CN213869732U - 一种松散土石层用复合片取样钻头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了地质钻探技术领域的一种松散土石层用复合片取样钻头，包括钻头钢体，为管状结构，内部设有贯穿两端的取样内孔，一端为工作面，工作面的外环为环形锥面，所述环形锥面的内环连接有水平环面；冷却水路，由取样内孔侧壁纵向环绕钻头钢体工作面延伸至钻头钢体外壁的凹槽；复合片安置槽，减少了水平面的环状工作面的面积，而将钻头改为锥体，同时在锥体上增设多个复合片齿，通过复合片齿的切割断面来对土层进行切割，形成切割，而不是依靠磨切来钻孔，不仅能够在钻孔的过程中很好的挤压孔壁，将孔壁压紧磨光，起到稳定孔壁的作用，减少了发生钻孔坍塌的情况，还能够减少摩擦面积，有效提高了钻孔速度。

Description

一种松散土石层用复合片取样钻头

技术领域

本实用新型涉及地质钻探技术领域，特别是涉及一种松散土石层用复合片取样钻头。

背景技术

地质钻探时，需要将地下的地质土层样品取出，并做记录，还需要对从地下取出的土样进行各种检测和分析，当遇到需要对松散的土层进行取样时，很难进行取样，因为松散的土样会顺着岩心管和取样钻头中间的通道散落掉下，并且在钻孔内形成堆积，松散的较大的颗粒物在钻孔内会累积数米的高度，严重影响了钻探取样的作业，不仅会导致取样深度错误，而且有可能导致岩心管根本取不到样土。

这种松散的土层取样时，钻孔很容易发生坍塌，也就是钻孔没有钻杆挤压的深度位置，很容易出现孔壁松散将钻头卡住，造成埋钻情况。

为了改变以上情况，所以需要一种专用的松散土石层取样机构，需要安装在钻头上，可是这样一来，安装的钻头的工作面就很厚，也就是钻头与土层水平的接触的面积就很大，导致钻头不是在钻孔而是变成了磨孔，非常容易造成烧钻的情况发生，而且这样靠磨的钻孔速度会很慢，明显达不到正常的钻孔速度。

基于此，本实用新型设计了一种松散土石层用复合片取样钻头，以解决上述问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种松散土石层用复合片取样钻头，减少了水平面的环状工作面的面积，而将钻头改为锥体，同时在锥体上增设多个复合片齿，通过复合片齿的切割断面来对土层进行切割，形成切割，而不是依靠磨切来钻孔，不仅能够在钻孔的过程中很好的挤压孔壁，将孔壁压紧磨光，起到稳定孔壁的作用，减少了发生钻孔坍塌的情况，有效避免埋钻情况的发生，还能够减少摩擦面积，变成斜向挤压钻孔，从而起到减少烧钻的几率，有效提高了钻孔速度。

本实用新型是这样实现的：一种松散土石层用复合片取样钻头，包括：

钻头钢体，为管状结构，内部设有贯穿两端的取样内孔，一端为工作面，工作面的外环为环形锥面，所述环形锥面的内环连接有水平环面；

冷却水路，由取样内孔侧壁纵向环绕钻头钢体工作面延伸至钻头钢体外壁的凹槽；

复合片安置槽，开设在钻头钢体的工作面和外壁上，为一个纵向横切在跨越钻头钢体环面的条形凹槽，

每个所述复合片安置槽都与一个冷却水路相邻，且所述复合片安置槽与冷却水路相邻的接触面相通，多个所述复合片安置槽和多个冷却水路均匀的围绕布满在钻头钢体环形的工作面上，多个所述复合片安置槽和多个冷却水路将钻头钢体整个环形工作面均匀的分隔为多个工作断面；

复合片齿，为带有切割断面的切割片，以不同角度固定在复合片安置槽内；

每个复合片安置槽内都布满了多个复合片齿。

进一步地，所述冷却水路是由内水槽、锥面水槽和外水槽依次连接而成的，所述外水槽竖直开设在钻头钢体的外壁，所述内水槽竖直开设在取样内孔的侧壁，所述锥面水槽开设在钻头钢体的工作端面上，所述内水槽和外水槽通过锥面水槽连通。

进一步地，所述复合片安置槽是由端面槽、锥面槽和外槽依次连接而成横跨钻头钢体工作面的长条形凹槽，所述端面槽开设在工作面的内环水平换面上，所述锥面槽和外槽都开设在工作面外环的环形锥面上，所述外槽与钻头钢体的外壁相邻，所述端面槽和外槽通过锥面槽连通。

进一步地，所述复合片齿为切掉了一块小半圆的圆片状金刚石复合片，所述复合片齿的切掉的面为竖直的切割断面，所述复合片齿的弦弧高度H与其直径D的尺寸比例范围为：H在2/3D-5/6D的长度之间。

进一步地，所述端面槽、锥面槽和外槽内都固定了一个复合片齿；

所述端面槽内复合片齿的切割断面竖直的面向取样内孔固定；

所述锥面槽内复合片齿的切割断面朝外固定，且所述切割断面与钻头钢体的环形锥面平行；

所述外槽内复合片齿的切割断面朝外竖直固定，且所述切割断面的中线与钻头钢体的外壁弧面顶点在同一直线上。

进一步地，所述钻头钢体工作面的环形锥面与竖直外壁之间的角度A范围在35°-70°之间。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过通过控制将钻头本体的工作面由水平的改为倾斜的环形锥体，这样减少了水平的摩擦面积，钻杆的推力是向下的，如果钻头与土层水平的摩擦面积太大，很容易发生烧钻的情况，本装置通过减少了钻头上水平面摩擦的面积，来减少烧钻的情况，同时在锥体上增设多个复合片齿，通过复合片齿的切割断面来对土层进行切割，形成切割，而不是依靠磨切来钻孔，并且通过钻头钢体的锥面将钻孔底部松散的土层挤压到钻孔侧壁上去，在通过钻头侧壁将松散的土质挤压紧密，使得土层不易松散塌陷，不容易在钻孔底部出现埋钻的情况，并且钻头本体的侧壁上有外保径层，会将松散的土层钻磨光滑，使得本装置提钻的时候更顺畅，而且通过这种锥体的钻头挤压松散的土层的钻孔方式，使得钻孔速度更快了，提高了钻孔、取样的效率；而且本装置的复合片安置槽与通冷却水的冷却水路是相通的，确保了复合片齿的及时降温，更有效的减少了烧钻和埋钻情况发生的几率。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型整体组装完成的剖面示意图；

图2为本实用新型复合片齿结构示意图；

图3为本实用新型钻头钢体未安装复合片齿的示意图；

图4为本实用新型钻头钢体工作面的仰视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-钻头钢体，11-取样内孔，2-复合片齿，21-切割断面，3-冷却水路，31- 内水槽，32-锥面水槽，33-外水槽，4-复合片安置槽，41-端面槽，42-锥面槽， 43-外槽。

具体实施方式

请参阅图1至4所示，本实用新型提供一种技术方案：一种松散土石层用复合片取样钻头，包括：

钻头钢体1，为管状结构，内部设有贯穿两端的取样内孔11，一端为工作面，工作面的外环为环形锥面，所述环形锥面的内环连接有水平环面；

冷却水路3，由取样内孔11侧壁纵向环绕钻头钢体1工作面延伸至钻头钢体1外壁的凹槽；

复合片安置槽4，开设在钻头钢体1的工作面和外壁上，为一个纵向横切在跨越钻头钢体1环面的条形凹槽，

每个所述复合片安置槽4都与一个冷却水路3相邻，且所述复合片安置槽4与冷却水路3相邻的接触面相通，多个所述复合片安置槽4和多个冷却水路3均匀的围绕布满在钻头钢体1环形的工作面上，多个所述复合片安置槽4和多个冷却水路3将钻头钢体1整个环形工作面均匀的分隔为多个工作断面；

复合片齿2，为带有切割断面21的切割片，以不同角度固定在复合片安置槽4内；

每个复合片安置槽4内都布满了多个复合片齿2，减少了水平面的环状工作面的面积，而将钻头改为锥体，同时在锥体上增设多个复合片齿2，通过复合片齿2的切割断面21来对土层进行切割，形成切割，而不是依靠磨切来钻孔，不仅能够在钻孔的过程中很好的挤压孔壁，将孔壁压紧磨光，起到稳定孔壁的作用，减少了发生钻孔坍塌的情况，有效避免埋钻情况的发生，还能够减少摩擦面积，变成斜向挤压钻孔，从而起到减少烧钻的几率，有效提高了钻孔速度。

其中，冷却水路3是由内水槽31、锥面水槽32和外水槽33依次连接而成的，所述外水槽33竖直开设在钻头钢体1的外壁，所述内水槽31竖直开设在取样内孔11的侧壁，所述锥面水槽32开设在钻头钢体1的工作端面上，所述内水槽31和外水槽33通过锥面水槽32连通，确保冷却水能够均匀分散的从取样内孔11顺着冷却水路3流出到钻头钢体1的外壁上，降温效果好；

复合片安置槽4是由端面槽41、锥面槽42和外槽43依次连接而成横跨钻头钢体1工作面的长条形凹槽，所述端面槽41开设在工作面的内环水平换面上，所述锥面槽42和外槽43都开设在工作面外环的环形锥面上，所述外槽43与钻头钢体1的外壁相邻，所述端面槽41和外槽43通过锥面槽42连通，确保复合片齿2的安装路径和分布，能够对地层形成更有效的切割；

复合片齿2为切掉了一块小半圆的圆片状金刚石复合片，所述复合片齿2 的切掉的面为竖直的切割断面21，所述复合片齿2的弦弧高度H与其直径D 的尺寸比例范围为：H在2/3D-5/6D的长度之间，确保复合片齿2的切割强度，以及切割面的宽度，技能保证切割效率又能使复合片齿2不易断裂，这个数据是钻孔的行业标准；

端面槽41、锥面槽42和外槽43内都固定了一个复合片齿2；

所述端面槽41内复合片齿2的切割断面21竖直的面向取样内孔11固定；

所述锥面槽42内复合片齿2的切割断面21朝外固定，且所述切割断面 21与钻头钢体1的环形锥面平行；

所述外槽43内复合片齿2的切割断面21朝外竖直固定，且所述切割断面21的中线与钻头钢体1的外壁弧面顶点在同一直线上，这样的复合片齿2 和端面槽41、锥面槽42和外槽43的安装配合位置关系，确保复合片齿2的切割断面21的切割位置，能够更有效的对地层进行切削；

钻头钢体1工作面的环形锥面与竖直外壁之间的角度A范围在35°-70°之间，角度调整，确保在松散土层中钻头钢体1对钻孔侧壁的挤压，形成紧实的孔壁。

在本实用新型的一个具体实施例中：

本实用新型实施例通过提供一种松散土石层用复合片取样钻头，本实用新型所解决的技术问题是：1、现有的钻头的工作面是直筒状的，导致这种钻头取样时，钻孔的孔壁没有经过压实，松软土层的钻孔，很容易在钻杆和钻头上下取样过程中掉落碎石，碎石掉落数量较大时可以在钻孔的孔底形成数米深的沉积，堵塞钻孔导致无法正常取样，而且这样的松软钻孔的孔壁很容易塌陷，容易发生埋钻等情况；2、现有的钻头，因为工作面基本都是水平的，这样在对松软土层钻孔时，是靠钻头的水平的工作面在对土层进行磨削，所有通过切割面的切割都是通过磨削在对地下土质进行磨削，这样的钻孔方式阻力大，发热量大，容易烧钻；3、一般的钻头，的冷却液是通过钻头的内孔流入钻孔的孔底的，然后在孔底对切割面进行降温，有时钻头没有探底，在钻孔的孔道中也在转动，而冷却液或者泥浆直接从孔底流走了，冷却液不能直接作用在钻孔的工作面上，导致烧钻的情况也有可能发生；

实现了的技术效果为：1、本装置通过在钻头钢体1的工作面端做成环形锥面，使得本装置能够通过环形锥面对孔壁进行挤压，将孔壁压实，有效减少了钻孔塌陷和散落碎石的情况发生；

2、本装置通过在复合片安置槽4内安装多个带有切割断面21的复合片齿2，使得本装置的钻头是通过复合片齿2的切割断面21对取样内孔11、孔底以及孔壁进行切割的，而不再是磨削，是真正的切削，提高了切割速度，减少了发热量，使得孔壁切割后更加紧实，不易发生坍塌；

3、因为本装置的复合片齿2安装的复合片安置槽4是直接与冷却水路3 连通的，并且安装复合片安置槽4的每个槽位都与一个水槽连通，确保所有的复合片齿2都能及时得到降温，使得本装置钻头在工作时，不易烧钻。

本实用新型实施例中的技术方案为解决上述问题，总体思路如下：

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本实用新型在制作时，因为本装置是专门针对松软土层取样的，所以内部必须要设计中空的取样内11，取样内孔11上下轴线方向贯穿钻头本体，并且取样内孔11与钻头钢体1同轴线，因为本装置是需要专门搭载取样机构的，钻头钢体1内部的取样内孔11内需要通过螺纹安装取样机构，再通过钻头钢体1的螺纹将搭载的取样机构一起安装在钻杆上，所以需要钻头钢体1厚度比较大，现有的钻头工作面是水平的，这样就会导致水平的摩擦面太宽，很容易因为摩擦阻力太大导致钻孔比较困难，而且摩擦面积太大，导致钻头钢体1的摩擦面发热量过大而导致烧钻的情况，并且现有的钻头是直筒状的，提钻时容易被松散的孔壁卡住，取样时很容易发生钻孔坍塌，发生埋钻事故；

本装置就将钻头钢体1的工作面改为了锥体，如图3所示，并且在这个锥体的工作面上均匀的开设了多个冷却水路3和复合片安置槽4，并且锥体的工作面、冷却水路3和复合片安置槽4相互依次间隔，形成一个完整的钻头钢体1工作端面，而冷却水路3和复合片安置槽4都是由取样内孔11的侧壁一直延伸到钻头钢体1的外壁上的，都是附着在钻头钢体1内外的凹槽，在同一个复合片安置槽4内焊接三个复合片齿2，然后复合片齿2外壁包裹了金刚石层，复合片齿2的安装角度如图1所示，所有的切割断面21都要面对土层，切割断面21是对土层进行切割的面，复合片齿2的弦弧高度H与其直径 D的尺寸比例范围为：H在2/3D-5/6D的长度之间，如图2所示，也就是说，当复合片齿2的直径D为6cm时，高度H范围在4cm-5cm之间，这样能够确保复合片齿2的刚度，也能拥有良好的切割宽度，需要确保每个冷却水路3都与相邻的复合片安置槽4相通，并且端面槽41、锥面槽42和外槽43内都安装了一个复合片齿2。

本实用新型在使用时，通过钻杆向下推挤钻头钢体1，然后钻头钢体1在松软的土层下行钻孔，通过固定在复合片安置槽4内的多个复合片齿2的切割断面21来切割土层，端面槽41的复合片齿2的切割断面21是朝向取样内孔11内部的，将样品切割平整，而锥面槽42的复合片齿2的切割断面21是斜面向下的，用来切割钻孔底部的土层，不仅将外部的土质挤压到钻孔的孔壁上，而且还能将孔底侧面切削为平整面，切割速度更快，是切削不再是磨削了，是通过一个狭长的切割断面21进行切割，如图1所示，这样不仅减小了水平面的工作摩擦面积，而且将直筒状改为了环形的锥体状，锥体能够通过侧壁有效的将多余的松软土质挤压到钻孔侧壁上，形成挤压力，挤压更加紧密，同时将孔壁打磨光滑了，有效避免埋钻的情况发生，而钻杆内灌注的冷凝水会顺着取样内孔11向下流动，冷凝水会顺着取样内孔11分散流入多个不同的内水槽31，然后顺着内水槽31绕过钻头钢体1的工作端，接下来流入锥面水槽32，最后顺着流入连接的外水槽33，这样冷却水路3就能很好的对冷却水进行均匀的分散导流，有效的给钻头钢体1形成降温，因为是松散土石层，水流能够有很好的穿过性，本装置能够将钻头的工作面分为多段来进行均匀的分散降温，降温效果更佳，并且每个冷却水路3都与复合片安置槽4相互连通，能够有效的对工作的复合片齿2和切割断面21进行冷却降温，并且即使本装的钻头钢体1不触底，因为冷却水路3都与复合片安置槽4相通，冷却水也会直接作用在复合片齿2上进行降温，有效减少了烧钻的情况发生。

钻头钢体1的工作面就是指钻头钢体1上的刀片和金刚石刀片在下行切割的时候与土层的转动摩擦和切割的面，这个相对摩擦或者切割的面就是工作面，也就是最下端的面。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (6)

1.一种松散土石层用复合片取样钻头，其特征在于，包括：

钻头钢体(1)，为管状结构，内部设有贯穿两端的取样内孔(11)，一端为工作面，工作面的外环为环形锥面，所述环形锥面的内环连接有水平环面；

冷却水路(3)，由取样内孔(11)侧壁纵向环绕钻头钢体(1)工作面延伸至钻头钢体(1)外壁的凹槽；

复合片安置槽(4)，开设在钻头钢体(1)的工作面和外壁上，为一个纵向横切在跨越钻头钢体(1)环面的条形凹槽，

每个所述复合片安置槽(4)都与一个冷却水路(3)相邻，且所述复合片安置槽(4)与冷却水路(3)相邻的接触面相通，多个所述复合片安置槽(4)和多个冷却水路(3)均匀的围绕布满在钻头钢体(1)环形的工作面上，多个所述复合片安置槽(4)和多个冷却水路(3)将钻头钢体(1)整个环形工作面均匀的分隔为多个工作断面；

复合片齿(2)，为带有切割断面(21)的切割片，以不同角度固定在复合片安置槽(4)内；

每个复合片安置槽(4)内都布满了多个复合片齿(2)。

2.根据权利要求1所述的一种松散土石层用复合片取样钻头，其特征在于：所述冷却水路(3)是由内水槽(31)、锥面水槽(32)和外水槽(33)依次连接而成的，所述外水槽(33)竖直开设在钻头钢体(1)的外壁，所述内水槽(31)竖直开设在取样内孔(11)的侧壁，所述锥面水槽(32)开设在钻头钢体(1)的工作端面上，所述内水槽(31)和外水槽(33)通过锥面水槽(32)连通。

3.根据权利要求1所述的一种松散土石层用复合片取样钻头，其特征在于：所述复合片安置槽(4)是由端面槽(41)、锥面槽(42)和外槽(43)依次连接而成横跨钻头钢体(1)工作面的长条形凹槽，所述端面槽(41)开设在工作面的内环水平换面上，所述锥面槽(42)和外槽(43)都开设在工作面外环的环形锥面上，所述外槽(43)与钻头钢体(1)的外壁相邻，所述端面槽(41)和外槽(43)通过锥面槽(42)连通。

4.根据权利要求3所述的一种松散土石层用复合片取样钻头，其特征在于：所述复合片齿(2)为切掉了一块小半圆的圆片状金刚石复合片，所述复合片齿(2)的切掉的面为竖直的切割断面(21)，所述复合片齿(2)的弦弧高度H与其直径D的尺寸比例范围为：H在2/3D-5/6D的长度之间。

5.根据权利要求4所述的一种松散土石层用复合片取样钻头，其特征在于：所述端面槽(41)、锥面槽(42)和外槽(43)内都固定了一个复合片齿(2)；

所述端面槽(41)内复合片齿(2)的切割断面(21)竖直的面向取样内孔(11)固定；

所述锥面槽(42)内复合片齿(2)的切割断面(21)朝外固定，且所述切割断面(21)与钻头钢体(1)的环形锥面平行；

所述外槽(43)内复合片齿(2)的切割断面(21)朝外竖直固定，且所述切割断面(21)的中线与钻头钢体(1)的外壁弧面顶点在同一直线上。

6.根据权利要求1所述的一种松散土石层用复合片取样钻头，其特征在于：所述钻头钢体(1)工作面的环形锥面与竖直外壁之间的角度A范围在35°-70°之间。

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