CN215292409U - 深孔复杂地层绳索取芯钻探装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种深孔复杂地层绳索取芯钻探装置，其包括钻管和多个设置于钻管端部的切削具，所述钻管呈管状结构，所述切削具呈块状结构并一体成型于钻管的端部，多个所述切削具环绕钻管的中心轴线设置，所述切削具开设有连接孔；还包括复合片，所述复合片呈弧形的柱状结构，所述连接孔的中心轴线呈弧形，所述复合片插设于连接孔内并与连接孔的孔壁固定连接，所述复合片位于切削具外侧一端的朝向与钻管对应复合片的外壁的切向位于同一平面内。本申请能够有效的减小掉齿现象发生的可能性。

Description

深孔复杂地层绳索取芯钻探装置

技术领域

本申请涉及地质钻探装置的领域，尤其是涉及一种深孔复杂地层绳索取芯钻探装置。

背景技术

在地质勘察的过程中，为了获取更深层次的岩层样本，常采用绳索取芯钻探的方法，通过伸缩取芯钻探的方法获得地下深层次的岩体样本，从而能够准确的勘察到地质的数据。而在绳索取芯钻探的过程中，常采用复合片钻头进行钻探，但是现有的复合片钻头在使用时因考虑到复合片承受的冲击和载荷，导致钻探的进度相对较慢。

为了解决上述技术问题，现有技术中申请号为CN202020860812.4的中国专利公开了一种金刚石复合片复合钻头，其技术要点为：包括复合片切削具、金刚石切削具、扇形水口和钢体，钢体为中空柱状结构，多个金刚石切削具围绕钢体的中心轴线呈环状布置在钢体的端部，相邻两个金刚石切削具之间设有扇形水口；每个金刚石切削具上均设有复合片切削具，相邻两个复合片切削具之间交错设置，一个靠近中心轴线设置，一个远离中心轴线设置。

针对上述中的相关技术，发明人认为在实际使用时，复合片会受到较大的冲击以及胎体冲蚀而脱离，导致复合片发生掉齿现象，会在后续二次钻进过程中，存在对复合钻头产生较大干扰的可能性。

实用新型内容

为了减小掉齿现象发生的可能性，本申请提供一种深孔复杂地层绳索取芯钻探装置。

本申请提供的一种深孔复杂地层绳索取芯钻探装置采用如下的技术方案：

一种深孔复杂地层绳索取芯钻探装置，包括钻管和多个设置于钻管端部的切削具，所述钻管呈管状结构，所述切削具呈块状结构并一体成型于钻管的端部，多个所述切削具环绕钻管的中心轴线设置，所述切削具开设有连接孔；还包括复合片，所述复合片呈弧形的柱状结构，所述连接孔的中心轴线呈弧形，所述复合片插设于连接孔内并与连接孔的孔壁固定连接，所述复合片位于切削具外侧一端的朝向与钻管对应复合片的外壁的切向位于同一平面内。

通过采用上述技术方案，在使用时，复合片通过插设于连接孔内并固定连接于连接孔的孔壁，由于复合片呈弧形的圆柱状结构，使得在钻取岩芯时受到的冲击力，能够分散为多个不同方向的力传递至切削具，其中部分冲击力通过复合片位于连接孔的端部传递至切削具，其他部分通过复合片周向的外壁传递至连接孔的孔壁，从而能够将复合片承受的冲击力相对较为均匀的从不同的角度传递至切削具，以减小复合片承受的单向的转矩，能够有效的增加复合片承受冲击力的能力，减小因断裂而产生掉齿现象的可能性。

可选的，所述复合片包括位于连接孔内的连接端以及位于连接孔外的切削端，所述连接端呈弧形的柱状结构，所述连接端的外壁包覆有一层将其焊接于连接孔内壁的焊接层。

通过采用上述技术方案，切削端用于钻取岩芯，连接端通过焊接层固定连接于连接孔的孔壁，并能够通过焊接层做一定的缓冲，进一步增加复合片承受冲击力的能力。

可选的，所述焊接层位于连接端背离开口一侧焊接层的厚度自连接孔朝外依次增大，所述焊接层位于连接端朝向开口一侧的焊接层的厚度自连接孔朝外依次减小，所述焊接层的屈服强度小于复合片的抗折强度，所述焊接层的屈服强度大于360MPa。

通过采用上述技术方案，使得复合片承受钻取岩芯时的冲击力时，连接端会产生相对较大的转矩，此时由于焊接层位于连接端背离开口一侧焊接层的厚度自连接孔朝外依次增大，焊接层位于连接端朝向开口一侧的焊接层的厚度自连接孔朝外依次减小；在连接端因冲击力过大而转动时，焊接层能够提供相对较大的塑性形变余量，优化缓冲的效果；同时还能够在连接端位于连接孔内的端部提供相对较为稳定的支撑，减小对岩芯钻取的影响。

可选的，所述连接孔的内壁成型有多个沿其延伸路径延伸的连接槽。

通过采用上述技术方案，连接槽能够有效的增加焊接层与连接孔的孔壁的接触面积，以优化使用时焊接层与连接孔的孔壁之间连接的稳定性。

可选的，所述连接端成型有连接块。

通过采用上述技术方案，连接块能够有效的增加连接端与焊接层之间连接的稳定性，减小因焊接层塑性形变，导致复合片和焊接层脱离而发生掉齿的可能性。

可选的，所述连接孔对应连接端朝向弯折一侧外壁的孔壁开设有焊接槽。

通过采用上述技术方案，焊接槽能够使得焊接层相对较为稳定的结合于连接孔的孔壁，即使焊接层发生塑性形变，也能够通过焊接槽的槽壁限制焊接层的脱离，进一步优化使用时的稳定性。

可选的，所述切削具对应钻管所在位置径向的投影呈直角梯形，所述切削具位于切削端朝向的一端的端面平行于钻管的中心轴线。

通过采用上述技术方案，能够使得在钻取岩芯时，冲击力传递至切削具之后，切削具直角梯形投影中斜边所在端面能够对切削具整体做支撑，将冲击力部分分解为沿钻管轴向的力，增加切削具承受因冲击力而产生的转矩的能力。

可选的，所述切削具位于复合片弯折方向一侧的端面开设有出水孔，所述出水孔的开口朝向相邻切削具远离钻管一端的顶部。

通过采用上述技术方案，在使用时，能够通过出水孔连通水源，通过水对切削具和复合片做冷却，减小因摩擦而产生高温的可能性，降低使用时复合片的工作温度。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

在使用时，复合片通过插设于连接孔内并通过焊接层固定连接于连接孔的孔壁，由于复合片呈弧形的圆柱状结构，使得在钻取岩芯时受到的冲击力，能够分散为多个不同方向的力传递至切削具，其中部分冲击力通过复合片位于连接孔的端部传递至切削具，其他部分通过复合片周向的外壁传递至连接孔的孔壁，从而能够将复合片承受的冲击力相对较为均匀的从不同的角度传递至切削具，以减小复合片承受的单向的转矩，能够有效的增加复合片承受冲击力的能力，减小因断裂而产生掉齿现象的可能性。

附图说明

图1是本申请实施例的结构示意图。

图2是本申请实施例的局部剖视结构示意图。

图3是图2中A部分的放大结构示意图。

附图标记说明：1、钻管；2、切削具；21、连接孔；211、焊接槽；22、连接槽；23、出水孔；3、复合片；31、连接端；311、连接块；32、切削端；4、焊接层。

具体实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种深孔复杂地层绳索取芯钻探装置。参照图1和图2，深孔复杂地层绳索取芯钻探装置包括钻管1和多个切削具2，钻管1呈管状结构，切削具2呈块状结构并固定连接于钻管1沿轴向一端的端部，并且多个切削具2环绕钻管1的中心轴线设置。切削具2远离钻管1的端面开设有连接孔21，连接孔21的中心轴线呈弧形，即连接孔21的孔壁呈弧形的管状结构。

参照图2和图3，连接孔21内插设有复合片3，复合片3用于切削地层的岩土等。复合片3呈弧形的柱状结构，复合片3包括连接端31和切削端32。连接端31呈弧形的柱状结构，切削端32呈圆柱状结构。连接端31整体插设于连接孔21内，切削端32位于切削具2的外侧，并且切削端32远离连接端31一端朝向与钻管1对应复合片3所在位置的切向位于同一平面内，即切削端32朝向所在切削具2其中一个相邻切削具2远离钻管1的顶部，多个复合片3的切削端32位于切削具2外侧端部的均朝向钻管1转动的方向。

在使用时，由于复合片3呈弧形的圆柱状结构，能够在切削端32承受切削岩体的载荷时，因为连接端31呈弧形，使得冲击力能够分散传递，部分通过连接端31的端部传递至连接孔21的孔壁，其他部分通过连接端31的周向外壁传递至连接孔21的孔壁，从而将冲击力能够相对较为均匀的传递至切削具2整体，增加复合片3和切削具2之间承受冲击力的能力，同时还能够通过连接孔21使得复合片3相对较为稳定的连接于切削具2，从而减小使用过程中复合片3相对切削具2脱离的可能性。

参照图2和图3，连接端31的外壁包覆有一层用于将其焊接于连接孔21内壁的焊接层4。焊接层4为采用焊接材料将连接端31焊接于连接孔21的孔壁的过程中成型的，并且焊接层4位于连接端31背离开口一侧的厚度自连接孔21内侧至开口侧逐渐增大；焊接层4位于连接端31开口一侧的厚度自连接孔21内侧至开口侧逐渐减小，并且焊接层4的屈服强度小于复合片3的抗折强度，焊接层4的屈服强度大于360MPa。

在使用时，复合片3承受的载荷会通过焊接层4传递至连接孔21的孔壁，由于焊接层4的屈服强度小于复合片3的抗折强度，焊接层4的屈服强度大于360MPa，从而使得焊接层4能够承受钻取岩芯时的冲击的同时，还能够在复合片3承受较大的冲击力时，能够通过焊接层4位于的塑性形变吸收冲击力产生的能量，以做缓冲，减小使用时复合片3因承受过大的冲击而发生掉齿或断裂的情况出现；此外，焊接层4位于连接端31背离开口一侧的厚度自连接孔21内侧至开口侧逐渐增大；焊接层4位于连接端31开口一侧的厚度自连接孔21内侧至开口侧逐渐减小，能够使得复合片3在通过焊接层4的塑性形变做缓冲时，焊接层4能够具有相对较大的塑性形变的空间，以优化缓冲效果。

此外，为了增大焊接层4与连接孔21孔壁之间的稳定性，连接孔21的内壁成型有多个沿其延伸路径延伸的连接槽22，以增加焊接层4与连接孔21的接触面积，从而优化焊接层4连接于连接孔21孔壁的稳定性。

参照图2和图3，连接端31的外壁成型有连接块311，优选为连接块311位于连接端31朝向弯折一侧的内壁。连接孔21对应连接端31朝向弯折一侧外壁的孔壁开设有焊接槽211，从而能够有效的增加焊接层4与连接端31之间连接的稳定性，以及焊接层4与连接孔21的孔壁之间连接的稳定性，减小因焊接层4塑性形变和振动，导致焊接层4相对连接孔21脱离导致掉齿发生的可能性。

切削具2对应钻管1所在位置的径向的投影呈直角梯形，并且切削具2位于所连接的切削端32朝向的一端的端面与钻管1中心轴线平行，并且切削端32远离连接端31一端的端面与钻管1中心轴线的夹角为5-20°，以使得复合片3在切削岩石时，能够以负斜镶方式切削破碎岩石，达到只需较小的作用力即可获得所需的压入深度的目的；同时使得切削具2在承受复合片3传递的冲击力时，能够通过切削具2直角梯形投影中斜边所在的一端将冲击力转化分解为不同方向的力传递至钻管1，以优化切削具2承受冲击的能力。

为了减小在钻取岩芯时，复合片3因摩擦导致温度过高的情况出现的可能性，切削具2位于复合片3弯折方向一侧的端面开设有出水孔23，即出水孔23开设于切削具2的直角梯形投影中直角斜边所在端面的外壁，以用于连通水源，对切削具2和复合片3做降温处理。出水孔23的开口朝向相邻切削具2远离钻管1一端的顶部。

本申请实施例一种深孔复杂地层绳索取芯钻探装置的实施原理为：在使用时，连接端31通过焊接层4焊接于连接孔21的孔壁，并在切削岩土的过程中，焊接层4能够通过塑性形变为复合片3承受的冲击力做缓冲，减小因冲击力过大导致复合片3断裂而发生掉牙的情况发生；同时连接块311和焊接槽211的存在，能够有效地优化焊接层4与连接孔21的孔壁以及连接端31之间的整体性。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种深孔复杂地层绳索取芯钻探装置，包括钻管（1）和多个设置于钻管（1）端部的切削具（2），其特征在于：所述钻管（1）呈管状结构，所述切削具（2）呈块状结构并一体成型于钻管（1）的端部，多个所述切削具（2）环绕钻管（1）的中心轴线设置，所述切削具（2）开设有连接孔（21）；

还包括复合片（3），所述复合片（3）呈弧形的柱状结构，所述连接孔（21）的中心轴线呈弧形，所述复合片（3）插设于连接孔（21）内并与连接孔（21）的孔壁固定连接，所述复合片（3）位于切削具（2）外侧一端的朝向与钻管（1）对应复合片（3）的外壁的切向位于同一平面内。

2.根据权利要求1所述的深孔复杂地层绳索取芯钻探装置，其特征在于：所述复合片（3）包括位于连接孔（21）内的连接端（31）以及位于连接孔（21）外的切削端（32），所述连接端（31）呈弧形的柱状结构，所述连接端（31）的外壁包覆有一层将其焊接于连接孔（21）内壁的焊接层（4）。

3.根据权利要求2所述的深孔复杂地层绳索取芯钻探装置，其特征在于：所述焊接层（4）位于连接端（31）背离开口一侧焊接层（4）的厚度自连接孔（21）朝外依次增大，所述焊接层（4）位于连接端（31）朝向开口一侧的焊接层（4）的厚度自连接孔（21）朝外依次减小，所述焊接层（4）的屈服强度小于复合片（3）的抗折强度，所述焊接层（4）的屈服强度大于360MPa。

4.根据权利要求2所述的深孔复杂地层绳索取芯钻探装置，其特征在于：所述连接孔（21）的内壁成型有多个沿其延伸路径延伸的连接槽（22）。

5.根据权利要求2所述的深孔复杂地层绳索取芯钻探装置，其特征在于：所述连接端（31）成型有连接块（311）。

6.根据权利要求2所述的深孔复杂地层绳索取芯钻探装置，其特征在于：所述连接孔（21）对应连接端（31）朝向弯折一侧外壁的孔壁开设有焊接槽（211）。

7.根据权利要求2所述的深孔复杂地层绳索取芯钻探装置，其特征在于：所述切削具（2）对应钻管（1）所在位置径向的投影呈直角梯形，所述切削具（2）位于切削端（32）朝向的一端的端面平行于钻管（1）的中心轴线。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的深孔复杂地层绳索取芯钻探装置，其特征在于：所述切削具（2）位于复合片（3）弯折方向一侧的端面开设有出水孔（23），所述出水孔（23）的开口朝向相邻切削具（2）远离钻管（1）一端的顶部。

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