CN107476765A - 液压驱动水下钻机钻头结构 - Google Patents

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Hunan Zhuangyuan Geological Equipment Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种液压驱动水下钻机钻头结构，包括同轴设置的岩心管、直通接头、卡簧和钻头，所述钻头为由钻头钢体和金刚石胎体经热压成型的一体式结构，所述卡簧为与倒圆锥面锥度一致的倒圆锥弹性管状结构，侧壁设有轴向开口，其安装在钻头钢体内，所述直通接头前端设有向内的环状凸台。本发明的钻头结构，钻头和卡簧的结构设计巧妙，简化了传统取芯中要用到卡簧、卡簧座、短接、扩孔器等诸多工具，在钻进过程中，能够有效减缓卡簧和卡簧座的磨损，延长使用寿命，防止岩芯表面损坏，在取芯过程中，卡簧座同时将整个卡簧向内挤压，使得卡簧紧紧卡住岩芯，有效防止卡簧随卡簧座一起向上运动，使钻、取岩芯一次操作即可完成。

Description

液压驱动水下钻机钻头结构
技术领域
本发明涉及海洋勘探机械设备，具体涉及一种用于获取造礁珊瑚岩芯的液压驱动水下钻机钻头结构。
背景技术
造礁珊瑚又名造礁石珊瑚，主要分布于温暖、透明度高、贫营养的热带浅水海域。造礁珊瑚对环境变化非常敏感，其钙质骨骼中的同位素和元素组成，可用来重建高分辨率的海水温度、盐度、pH值、降雨量等信息，成为研究热带海洋气候变化，特别是当今最热门的全球变化、海洋酸化以及人类活动对气候环境影响最直接的载体。因此，造礁珊瑚岩芯样本的获取在海洋科学的研究与开发中具有至关重要的作用。
国内在海底勘探装备领域的研究起步较晚，近年来开始重视这方面的研究，目前，用于获取造礁珊瑚岩芯样本的液压驱动水下钻机，其自动化程度普遍不高，需要人工辅助工作，依赖性较强，钻机作业效率较低。目前，对于钻进结束后的岩芯取出，大部分都是采用绳索取芯方式，取芯过程较为复杂，取样过程要三次升降操作才能获取一回次的岩芯样，耗时耗力。而现有的卡簧取芯方式，在钻进过程中，卡簧与岩芯或岩芯管之间产生相互转动，卡簧容易磨损失效，同时，钻头在提升过程中，卡簧不能紧紧卡住岩芯，而随着钻头一起提升，导致无法卡断岩芯。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、卡断效果好的液压驱动水下钻机钻头结构，为科研人员提供高质量的造礁珊瑚岩芯样本，降低使用成本。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种液压驱动水下钻机钻头结构，包括同轴设置的岩心管、直通接头、卡簧和钻头，以钻头钻进方向为前，所述岩心管前端和直通接头后端螺纹连接，所述钻头为由后端的钻头钢体和前端的金刚石胎体经热压成型的一体式结构，所述钻头钢体后端内壁和直通接头前端螺纹连接，前端内壁设有倒圆锥面，所述倒圆锥面的最小内径大于金刚石胎体内径，最大内径为钻头钢体内壁孔径，所述卡簧为与倒圆锥面锥度一致的倒圆锥弹性管状结构，侧壁设有轴向开口，其安装在钻头钢体内，所述卡簧在挤压状态下的最小外径大于第一倒圆锥面的最小内径，且在胀开状态下的最大外径小于钻头钢体内壁孔径，所述卡簧内壁为带齿圆锥面，且在挤压状态下的最小内径略小于金刚石胎体内径，所述直通接头前端设有向内的环状凸台，所述环状凸台内径大于金刚石胎体内径且小于卡簧在挤压状态下的最大外径。
优选的，为便于岩芯卡入卡簧中，所述卡簧前端还设有内导锥。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
钻头和卡簧的结构设计巧妙，一体式结构的钻头设计，简化了传统取芯中要用到卡簧、卡簧座、短接、扩孔器等诸多工具，在钻进过程中，卡簧和钻头钢体接触部位很少，产生的摩擦小，有效减缓卡簧和钻头钢体的磨损，延长使用寿命，同时卡簧和岩芯之间只产生滑动，不会破坏岩芯的表面，保证岩芯形状规整。钻头钢体和卡簧具有锥度一致的倒圆锥面，在钻进结束提升钻具时，钻头钢体与岩芯同时作用将整个卡簧向钻头钢体底部挤压，使得卡簧紧紧卡住岩芯，从而可以方便地钻取和卡断岩芯，使钻、取岩芯一次操作即可完成。
附图说明
图1为本发明的钻头结构示意图；
附图标记说明：1-岩芯管，2-直通接头，3-卡簧，4-钻头，5-钻头钢体，6-金刚石胎体，7-倒圆锥面，8-环状凸台，9-轴向开口，10-内导锥。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例1：
如图1所示，一种液压驱动水下钻机钻头结构，包括同轴设置的岩心管1、直通接头2、卡簧3和钻头4。以钻头4钻进方向为前，岩心管1前端和直通接头2后端螺纹连接，钻头4为由后端的钻头钢体5和前端的金刚石胎体6经热压成型的一体式结构，钻头钢体5后端内壁和直通接头2前端螺纹连接，前端内壁设有倒圆锥面7，该倒圆锥面7的最小内径大于金刚石胎体6内径，最大内径为钻头钢体5内壁孔径。卡簧3为与倒圆锥面7锥度一致的倒圆锥弹性管状结构，侧壁设有轴向开口9，前端设有内导锥10，安装在钻头钢体5内。卡簧3在挤压状态下的最小外径大于第一倒圆锥面7的最小内径，且在胀开状态下的最大外径小于钻头钢体5内壁孔径，卡簧3内壁为带齿圆锥面，且在挤压状态下的最小内径略小于金刚石胎体6内径。直通接头2前端设有向内的环状凸台8，该环状凸台8的内径大于金刚石胎体6的内径且小于卡簧3在挤压状态下的最大外径。
本申请中，卡簧3的挤压状态是指卡簧3未受力的自由状态，卡簧3的胀开状态是指岩芯穿过卡簧3将其向外撑开的状态。从图中可以看出，卡簧3的活动范围被限制在环状凸台8和倒圆锥面7之间，在未钻进之前，卡簧3可在两者之间上下活动及转动。当钻头4开始钻入时，由于金刚石胎体6的内径大于卡簧3内径，岩芯首先接触到卡簧3前端的内导锥，将卡簧3向上推动，当卡簧3抵触到环状凸台8时，岩芯将会被挤入到卡簧3中，此时卡簧3处于胀开状态，由于卡簧3在胀开状态下的最大外径小于钻头钢体5内壁孔径，卡簧3和钻头钢体5之间依然保持间隙，从而在整个钻进过程中，卡簧3不会转动，能够减少与钻头钢体5的转动摩擦，同时卡簧3和岩芯之间只存在上下滑动，也减少对岩芯表面的磨损。钻进结束后，向上提升钻头4时，卡簧3因与岩芯的摩擦力将往倒圆锥面7移动，在倒圆锥面7的挤压下，变小内外径，达到卡紧岩心的状态，此时再稍微转动钻具，岩心将会被卡簧3卡断，由于岩芯被卡簧3卡住，而卡簧3又无法从钻头钢体5中脱出，从而使钻、取岩芯一次操作即可完成。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种液压驱动水下钻机钻头结构，其特征在于，包括同轴设置的岩心管(1)、直通接头(2)、卡簧(3)和钻头(4)，以钻头(4)钻进方向为前，所述岩心管(1)前端和直通接头(2)后端螺纹连接，所述钻头(4)为由后端的钻头钢体(5)和前端的金刚石胎体(6)经热压成型的一体式结构，所述钻头钢体(5)后端内壁和直通接头(2)前端螺纹连接，前端内壁设有倒圆锥面(7)，所述倒圆锥面(7)的最小内径大于金刚石胎体(6)内径，最大内径为钻头钢体(5)内壁孔径，所述卡簧(3)为与倒圆锥面(7)锥度一致的倒圆锥弹性管状结构，侧壁设有轴向开口(9)，其安装在钻头钢体(5)内，所述卡簧(3)在挤压状态下的最小外径大于第一倒圆锥面(7)的最小内径，且在胀开状态下的最大外径小于钻头钢体(5)内壁孔径，所述卡簧(3)内壁为带齿圆锥面，且在挤压状态下的最小内径略小于金刚石胎体(6)内径，所述直通接头(2)前端设有向内的环状凸台(8)，所述环状凸台(8)内径大于金刚石胎体(6)内径且小于卡簧(3)在挤压状态下的最大外径。
2.根据权利要求1所述的液压驱动水下钻机钻头结构，其特征在于，所述卡簧(3)前端还设有内导锥(10)。
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