CN106884617B

CN106884617B - 取芯钻头

Info

Publication number: CN106884617B
Application number: CN201710075295.2A
Authority: CN
Inventors: 科迪·A·皮尔斯; 迈克尔·D·鲁普; 克里斯蒂安·M·兰贝特
Original assignee: Longyear TM Inc
Current assignee: Longyear TM Inc
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2019-05-07
Anticipated expiration: 2030-12-03
Also published as: PE20121057A1; EP2513405A1; WO2011081775A1; ZA201205225B; CL2011003228A1; US20130313026A1; EP2513405B1; EP2513405A4; US20100089660A1; US9074429B2; AU2010337217B2; BRPI1011892A2; CA2784465C; US8459381B2; PE20150992A1; US20150300096A1; CN102782243B; AU2010337217A1; CA2784465A1; TR201902237T4

Abstract

本发明的实现包含一种取芯钻头，其包括：长柄；环状冠部，其包含穿过其中的纵轴、切削面、内表面和外表面，所述环状冠部围绕所述纵轴界定构造为接收芯样的内部空间；和多个水道，其从所述内表面延伸到所述外表面，其中所述多个水道的每个水道轴向渐缩，由此所述多个水道的每个水道均具有可变的纵向尺寸，其中所述多个水道的每个水道径向渐缩，由此所述至少一个水道的每个水道均具有可变的宽度。

Description

取芯钻头

本申请是长年TM公司的发明专利申请(申请日为2010年12月03日、申请号为201080057021.7，发明名称为“具有轴向减缩水道的钻头”)的分案申请。

技术领域

本发明大致涉及一种取芯钻头，可用于给地质和/或人造形成物钻孔的钻具及其制作和使用这种钻具的方法。

背景技术

钻头和其他钻孔工具通常用于在岩石和其他形成物中钻孔以进行勘探或其他目的。用于这类操作的一种钻头是孕镶式钻头。孕镶式钻头包含可由含有粉末状硬质颗粒材料(诸如碳化钨)的胎体形成的切削部或冠部。硬质颗粒材料可用粘合剂(铜合金)烧结和/或熔渗。此外，孕镶式钻头的切削部也可以浸透有研磨切削介质，诸如天然或合成金刚石。

在钻孔操作期间，研磨切削介质逐随着支撑胎体材料被磨损掉渐暴露。通过形成切削部的支撑胎体的磨损而连续暴露新研磨切削介质可帮助提供连续的锋利切削面。孕镶式钻具可以继续高效地切削直到工具的切削部耗尽。一旦工具的切削部耗尽，工具变钝并且通常需要更换。

孕镶式钻头和大多数其他类型的钻具在钻孔操作期间通常需要使用钻液或钻孔空气。通常，从表面将钻液或钻孔空气泵送穿过钻柱并且横跨钻头尖面。钻液随后可通过钻柱与钻孔壁之间的隔开返回表面。或者，钻液可沿着形成于钻柱与形成物之间的环面泵送、横跨钻头尖面并且通过钻柱返回。钻液可提供数个重要功能，包含将切屑冲洗干净并且将切屑冲洗出钻孔、将切屑从钻头尖面清除使得研磨切削介质产生过度钻头磨损、在钻孔期间润滑并且冷却钻头尖面以及减小旋转钻柱的摩擦。

为协助引导钻液横跨钻孔尖面，钻头通常在切削面附近包含从内直径到外直径穿透钻头的水道或通道。因此，水道可协助冷却钻孔尖面和将切屑冲洗掉。不幸的是，当在破损和研磨形成物中钻孔或以高钻速钻孔时，碎屑会阻塞水道，从而阻碍钻液的流动。从钻头内部行进到钻头外部的钻液的减少可能导致切屑去除不充分、钻头磨损的不均匀、大摩擦力的产生、钻头发热或可能最终导致钻头故障的其他问题。此外，在破损和研磨地面条件下，散材常常无法顺利馈给到钻柱或钻管中。

当前用于减少水道阻塞的解决方案包含增大水道的深度、增大水道的宽度和使水道的侧面径向渐缩使得水道的宽度随着水道从钻头的内直径延伸到钻头的外直径而增大。虽然这些方法中的每一个可在一定程度上减少阻塞以及增强冲洗，但是它们也各自展现一定程度或另一程度的各种缺陷。

例如，较深水道可能减小钻头的强度、减小钻液在水道进口处的速度及因此钻液的冲洗能力以及因在钻孔刚体中切出水道所涉及的额外加工而增加制造成本。较宽水道可减小钻头尖面的切削表面及因此降低钻头的钻孔性能并且减小钻液在水道进口处的速度。类似地，径向渐缩的水道可能减小钻孔尖面的切削表面并且减小钻液在水道进口处的速度。

应当了解许多当前的解决方案在形成水道时从钻头的内直径去除的材料的比例可能比从钻头外直径去除的材料大。内直径上减小的钻头主体体积可能导致钻头在内直径上的过早磨损。这种过早磨损可能导致钻头故障并且因需更频繁地更换钻头而增加钻孔成本。

因此，传统水道中存在许多可以解决的缺点。

发明内容

本发明的实现用可围绕钻具的切削面提供改进的钻液流的钻具、系统和方法克服本领域中的一个或多个问题。例如，本发明的一个或多个实现包含可增大钻液在水道进口处的速度并且从而提供改进的切屑冲洗的水道的钻具。尤其是，本发明的一个或多个实现包含具有轴向渐缩水道的钻具。

例如，取芯钻头的一个实现可包含长柄和环状冠部。环状冠部可包含纵轴、切削面、内表面和外表面。环状冠部可围绕纵轴界定用于接收芯样的内部空间。钻头还可包含从环状冠部的内表面延伸到环状冠部的外表面的至少一个水道。所述至少一个水道可径向渐缩，因而环状冠部的外表面上的至少一个水道的纵向尺寸大于环状冠部的内表面上的至少一个水道的纵向尺寸。

此外，钻具的实现可包含长柄和固定到长柄的切削部。切削部可包含切削面、内表面和外表面。钻具还可以包含由从切削部的内表面延伸到切削部的外表面的第一侧表面、从切削部的内表面延伸到切削部的外表面的相对第二侧表面和在第一侧表面和第二侧表面之间延伸以及从切削部的内表面延伸到切削部的外表面的顶部表面界定的一个或多个水道。顶部表面可以在大致从切削面朝向长柄的方向上从切削部的内表面渐缩到切削部的外表面。

此外，钻土钻头的实现可包含长柄和固定到长柄并且从长柄向外延伸的冠部。冠部可包含切削面、内表面和外表面。钻头还可包含在内表面上延伸到切削面中达第一距离以及在外表面上延伸到切削面中达第二距离的多个凹口。第二距离可大于第一距离，且多个凹口可从冠部的内表面延伸到冠部的外表面。

形成具有轴向渐缩水道的钻头的方法的实现可涉及形成由硬质颗粒材料和多个研磨切削介质组成的环状冠部。方法还可涉及将多个插塞放置在环状冠部内。多个插塞中的每一个插塞的纵向尺寸可沿着其长度从第一末端增大到第二末端。方法另可涉及用被构造来粘合到硬质颗粒材料和多种研磨切削介质的粘合材料浸透环状冠部。此外，方法可涉及将多个插塞从经熔渗的环状冠部上去除以暴露多个轴向渐缩水道。

除上文内容以外，钻孔系统可包含钻孔机、被调适来固定到钻孔机并且由钻孔机旋转的钻柱、和被调适来固定到钻柱的钻头。钻头可包含长柄和环状冠部。环状冠部可包含纵轴、切削面、内表面和外表面。环状冠部可围绕纵轴界定接收芯样的内部空间。环状冠部还可以包含从内表面延伸到外表面的至少一个水道。所述至少一个水道可轴向渐缩，因而环状冠部的外表面上的至少一个水道的纵向尺寸大于环状冠部的内表面上的至少一个水道的纵向尺寸。

本发明的示例性实现的额外特征和优点于下文描述中说明且部分可从描述中了解或可通过实践这类示例性实现而学会。此类实现的特征和优点可通过随附权利要求中特别指定的器具和组合实现和获得。这些特征和其他特征可从下文描述和随附权利要求中更全面地了解或可通过实践如下文说明的示例性实现而学会。

附图说明

为了描述可获得本发明的上述和其他优点和特征的方式，上文简述的本发明的更具体描述可通过参考附图所示的其特定实施方案而提供。应当注意图示未按比例绘制且为说明的目的在所有图中类似结构或功能的元件通常用相同附图标记表示。在了解这些图仅描绘本发明的典型实施方案且因此不被视作限制其范围的情况下，通过使用附图描述和说明额外特异性和细节，其中：

图1图示了根据本发明的实现的包含轴向渐缩水道的钻具的透视图；

图2图示了图1的钻具的仰视图；

图3图示了沿着图2的截面线3-3取得的、图2的钻具的部分横截面图；

图4图示了根据本发明的实现的包含轴向渐缩和径向渐缩水道的钻具的透视图；

图5图示了图4的钻具的仰视图；

图6图示了沿着图5的截面线6-6取得的、图5的钻具的部分横截面图；

图7图示了根据本发明的另一个实现的包含轴向渐缩和双重径向渐缩水道的钻具的仰视图；

图8图示了根据本发明的一个实现的具有轴向渐缩凹口和轴向渐缩封闭槽的钻具的透视图；

图9图示了沿着图8的截面线9-9取得的、图8的钻具的横截面图；

图10图示了沿着图9的截面线10-10取得的、图9的钻具的部分横截面图；

图11图示了根据本发明的实现的包含具有轴向渐缩水道的钻具的钻孔系统的示意图；

图12图示了根据本发明的实现的用于形成具有轴向渐缩水道的钻具的插塞的透视图；

图13图示了图11的插塞的侧视图；和

图14图示了图11的插塞的俯视图。

具体实施方式

本发明的实现涉及可围绕钻具的切削面提供改进的钻液流的钻具、系统和方法。例如，本发明的一个或多个实现包含具有可增大钻液在水道进口处的速度并且从而提供改进的切屑冲洗的水道的钻具。尤其是，本发明的一个或多个实现包含具有轴向渐缩水道的钻具。

根据本文公开内容应当了解根据本发明的一个或多个实现的轴向渐缩水道可确保钻具的内表面中水道开口可比钻具的外表面中的水道开口小。因此，水道可通过在钻具的内表面中的水道进口处增大钻液的速度而充当喷嘴。轴向渐缩水道在水道进口处增大钻液速度的能力可提供更强的切屑冲洗并且可帮助防止水道阻塞。此外，轴向渐缩水道可提供改进的钻液流而不在内直径上大大牺牲钻头主体体积或缩小钻头尖面的切削表面。因此，本发明的一个或多个实现的轴向渐缩水道可提供更强的钻孔性能和更长的钻孔寿命。

除具有轴向渐缩水道外，在本发明的一个或多个实现中，钻具另可或或可包含轴向和径向渐缩水道或换句话说双向渐缩水道。根据其中的公开内容应当了解双向渐缩水道可帮助确保水道的尺寸随着水道从钻具的内表面延伸到钻具的外表面而在每个轴上增大。双向渐缩水道增大的尺寸可降低碎屑留在水道内的可能性并且因此提高钻具的钻孔性能。

此外，双向渐缩水道还可在内直径上实现较小水道开口，而仍在外直径上实现大水道开口。因此，本发明的一个或多个实现可增大内直径上的胎体材料量且因此帮助延长钻头的寿命同时也提供有效的冲洗。此类钻头的寿命延长可通过减少将钻柱从钻孔中拆出以更换过早磨损的钻头的需要而降低钻孔成本。

本文所述的钻具可用于切削岩石、地下矿物形成物、陶瓷、沥青、混凝土和其他硬质材料。这些钻具可包含例如取芯钻头、刮刀钻头、牙轮钻头、扩孔机、稳定器、套管靴或钻杆靴和类似工具。为便于描述，下文所包含的图和相应文字说明孕镶式取芯钻头和形成并且使用这些钻头的方法。但是根据本文公开内容应当了解本发明的系统、方法和装置可结合其他钻具(诸如上文所述的钻具)使用。

现参考图，图1和图2分别图示了钻具100的透视图和俯视图。更具体来说，图1和图2图示了根据本发明的实现的具有轴向渐缩水道的孕镶式取芯钻头100。如图1所示，钻头100可包含长柄或刚体102，所述长柄或刚体102可被构造来将钻头100连接到钻柱的组件。钻头100还可包含切削部或冠部104。

图1和图2还图示了钻头100可围绕其中心轴106界定用于接收芯样的内部空间。因此，长柄102和冠部104可具有由内表面107和外表面108界定的大致环形形状。因此，被钻材料的碎块可穿过钻头100的内部空间并向上穿过附接的钻柱。钻头100可为任意大小且因此可用于收集任意大小的芯样。虽然钻头100可具有任意直径并且可用于去除和收集具有任意所要直径的芯样，但是在一些实现中，钻头100的直径范围可从大约1英寸至大约12英寸。同样地，虽然钻头100的壁厚(即，外表面的半径减去内表面的半径)可为任意宽度，但是根据一些实现，壁厚范围可从大约1/4英寸至大约6英寸。

冠部104可被构造来在钻孔过程期间对所要材料进行切削或钻孔。尤其是，钻头100的冠部104可包含切削面109。切削面109可被构造来在钻头100旋转并且行进到形成物中时对材料进行钻孔或切削。如图1和图2所示，在一个或多个实现中，切削面109可包含大致轴向延伸到切削面109中的多个槽110。槽110可帮助实现新钻头100的快速启动。在替代实现中，切削面109可以不包含槽110或可包含用于协助钻孔过程的其他部件。

切削面109还可以包含可允许钻液或其他润滑剂流动横跨切削面109以在钻孔期间提供冷却的水道。例如，图1图示了冠部104可包含在大致轴向方向上从切削面109延伸到钻头100的冠部104中的多个凹口112。此外，凹口112可从冠部104的内表面107延伸到冠部104的外表面108。作为水道，凹口112可允许钻液从冠部104的内表面流动到冠部104的外表面108。因此，凹口112可允许钻液将切屑和碎屑从钻头100的内表面107冲洗到钻头100的外表面108并且还为切削面109提供冷却。

冠部104可具有提供所要量的流体流/碎屑流并且也允许冠部104维持所需要的结构完整性的任意数量的凹口。例如，图1和图2图示了钻头100包含九个凹口112。根据本文公开内容应当了解本发明不限于此。在额外实现中，取决于所要构造和待钻孔的形成物，钻头100可包含少至1个凹口或多达20个或更多个凹口。此外，凹口112可围绕冠部104的圆周均匀或不均匀地隔开。例如，图2描绘了围绕冠部104的圆周均匀地彼此隔开的九个凹口112。但是，在替代实现中，凹口112可为交错的或另外不均匀地隔开。

如图1和图2所示，每个凹口112可由至少三个表面112a、112b、112c界定。尤其是，每个凹口112可由第一侧表面112a、相对侧表面112b和顶部表面112c界定。在本发明的一些实现中，如图2所示，每个侧表面112a、112b可在大致垂直于冠部104的内表面的方向上从冠部104的内表面107延伸到冠部104的外表面108。因此，在本发明的一些实现中，冠部104的外表面108上的每个凹口112的宽度114可大致等于冠部104的内表面107上的每个凹口112的宽度116。换句话说，外表面108上的每个凹口112的第一侧表面112a与第二侧表面112b之间的圆周距离114可大致等于内表面107上的每个凹口112的第一侧表面112a与第二侧表面112b之间的圆周距离116。如下文更详细说明，在本发明的替代实现中，侧表面112a、112b中的一个或多个可包含径向和/或圆周渐缩。

因此，凹口112可具有允许其如预期般运行的任意形状。尤其是，凹口112的形状和构造可取决于钻头100的所要特性或待钻孔形成物的特性而改变。例如，图2图示了可具有当从切削面109观看时为矩形的凹口。但是，在替代实现中，凹口可具有正方形、三角形、圆形、梯形、多边形、椭圆形或其任意组合。

此外，凹口112可具有允许其如预期般运行的任意宽度或长度。例如，图2图示了凹口112可具有大于其宽度(即，相对侧表面112a与112b之间的距离)的长度(即，从内表面107至外表面108的距离)。但是，在本发明的替代实现中，凹口112可具有大约其长度的宽度或大致等于其长度的宽度。

此外，冠部104中单独的凹部112可均匀构造为具有相同大小和形状或或具有不同大小和形状。例如，图1至图3图示了冠部104中的所有凹口112具有相同大小和构造。但是，在额外实现中，冠部104的不同凹口112可包含不同大小和构造。例如，在一些实现中，钻头100可包含围绕冠部104的圆周交替的两个不同大小的凹口112。

如上所述，水道(即，凹口112)可轴向渐缩。尤其是，如图3所示，每个凹口112的顶部表面112c可在大致从切削面109朝向长柄102的方向上从内表面107渐缩到外表面108。换句话说，每个凹口112的高度或纵向尺寸可随着凹口112从冠部104的内表面107延伸到冠部104的外表面108而增大。因此，如图3所示，在一些实现中，外表面108上的每个凹口112的纵向尺寸124可大于内表面107上的每个凹口112的纵向尺寸120。换句话说，每个凹口112可在内表面107上延伸到切削面109中达第一距离120以及在外表面120上延伸到切削面109中达第二距离124，其中第二距离124大约第一距离120。

根据本文公开内容应当了解凹口112的轴向渐缩可帮助确保冠部104的内表面107上的每个凹口112的开口小于冠部104的外表面108上的每个凹口112的开口。此开口大小的差异可增大钻液在其通至冠部104的外表面108时在内表面107上的速度。因此，如上所述，凹口112的轴向渐缩可提供更高效的切削冲洗和更高效的切削面109冷却。此外，凹口112增大的尺寸还可以帮助确保碎屑在被钻液从内表面107推至外表面108时不堵塞或阻塞凹口112。

此外，如图2和图3所示，凹口112的轴向渐缩可提供具有增大的大小而不减小切削面109的大小的凹口112。应当了解在本发明的一个或多个实现中，切削面109表面积增大可提供更高效的钻孔。此外，凹口112的轴向渐缩可提供更强的冲洗和冷却，同时也不减小内表面107上的冠部材料的体积。内表面107上的冠部材料的体积增大可帮助延长钻头100的钻孔寿命。

除凹口112以外，冠部104还可包含可进一步协助将钻液或其他润滑剂引导至切削面109或从冠部104的内表面107引导至冠部104的外表面108的额外部件。例如，图1至图3图示了钻头110可包含径向延伸到冠部104中的多个凹槽122、124。尤其是，在本发明的一些实现中，钻头100可包含从内表面107朝向内表面108径向延伸的多个内凹槽122。多个内凹槽122可帮助沿着钻头100的内表面107从长柄102朝向切削面109引导钻液。如图1至图3所示，在本发明的一些实现中，内凹槽122可沿着冠部104的内表面107轴向从长柄102延伸到凹口112。因此，内凹槽122可帮助将钻液引导到凹口112。在替代实现中，内凹槽122可从长柄102延伸到切削面109或甚至沿着长柄102延伸。

图1至图3另图示了在一些实现中，钻头100可包含多个外凹槽124。外凹槽124可从冠部104的外表面108朝向冠部104的内表面107径向延伸。多个外凹槽124可帮助沿着钻头100的外表面108从凹口112朝向长柄102引导钻液。如图1至图3所示，在本发明的一些实现中，外凹槽124可沿着外表面108从凹口112轴向延伸到长柄102。在替代实现中，外凹槽124可从切削面109延伸到长柄102或甚至沿着长柄102延伸。

如上所述，本发明的一个或多个实现可包含双向渐缩水道。例如，图4至图6图示了包含双向渐缩水道的钻具200的不同视图。尤其是，图4图示了透视图；图5图示了仰视图；而图6图示了具有双向渐缩凹口的取芯钻头200的部分横截面图。类似于钻头100，钻头200可包含长柄202和冠部204。

冠部204可具有由内表面207和外表面208界定的大致环形形状。冠部204另可从长柄202开始延伸并且终止于切削面209。如图4所示，在本发明的一些实现中，切削面209可在大致垂直于钻头200的纵轴206的方向上从内表面207延伸到外表面208。在一些实现中，切削面209可包含多个槽210。如下文更详细所述，冠部204还可包含多个双向渐缩水道212。

如上所述，钻头200可包含双向渐缩水道。例如，图5图示了每个凹口212除轴向渐缩外还可包含径向渐缩。更具体来说，每个凹口212可由至少三个表面212a、212b、212c界定。尤其是，每个凹口212可由第一侧表面212a、相对侧表面212b和顶部表面212c界定。在本发明的一些实现中，如图5所示，第一侧表面212a可在大致垂直于冠部204的内表面的方向上从冠部204的内表面207延伸到冠部204的外表面208。

如上所述，水道(即，凹口212)可径向渐缩。尤其是，如图5所示，每个凹口212的第二侧表面212b可在大致围绕切削面209的圆周的顺时针方向上从内表面207渐缩到外表面208。如本文中所使用，术语“顺时针”和“逆时针”指的是当从钻头的切削面观看时相对于钻头的纵轴的方向。因此，每个凹口212的宽度可随着凹口212从冠部204的内表面207延伸到冠部204的外表面208而增大。因此，如图5所示，在一些实现中，外表面208上的每个凹口212的宽度214可大于内表面207上的每个凹口212的宽度216。换句话说，外表面208上的每个凹口212的第一侧表面212a与第二侧表面212b之间的圆周距离214可大于内表面207上每个凹口212的第一侧表面212a与第二侧表面212b之间的圆周距离216。

根据本文公开内容应当了解，凹口212的径向渐缩可确保冠部204的内表面207上的每个凹口212的开口小于冠部204的外表面208上的每个凹口212的开口。此开口大小的差异可增大钻液在通至冠部204的外表面208时在内表面207上的速度。因此，如上所述，凹口212的径向渐缩可提供更高效的切屑冲洗和更高效的切削面209冷却。此外，凹口212增大的尺寸还可以帮助确保碎屑在被钻液从内表面207推至外表面208时不堵塞或阻塞凹口212。

图4至图6图示了凹口212的径向渐缩可由渐缩的第二侧表面212b形成。应当了解第一侧表面212a或可包含渐缩。例如，第一侧表面212a可在大致围绕切削面209的圆周的逆时针方向上从内表面207渐缩到外表面208。此外，在一些实现中，第一侧表面212a和第二侧表面212b都可以包含在大致围绕切削面209的圆周的顺时针方向上从内表面207延伸到外表面208的渐缩。在这类实现中，第二侧表面212b的径向渐缩可以凹口212的宽度随凹口212从内表面207延伸到外表面208而增大的方式具有大于第一侧表面212a的渐缩。

如上所述，水道(即，凹口212)除径向渐缩外还可轴向渐缩。尤其是，如图6所示，每个凹口212的顶部表面212c可在从切削面209大致朝向长柄212的方向上从内表面207渐缩到外表面208。换句话说，每个凹口212的纵向尺寸可随着凹口212从冠部204的内表面207延伸到冠部204的外表面208而增大。因此，如图6所示，在一些实现中，外表面208上的每个凹口212的纵向尺寸224可大于内表面207上的每个凹口212的纵向尺寸220。换句话说，每个凹口212可在内表面207上延伸到切削面209中达第一距离220以及在外表面208上延伸到切削面209中达第二距离224，其中第二距离224大于第一距离220。

根据本文公开内容应当了解凹口212的轴向渐缩可帮助确保冠部204的内表面207上的每个凹口212的开口小于冠部204的外表面208上的每个凹口212的开口。此开口大小的差异可增大钻液在通至冠部204的外表面208时在内表面207上的速度。因此，如上所述，凹口212的轴向渐缩可提供更高效的切屑冲洗和更高效的切削面209冷却。此外，凹口212增大的尺寸还可以帮助确保碎屑在被钻液从内表面207推至外表面208时不堵塞或阻塞凹口212。

根据其中的公开内容应当了解双向渐缩凹口212可确保凹口212的尺寸随着凹口212从钻头200的内表面207延伸到钻头200的外表面208而在每个轴(即，径向和轴向)上增大。双向渐缩凹口212增大的尺寸可降低碎屑留在凹口212内的可能性并且因此提高钻头200的钻孔性能。此外，如上所述，双向渐缩凹口212增大的尺寸可帮助使内表面107上的胎体材料的体积最大化并且从而可通过减少内表面207上过早的钻头磨损而延长钻头200的寿命。

类似于本文在上文中参考钻头100所述的凹槽，除水道以外，冠部204还可包含用于引导钻液的多个凹槽。例如，在本发明的一些实施方案中，钻头200可包含可从内表面207朝向外表面208径向延伸的多个内凹槽222。多个内凹槽222可帮助沿着钻头200的内表面207从长柄202朝向切削面209引导钻液。如图4至图6所示，在本发明的一些实现中，内凹槽222可沿着内表面207从长柄202轴向延伸到凹口212。因此，内凹槽222可帮助将钻液引导到凹口212。

冠部204另可包含全内凹槽222a。如图4所示，全内凹槽222a可从长柄202延伸到切削面209而不与凹口212交叉。沿着类似线，钻头200可包含外凹槽224和全外凹槽224a。外凹槽224可从长柄202延伸到凹口212，而全外凹槽224a可从长柄202延伸到切削面209而不与凹口212交叉。在替代实现中，全内凹槽222a和/或全外凹槽224a可从长柄202延伸到切削面209并且也可以沿着凹口212的侧表面212a、212b延伸。

如上所述，在本发明的一个或多个实现中，钻具的水道可包含径向渐缩。例如，图4至图6图示了具有包含径向渐缩的第二侧表面212b的凹口212。两个侧表面或可包含径向渐缩。例如，图7图示了包含双向渐缩凹口312的取芯钻头300的仰视图，其中侧表面312a、312b都包含径向渐缩。

类似于本文在上文中所述的其他钻头，钻头300可包含长柄302和冠部304。冠部304可具有由内表面307和外表面308界定的大致环形形状。冠部304因此可围绕中心轴306界定用于接收芯样的空间。冠部304另可从长柄302开始延伸并且终止于切削面309。切削面309可包含在其中延伸的多个槽310。钻头300另可包含用于围绕钻头300引导钻液的内凹槽322和外凹槽324。

此外，如图7所示，每个凹口312的第二侧表面312b可在大致围绕切削面309的圆周的顺时针方向上从冠部304的内表面307渐缩到冠部304的外表面308。此外，每个凹口312的第一侧表面312a可在大致围绕切削面309的圆周的逆时针方向上从冠部304的内表面307渐缩到冠部304的外表面308。因此，每个凹口312的宽度可随着凹口312从冠部304的内表面307延伸到冠部304的外表面308而增大。

因此，如图7所示，在一些实现中，外表面308上的每个凹口312的宽度314可大于内表面307上的每个凹口312的宽度316。换句话说，外表面308上的每个凹口312的第一侧表面312a与第二侧表面312b之间的圆周距离314可大于内表面307上的每个凹口312的第一侧表面312a与第二侧表面312b之间的圆周距离316。

本文在上文中描述的每个轴向渐缩水道是延伸到冠部的切削面中的凹口。根据本文公开内容应当了解本发明可包含具有轴向渐缩的各种其他或额外水道。例如，本发明的一个或多个实现的钻具可包含具有轴向渐缩的一个或多个密封流体槽，诸如2006年12月14日申请的、名为“Core Drill Bit with Extended Crown Longitudinal dimension”的美国专利申请案11/610,680中所述的密封流体槽，其全内容以引用的方式并入本文中。

例如，图8至图10图示了包含轴向渐缩凹口和轴向渐缩密封槽的取芯钻头400的不同视图。类似于本文在上文中描述的的其他钻头，钻头400可包含长柄402和冠部404。冠部404可具有由内表面407和外表面408界定的大致环形形状。冠部404另可从长柄402开始延伸并且终止于切削面409。在一些实现中，如图8至图10所示，切削面409可包含在其中延伸的多个槽410。

如图8所示，钻头400可包含构造类似于上文参考图4至图6所述的双向渐缩凹口212的双向渐缩凹口412。因此，凹口412可具有可在大致从切削面409朝向长柄402的方向上从内表面407渐缩到外表面408的顶部表面412c。此外，每个凹口412的第一侧表面412a可在大致垂直于冠部404的内表面的方向上从冠部404的内表面407延伸到冠部404的外表面408。此外，每个凹口412的第二侧表面412b可在大致围绕切削面409的圆周的顺时针方向上从内表面407渐缩到外表面408。

除双向渐缩凹口412外，钻头还可包含多个密封槽430。密封槽430可包含如下文更详细说明的轴向渐缩和/或径向渐缩。应当了解当冠部404因钻孔被钻蚀时，凹口412可能磨损掉。随着钻蚀继续，密封槽430可能变得暴露于切削面409上并且随后因此变为凹口。应当了解，钻头400的构造因此可允许冠部404的纵向尺寸延长并且伸长而不明显降低钻头400的结构完整性。冠部404延长的纵向尺寸接着可允许钻头400存续更长时间以及要求更少地在钻孔中装入和拆出以更换钻头400。

尤其是，图8图示了冠部404可包含从钻头400的切削面409朝向钻头400的长柄402延伸达一定距离的多个密封槽430。此外，密封槽430可以从冠部404的内表面407延伸到冠部404的外表面408。作为水道，密封槽430可以允许钻液从冠部404的内表面407流动到冠部404的外表面408。因此，密封槽430可允许钻液将切屑和碎屑从钻头400的内表面407冲洗到钻头400的外表面408，并且还为切削面409提供冷却。

冠部404可具有提供所要数量的流体流/碎屑流或冠部纵向尺寸，同时也允许冠部404保持所需的结构完整性的任意数量的密封槽430。例如，图8和图10图示了钻头400可包含六个密封槽430。根据本文公开内容应当了解本发明并不受限于此。在额外实现中，取决于所要构造和待钻孔的形成物，钻头400可包含少至一个密封槽或多达20个或更多个密封槽。此外，密封槽430可围绕冠部404的圆周均匀或不均匀地隔开。例如，图8至图10描绘了围绕冠部404的圆周彼此均匀隔开的密封槽430。但是，在替代实现中，密封槽430可为交错或另外不均匀地隔开。

如图8所示，每个密封槽430可由四个表面430a、430b、430c、430d界定。尤其是，每个密封槽430可由第一侧表面430a、相对侧表面430b、顶部表面430c和相对底部表面430d界定。在本发明的一些实现中，侧表面430a、430b中的每一个可在大致垂直于冠部404的内表面的方向上从冠部404的内表面407延伸到冠部404的外表面408。在本发明的替代实现中，如下文更详细说明，侧表面430a、430b中的一个或多个可包含径向渐缩和/或圆周渐缩。

因此，密封槽430可具有允许其如预期般运行的任意形状且形状可取决于钻头400所需的特性或待钻孔的形成物的特性而改变。例如，图9图示了密封槽可具有梯形形状。但是，在替代实现中，密封槽430可具有正方形、三角形、圆形、矩形、多边形、或椭圆形或其任意组合。

此外，密封槽430可具有允许其如预期般运行的任意宽度或长度。例如，图9图示了密封槽430具有大于其宽度(即，相对侧表面430a与430b之间的距离)的长度(即从内表面407到外表面408的距离)。此外，冠部404中的个别密封槽430可均匀构造成具有相同大小和形状或或者具有不同大小和形状。例如，图8至图10图示了冠部404中的所有密封槽430可具有相同大小和构造。但是，在额外实现中，冠部404的不同密封槽430可包含不同大小和构造。

此外，冠部404可包含不同行的水道。例如，图8图示了冠部404可包含从切削面409延伸到冠部404中达第一距离432的一行凹口412。此外，图8图示了冠部404可包含从切削面409进入冠部404达第二距离434的第一行密封槽430以及从切削面409开始进入冠部404达第三距离436的第二行密封槽430。在本发明的替代实现中，冠部404可包含单行密封槽430或各轴向彼此交错的多行密封槽430。

在一些情况下，凹口412的一部分可与第一行密封槽430轴向重叠。换句话说，第一距离432可以大于第二距离434。沿着类似线，第一行中的密封槽430的一部分可与第二行中的密封槽轴向重叠。根据本文公开内容应当了解水道412、430的轴向重叠可帮助确保在凹口412于钻孔期间完全钻蚀掉前，第一行密封槽430将开放变为凹口412，允许钻头400随着钻头400钻蚀而继续高效地切削。

此外，如图8所示，第一行中的密封槽430可与凹口412圆周偏移。类似地，第二行中的密封槽430可与第一行中的密封槽430和凹口412周缘偏移。在替代实现中，第一行和第二行中的密封槽430中的一个或多个可以彼此圆周对齐或与凹口412圆周对齐。

如上所述，在一个或多个实现中，密封槽430可包含双向渐缩。例如，图9图示了密封槽430中的每一个可包含径向渐缩。在本发明的一些实现中，如图9所示，第一侧表面430a可在大致垂直于冠部404的内表面407的方向上从冠部404的内表面407延伸到冠部404的外表面408。

此外，每个密封槽430的第二侧表面430b可在大致围绕冠部404的圆周的顺时针方向上从内表面407渐缩到外表面408。换句话说，每个密封槽430的宽度可随着密封槽430从冠部404的内表面407延伸到冠部404的外表面408而增大。因此，如图9所示，在一些实现中，外表面408上的每个密封槽430的宽度414可大于内表面407上的每个密封槽430的宽度416。换句话说，外表面408上的每个密封槽430的第一侧表面430a与第二侧表面430b之间的圆周距离414可以大于内表面407上的每个密封槽430的第一侧表面430a与第二侧表面430b之间的圆周距离416。

根据本文公开内容应当了解密封槽430的径向渐缩可确保冠部404的内表面407上的每个密封槽430的开口小于冠部404的外表面408上的每个密封槽430的开口。此开口大小的差异可增大钻液在通至冠部404的外表面408时在内表面407上的速度。因此，如上所述，密封槽430的径向渐缩可提供更高效的切屑冲洗和更高效的钻头400冷却。此外，密封槽430增大的尺寸还可以帮助确保碎屑在被钻液从内表面407推至外表面408时不堵塞或阻塞密封槽430。

图8至图10还图示了可由渐缩的第二侧表面430b形成的密封槽430的径向渐缩。应当了解第一侧表面430a或可或另可包含渐缩。例如，第一侧表面430a可在大致围绕冠部404的圆周的逆时针方向上从内表面407渐缩到外表面408。

如上所述，水道(即，密封槽430)除径向渐缩外还可轴向渐缩。尤其是，如图10所示，每个密封槽430的顶部表面430c可在大致从切削面409朝向长柄402的方向上从内表面407渐缩到外表面408。换句话说，每个密封槽430的纵向尺寸可随着密封槽430从冠部404的内表面407延伸到冠部404的外表面408而增大。因此，如图10所示，在一些实现中，外表面408上的每个密封槽430的纵向尺寸444可大于内表面407上的每个密封槽430的纵向尺寸442。或者换句话说，与内表面407上的每个密封槽430的顶部表面430c相比，外表面408上的每个密封槽430的顶部表面430c距离切削面409更远。

每个密封槽430的底部表面430d或可或另可在大致从长柄402朝向切削面409的方向上从内表面407渐缩到外表面408。换句话说，每个密封槽430的纵向尺寸可随着密封槽430从冠部404的内表面407延伸到冠部404的外表面408而增大。或者换句话说，与内表面407上的每个密封槽430的底部表面430d相比，外表面408上的每个密封槽430的底部表面430d可距离切削面409更近。因此，在一些实现中，密封槽430可包含双重轴向渐缩，其中顶部表面430c和底部表面430d都包含渐缩。

根据本文公开内容应当了解密封槽430的轴向渐缩可确保冠部404的内表面407上的每个密封槽430的开口小于冠部404的外表面408上的每个密封槽430的开口。此开口大小的差异可增大钻液在通至冠部的外表面408时在内表面407上的速度。因此，如上所述，密封槽430的轴向渐缩可提供更高效的切削冲洗和更高效的钻头400冷却。此外，密封槽430增大的尺寸还可以帮助确保碎屑在被钻液从内表面407推至外表面408时不堵塞或阻塞密封槽430。

根据其中的公开内容应当了解双向渐缩密封槽430可确保密封槽430的尺寸随着其从钻头400的内表面407延伸到外表面408而在每个轴上增大。双向渐缩密封槽430增大的尺寸可降低碎屑留在密封槽430内的可能性且因此提高钻头400的钻孔性能。此外，双向渐缩密封槽430可提供更高效的冲洗，同时也减少钻头400的内表面407上材料的去除。因此，双向渐缩密封槽430可通过帮助减少内表面407附近钻头400的过早磨损而帮助延长钻头的钻孔寿命。

图8至图10还图示了水道412、430的边角可包含圆形表面或斜面。水道412、430的边角的圆形表面可帮助降低应力集中度且因此可帮助提高钻头400的强度。

除水道外，冠部404可包含类似于本文在上文中参考钻头200所述的凹槽的、用于引导钻液的多个凹槽。例如，在本发明的一些实现中，钻头400可包含从内表面407朝向外表面408径向延伸的多个内凹槽422。多个内凹槽422可帮助沿着钻头400的内表面407从长柄402朝向切削面409引导钻液。如图8至图10所示，在本发明的一些实现中，内凹槽422可沿着内表面407从长柄402轴向延伸到凹口412。因此，内凹槽422可帮助将钻液引导到凹口412。

此外，冠部404可包含与密封槽430相交的全内凹槽422b。如图10所示，全内凹槽422b可从长柄402延伸到切削面409。在本发明的一些实现中，如图10所示，全内凹槽422b可与一个或多个密封槽430相交。沿着类似线，钻头400可包含外凹槽424和全外凹槽424a。外凹槽424可从长柄402延伸到凹口412，而全外凹槽424a可从长柄402延伸到切削面409，同时还与密封槽430相交。

除水道412、430和凹槽422、424外，钻头400还可包含密封流体通道440。密封流体通道440可被密封在钻头400内介于内表面407与外表面408之间。此外，如图10所示，密封流体通道440可从长柄402延伸到水道412、430或延伸到切削面409。密封流体通道440因此可将钻液引导到切削面409而无需横跨冠部404的内表面407流动。根据本文公开内容应当了解当在砂状、破损或碎裂的形成物中钻孔时，密封流体通道440可帮助确保芯样不被钻液冲出钻头440。

本发明的一些实现可包含可帮助防止冲走芯样的密封流体通道440的额外或替代部件。例如，在一些实现中，钻头400可包含沿着冠部404的内表面407的薄壁。薄壁可阻断水道412、430使得其不径向延伸到冠部404的内部。薄壁可帮助减少流动到冠部404的内部的任何流体且因此帮助防止砂状或碎裂芯样被冲走。此外，钻头400可不包含内凹槽422。根据本文公开内容应当了解在这些实现中，钻液可流动到密封流体通道440中、在冠部404内轴向流动到水道412、430且随后流出水道412、430到切削面409或外表面408。

如上所述，本发明的不同钻具的长柄102、202、302、402可被构造来将钻头固定到钻柱组件。例如，长柄102、202、302、402可包括美国石油协会(API)螺纹连接部或其他部件以协助附接到钻柱组件。举例来说且非限制，长柄部102、202、302、402可由钢、另一种铁基合金或展现可接受的物理性质的任何其他材料形成。

在本发明的一些实现中，本发明的钻具的冠部104、204、304、404可由一层或多层制成。例如，根据本发明的一些实现，冠部104、204、304、404可包含两层。尤其是，冠部104、204、304、404可包含执行钻孔操作的胎体层和将胎体层连接到长柄102、202、302、402的背衬层。在这些实现中，胎体层可包含研磨并且钻蚀被钻材料的研磨切削介质。

在一些实现中，冠部104、204、304、404可由硬质颗粒材料(诸如例如金属)的胎体形成。根据本文公开内容应当了解，硬质颗粒材料可含有粉末状材料，诸如例如粉末状金属或合金以及陶瓷化合物。根据本发明的一些实现，硬质颗粒材料可包含碳化钨。如本文中所使用，术语“碳化钨”意指含有钨和碳的化学化合物的任何材料组合物，诸如例如WC、W2C以及WC和W2C的组合。因此，碳化钨包含例如铸造碳化钨、烧结碳化钨和粗结晶钨。根据本发明的额外实现或替代实现，硬质颗粒材料可包含碳化物、钨、铁、钴和/或钼和碳化物、硼化物、其合金或任何其他适当材料。

如上所述，冠部104、204、304、404还可包含分散遍及硬质颗粒材料的多个研磨切削介质。研磨切削介质可包含天然金刚石、合成金刚石、多晶金刚石或热稳定金刚石产品、氧化铝、碳化硅、氮化硅、碳化钨、立方氮化硼、氧化铝、引晶或未引晶溶胶-凝胶氧化铝或其他适当材料中的一种或多种。

本发明的一个或多个实现的钻具中所用的研磨切削介质可具有任何所要特性或特性的组合。例如，研磨切削介质可为任意大小、形状、纹理、质量、粒度、浓度等。在一些实施方案中，研磨切削介质可能非常小且大致为圆形以在被取芯钻头100、200、300、400切削的材料上留下光滑抛光。在其他实施方案中，切削介质可更大以更深入地切入被钻的材料或形成物中。

研磨切削介质可均质或异质地分散遍及冠部104、204、304、404。此外，研磨切削介质可以特定方式对齐使得介质的钻孔性质可在相对于冠部104、204、304、404的有利位置展现。类似地，根据特定用途的需要，冠部104、204、304、404中可含有不同密度的研磨切削介质。例如，与紧密聚在一起的小研磨切削介质相比，分隔更远的大研磨切削介质可以更快速地切削材料。因此，根据本文公开内容应当了解取决于钻头100、200、300、400的所要成本和性能，可以许多组合提供研磨切削介质的大小、密度和形状。

例如，冠部104、204、304、404可制作成任意所要规格或给定的任意所要特性。这样，冠部104、204、304、404可定制为具有用于给特定材料钻孔的最佳特性。例如，可制作硬质、耐研磨胎体以对软质、研磨、松散形成物进行钻孔，同时可制作软质韧性胎体对极硬、非研磨、固化形成物进行钻孔。这样，胎体硬度可与特定形成物相符，允许胎体层以受控、所要速度钻蚀。

应当了解根据本发明的实现的、具有定制切削部的钻具可与几乎任意类型的钻孔系统一起使用以执行不同钻孔操作。例如，图11及对应文字说明或描述了一种这样的钻孔系统，其可与本发明的钻具一起使用。但是应当了解，图11所示和描述的钻孔系统只是可与本发明的钻具一起使用的系统的一个实施例。

例如，图11图示了包含钻头头部510的钻孔系统500。钻头头部510可耦合到杆520，所述杆520接着耦合到钻孔机530。钻头头部510可被构造为具有耦合到其上的一个或多个管状构件540。管状构件可包含但不限于钻杆、套管和潜孔锤。为方便参考，下文中将管状构件540描述为钻柱组件。钻柱组件540接着可耦合到额外钻柱组件540以形成钻柱或钻具柱550。接着，钻柱550可耦合到包含轴向渐缩水道的钻具560，诸如上文所述的取芯钻头100、200、300、400。如上文所述，钻具560可被构造成与待钻孔材料570或形成物连接。

在至少一个实施例中，图11所示的钻头头部510可被构造成在钻孔过程期间旋转钻柱550。尤其是，钻头头部510可改变钻头头部510旋转的速度。例如，可根据钻孔过程根据需要选择钻头头部的旋转速率和/或钻头头部510传递到钻柱550的力矩。

此外，钻孔系统500可被构造来施加大致纵向向下力到钻柱550以在钻孔操作期间促使钻具560进入形成物570。例如，钻孔系统500可包含被构造来相对于杆520移动滑座总成以如上所述施加大致纵向力到钻具钻头560的链条驱动总成。

如本文中所使用，术语“纵向”意指沿着钻柱550的长度。此外，如本文所使用，术语“上”、“顶部”和“之上”以及“下”和“之下”指的是钻柱550上的纵向位置。术语“上”、“顶部”和“之上”指的是更靠近钻头头部510的位置，而“下”和“之下”指的是更靠近钻具560的位置。

因此，根据本文公开内容应当了解，本发明的钻具可用于本领域中已知的任何目的。例如，金刚石孕镶式取芯钻头100、200、300、400可附接到钻柱550的末端，所述末端接着连接到钻孔机器或钻孔机530。当钻柱550和因此钻头560被钻孔机器530旋转和推动时，钻头560可将被钻的地下形成物570中的材料研磨掉。被钻掉的芯样可从钻柱550中取出。钻头560的切削部可能因研磨动作而随时间钻蚀。这个过程可以继续直到钻头560的切削部被耗尽且钻柱550随后可从钻孔中拆出并且更换钻头560。

本发明的实现还可包含形成具有轴向渐缩水道的钻具的方法。下文描述至少一种形成具有轴向渐缩水道的钻具的方法。当然，作为一项基础事项，本领域的一般技术人员应当了解详细说明的方法可修改以使用本发明的一个或多个组件安装一系列构造。

作为初步事项，如本文所使用的术语“熔渗”或“熔渗的”涉及熔化粘合材料并且使熔化的粘合剂穿透到胎体的空间或孔中并且填充胎体的空间或孔。当冷却时，粘合剂可固化，将胎体的粒子粘合在一起。如本文中所使用的术语“烧结”意指结合相邻粒子之间的聚结和接合，去除粒子之间的孔的至少一部分(其可伴随收缩)。

本发明的一个或多个方法可包含使用插塞以在钻具中形成轴向渐缩水道。例如，图12至图14图示了可用于形成轴向渐缩水道的插塞600的不同视图，诸如钻头200的凹口212或钻头400的槽430。如图12至图14所示，插塞600可包含对应于轴向渐缩水道的表面的表面。例如，插塞600可包含顶部表面602、底部表面604、第一侧表面608和第二侧表面606。此外，插塞600可包含连接插塞600的表面602、604、606、608的斜面610。

如图13所示，插塞600的顶部表面602可包含渐缩使得插塞600的第一末端可具有第一纵向尺寸612且插塞600的第二末端具有大于第一纵向尺寸612的第二纵向尺寸614。因此，如下文更详细说明，顶部表面602的渐缩可帮助形成水道的轴向渐缩。

沿着类似线，图14图示了可包含渐缩使得插塞600的第一末端可具有第一宽度616且插塞600的第二末端可具有大于第一宽度616的第二宽度618的第二侧表面606。因此，如下文更详细说明，第二侧表面606的渐缩可帮助形成水道的径向渐缩。应当了解插塞600的形状和构造可取决于将与插塞600一起形成的水道的所要形状和构造而改变。

在本发明的一些实现中，插塞600可由石墨、碳或具有适当材料特性的其他材料形成。例如，插塞600可由不会在熔渗或烧结期间明显熔化或腐蚀的材料形成。如下文更详细说明，通过使用由不明显熔化的材料形成的插塞600，插塞600可相对容易地从熔渗的钻具上去除。

本发明的一种方法可包含提供硬质颗粒材料和研磨切削介质的胎体，诸如上述硬质颗粒材料和研磨切削介质材料。在本发明的一些实现中，硬质颗粒材料可包括粉末混合物。所述方法还可涉及将胎体压制或另外成形为所要形式。例如，所述方法可涉及使胎体形成为环状冠部形状。所述方法随后可涉及将多个插塞放置到胎体中。例如，所述方法可涉及将底部表面602放置到对应于切削面的环状冠部的表面中以形成凹口112、212、312、412。所述方法另可或或可涉及将插塞600放置到环状冠部的主体中与对应于切削面的环状冠部的表面相距一定距离以形成密封槽430。

所述方法随后可用粘合剂熔渗胎体。粘合剂可包括铜、锌、银、钼、镍、钴或其混合物和合金。粘合剂从而可冷却至胎体(硬质颗粒材料和研磨切削介质)的接合，从而将胎体粘合在一起。粘合剂不会明显接合到插塞600，从而允许去除插塞600以暴露轴向或双向渐缩水道。

本发明的另一种方法大致包含提供胎体并且用胎体填充其中放置插塞600的模具。模具可由粘合材料不会明显接合的材料形成，诸如例如石墨或碳。所述方法随后可涉及通过重力和/或振动压实胎体。所述方法随后可涉及用包括上述材料中的一种或多种的粘合剂熔渗胎体。粘合剂从而可冷却至胎体(硬质颗粒材料和研磨切削介质)的接合，从而将胎体粘合在一起。粘合剂不会明显接合到插塞600或模具，从而允许去除插塞600以暴露轴向或双向渐缩水道。

在胎体熔渗之前、之后或前后，本发明的一种或多种方法可包含将胎体烧结为所要密度。因为烧结涉及结构内孔隙的压实和去除，所以被烧结结构可在烧结过程期间收缩。烧结期间，结构可能经历介于1％与40％之间的线性收缩。因此，在设计结构中未完全烧结的工具(模具、模等)或加工部件时可能需要考虑并且想到尺寸收缩。

根据本发明的一些实现，熔渗过程的时间和/或温度可增大以允许粘合剂填满胎体的大量和更大量孔。这可在烧结期间减少收缩并且增大所得钻具的强度。

本发明因此体现为其他特定形式而不脱离其精神或实质特征。仅将所描述的实施方案全面视作说明性而非限制性的。例如，在本发明的一些实现中，轴向渐缩水道可通过将材料从冠部中去除而非使用插塞而形成。因此，在一些实现中，可通过使用水柱、雷射、放电加工(EDM)或其他技术将水道加工或切削为冠部而形成轴向渐缩水道。本发明的范围因此由附属权利要求规定而非上述描述。在权利要求的等效含义和范围内的所有改变涵盖于其范围内。

Claims

1.一种孕镶式取芯钻头，其包括：

长柄；

环状冠部，其包含穿过其中的纵轴、切削面、内表面和外表面，所述环状冠部围绕所述纵轴界定构造为接收芯样的内部空间，所述环状冠部限定多个凹口，每个凹口从所述切削面相对于所述纵轴延伸到所述环状冠部中达第一距离并从所述内表面沿径向延伸到所述外表面，其中所述多个凹口的每个凹口轴向渐缩，由此所述多个凹口的每个凹口均具有可变的纵向尺寸，其中每个凹口的外表面处的纵向尺寸大于所述凹口的内表面处的纵向尺寸，所述多个凹口的每个凹口径向渐缩，由此所述多个凹口的每个凹口均具有可变的宽度，其中每个凹口的外表面处的宽度大于内表面处的宽度，

其中所述环状冠部由选择的胎体材料一体形成，所述选择的胎体材料包括胎体和分散遍及所述胎体的多个研磨切削介质，所述选择的胎体材料的胎体被构造成钻蚀以暴露所述胎体内的研磨切削介质。

2.根据权利要求1所述的孕镶式取芯钻头，还包括在所述冠部中形成的至少一个密封槽，其中在所述冠部中在与所述切削面相距第二距离处形成第一行密封槽。

3.根据权利要求2所述的孕镶式取芯钻头，其中每个密封槽沿周向定位成不会位于所述多个凹口的任何凹口之下。

4.根据权利要求2所述的孕镶式取芯钻头，其中所述第一距离大于所述第二距离，由此所述凹口的一部分与所述第一行密封槽轴向重叠。

5.根据权利要求1所述的孕镶式取芯钻头，其进一步包括从所述内表面朝向所述外表面延伸的至少一个内凹槽，所述至少一个内凹槽的每个内凹槽沿着所述内表面从所述多个凹口的相应凹口朝向所述长柄轴向延伸。

6.根据权利要求1所述的孕镶式取芯钻头，其进一步包括从所述外表面朝向所述内表面延伸的至少一个外凹槽，所述至少一个外凹槽的每个外凹槽沿着所述外表面从所述多个凹口的相应凹口朝向所述长柄轴向延伸。

7.根据权利要求1所述的孕镶式取芯钻头，其进一步包括密封在所述冠部内的至少一个流体通道，所述至少一个流体通道的每个流体通道从所述长柄延伸到所述多个凹口的相应凹口。

8.根据权利要求7所述的孕镶式取芯钻头，其进一步包括围绕所述冠部的所述内表面延伸的薄壁，其中所述薄壁将所述多个凹口与所述内部空间隔开。

9.根据权利要求2所述的孕镶式取芯钻头，其中所述至少一个密封槽包括多个密封槽，而且所述多个密封槽的相邻的密封槽沿轴向彼此隔开。

10.根据权利要求9所述的孕镶式取芯钻头，其中所述多个密封槽的相邻的密封槽沿周向彼此隔开。

11.根据权利要求10所述的孕镶式取芯钻头，其中所述多个密封槽包括沿轴向彼此交错的多行密封槽。

12.根据权利要求11所述的孕镶式取芯钻头，其中所述多行密封槽中的多个密封槽成螺旋形地定位在所述冠部中。

13.根据权利要求1所述的孕镶式取芯钻头，其中所述多个研磨切削介质包括天然金刚石、合成金刚石、氧化铝、碳化硅、氮化硅、碳化钨、立方氮化硼、氧化铝、或引晶或未引晶溶胶-凝胶氧化铝中的一种或多种。

14.根据权利要求1所述的孕镶式取芯钻头，其中每个凹口限定至少第一侧表面和相对的第二侧表面，所述第一侧表面在垂直于所述冠部的内表面的方向上从所述冠部的内表面延伸到所述冠部的外表面，所述第二侧表面从所述冠部的内表面渐缩到所述冠部的外表面。

15.根据权利要求1所述的孕镶式取芯钻头，其中每个凹口限定至少第一侧表面和相对的第二侧表面，所述第一侧表面和所述第二侧表面从所述冠部的内表面沿径向渐缩到所述冠部的外表面，所述第二侧表面的径向渐缩大于所述第一侧表面的径向渐缩。

16.一种形成具有轴向渐缩的凹口的钻头的方法，包括：

形成环状冠部，所述环状冠部包括硬质颗粒材料和多个研磨切削介质；

将多个插塞放置在所述环状冠部中，所述多个插塞中的每个插塞的纵向尺寸沿着其长度从第一末端增大到第二相对末端；

用被构造来接合到所述硬质颗粒材料和所述多个研磨切削介质的粘合材料熔渗所述环状冠部；和

将所述多个插塞从所述环状冠部上去除以暴露多个轴向渐缩的凹口。

17.根据权利要求16所述的方法，其进一步包括烧结经熔渗的所述环状冠部。

18.一种钻孔系统，其包括：

钻孔机；

钻柱，其被调适来固定到所述钻孔机并且由所述钻孔机旋转；和

根据权利要求1至15中任一项所述的钻头。