圖 是隔水分流底噴式鉆頭縱向剖面示意圖；圖 是隔水分流底噴式鉆頭A視圖。
如
圖1所示，可控分流式取心鉆具由異徑接手1、扶正器2、分流接手5、揹帽6、空心吊軸7、上墊8、蝶形彈簧9和15、軸承殼體10、內管接頭11、″O″型密封圈12和12′、推力軸承13和13′、下墊14、內管19、外管20、短節23、擴孔器24、卡簧座25、卡簧26和鉆頭27組成。鉆頭27采用隔水分流底噴式鉆頭，卡簧座25是隔水卡簧座，隔水分流底噴式鉆頭27和隔水卡簧座25相配合構成分流器。分流器連同分流接手5、內管19、外管20及擴孔器24組成正反循環機構，其作用是將沖洗液分為正、反兩條上返路線，并控制調節內管19上返沖洗液的流量大小。
隔水分流底噴式鉆頭27的水路設計依據如下首先，根據鉆進巖層所需沖洗液流量確定內管19和外管20的分流量，即Q＝Qo＋Qi式中，Q為鉆進所需沖洗液流量(升／分)；Qo為正循環流量(升／分)；Qi為內管19返流量(升／分)。其中Qi＝KQ，K為巖性經驗分流系數，K＝0.01～0.90。對易沖蝕的松散軟巖，取K＝0.01～0.15；對硬、軟、碎、泥、酥的巖層，取K＝0.15～0.25；對不怕水沖蝕的較完整巖層，取K＝0.4～0.90。
其次，根據分流量，確定鉆頭27內外分流的過水斷面面積，即Qλ／Qo＝K／1－K＝Si／So式中，Si和So分別為鉆頭27內、外上返流量的過水斷面面積(厘米2)。
最后，根據總的內、外過水斷面面積確定鉆頭27的內水口、內水槽和外水口、外水眼、外水槽的個數，即Si＝Sg·ni，So＝Sy·no式中，Sg、Sy分別為鉆頭27內、外排水眼的斷面面積(厘米2)，ni、no分別為內水槽、內水口和外水口、外水眼及外水槽的個數。
由上可知，可以根據地層的巖性不同，選擇不同的分流系數K，確定鉆頭27的內、外分流的過水斷面面積，進而確定鉆頭27的內水槽、內水口和外水口、外水眼及外水槽的個數。由此，可將鉆頭27設計成有內水槽、內水口且有外水槽、外水眼、外水口的；也可以設計成只有內水槽和外水槽的；還可以設計成只有外水眼、外水口和外水槽的。如圖4和圖5所示，本實施例中鉆頭27設有至少一個內水口31和內水槽32。并設有至少一個外水口28、外水槽29，而且內水口31與外水口28是不相通的。外水口28底部可以設有外水眼30，也可以不設外水眼30。當設外水眼30時，外水眼30的中心線可以是垂直的，也可以向外傾斜，使它與鉆頭27的軸線有一1～3°的夾角，目的是使沖洗液呈放射狀地噴出鉆頭，避免沖刷巖礦心。鉆頭27的唇面為半圓形，也可以呈平底狀的。鉆頭27可以加工成金剛石孕鑲或表鑲鉆頭，亦可以加工成硬質合金鉆頭。鉆頭27的高度為120毫米，內徑為35毫米，外徑為56.5毫米。
可控分流式取心鉆具的內管19的上部設有一個罩狀圓錐臺形的濾心器18，在空心吊軸7的下端設有一個籠狀圓錐形分析器16，分析器16的錐頂伸入濾心器18的錐底內。濾心器18由金屬制成，其圓錐臺頂面設有過濾孔，圓錐臺的錐壁設有縱向過濾槽。濾心器18焊接在短管19′下端的內壁上，短管19′兩端分別與內管19和內管接頭11螺紋連接。分析器16由一環狀金屬圓柱和籠狀錐形金屬條焊接而成，它通過環狀圓柱的內螺紋與空心吊軸7連接。分析器16和濾心器18組成巖心(樣)阻留機構，其作用在于防止上返沖洗液將粒狀巖礦心沖跑，提高采心率，并預防分流接手5被堵塞。
在分流接手5與異徑接手1和空心吊軸7之間分別設有上、下球閥3和3′及圓柱彈簧4和4′，球閥3和3′分別在圓柱彈簧4和4′作用下與異徑接手1底部和空心吊軸7頂部的閥座21和22相吻合。球閥3和3′、圓柱彈簧4和4′、閥座21和22組成水路止逆機構。其作用一方面可防止因下鉆過快產生的激動壓力使孔內雜物上浮而造成內、外管19、20環隙堵塞；另一方面又可防止起鉆時水柱壓脫巖礦心。
卡簧26采用卡瓦式卡簧，使巖礦心順向摩擦阻力小，逆向摩擦阻力大，容易進心，不易脫心。
本實用新型因其內管上返沖洗液流量(流速)可控、可調，因此適于各種復雜地層的巖性特點鉆探取心，而且巖礦心采取率高、原狀結構好，如能取出″香腸狀″的巖礦心，不易摻雜，不易脫落，鉆進回次進尺長。具有結構簡單，使用方便，性能穩定可靠等優點。可廣泛適用于地質鉆探或工程勘察，特別適合于金礦復雜地層的取心鉆探。經試用表明，它與普通分流式反循環鉆具相比，巖礦心采取率由原來的40～60％提高到91～93％，使巖礦心金品位提高700～1000％。
權利要求1.一種可控分流式取心鉆具由異徑接手1、扶正器2、分流接手5、空心吊軸7、推力軸承13和13′，內管接頭11、內管19、外管20、短節23、擴孔器24、卡簧座25、卡簧26和鉆頭27組成，其特征在于所說鉆頭27是隔水分流底噴式鉆頭，卡簧座25是隔水卡簧座，隔水分流底噴式鉆頭27和隔水卡簧座25相配合構成分流器，在內管19的上部設一罩狀圓錐臺形的濾心器18，在空心吊軸7的下端設一籠狀圓錐形分析器16，分析器16的錐頂伸入濾心器18的錐底內，分析器16和濾心器18組成巖心(樣)阻留機構，在分流接手5與異徑接手1和空心吊軸7之間分別設有上、下球閥3和3′及圓柱彈簧4和4′，上、下球閥3和3′在圓柱彈簧4和4′的作用下分別與異徑接手1底部和空心吊軸7頂部的閥座21和22相吻合，球閥3和3′、圓柱彈簧4和4′，閥座21和22組成水路止逆機構，卡簧26是卡瓦式卡簧。
2.根據權利要求1所述的可控分流式取心鉆具，其特征在于所說的隔水分流底噴式鉆頭27設有至少一個內水口31，內水槽32、外水口28、外水槽29，并且內水口31與外水口28不相通。
3.根據權利要求2所述的可控分流式取心鉆具，其特征在于所述的隔水分流底噴式鉆頭27的外水口28底部設有外水眼30。
專利摘要本實用新型公開了一種可控分流式取心鉆具。它是在普通分流式反循環鉆具上增設分流器、巖心阻留機構和水路止逆機構，采用隔水分流底噴式鉆頭。能根據巖性特點選擇不同分流器來調節內管上返沖洗液流量大小，巖心采取率高，原狀結構好，不易摻雜，不易脫落，鉆進回次進尺長。可用于地質鉆探或工程勘察，特別適合于金礦復雜地層的取心。與普通分流式反循環鉆具相比，能使金品位提高700-1000％。
文檔編號E21B25/00GK2061201SQ89220229
公開日1990年8月29日 申請日期1989年11月30日 優先權日1989年11月30日
發明者艾清源 申請人:核工業中南地質勘探局308大隊