CN218092921U - 一种取心装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种取心装置，涉及地质钻探领域，该取心装置包括依次连接的钻杆、钻头、连接盘和刀翼，钻杆和钻头可拆卸式固定连接，钻头和连接盘固定连接，连接盘和刀翼可拆卸式固定连接，连接盘上设有卡块，刀翼上设有与卡块相匹配的卡槽；本实用新型通过将连接盘和刀翼设置为可拆卸式固定连接，以及将钻头与钻杆设置为可拆卸式固定连接，令钻头或刀翼受到损坏时，仅需单独更换受损的部件即可，无需整体更换钻杆、钻头和刀翼，降低了取心装置的使用成本，且在连接盘上设置卡块，在刀翼上设置与卡块相匹配的卡槽，使得连接盘与刀翼连接的更稳定，减缓了刀翼与钻头连接处的应力集中问题，令刀翼更不易损坏，进一步降低了取心装置的使用成本。

Description

一种取心装置

技术领域

本实用新型涉及地质钻探领域，特别是涉及一种取心装置。

背景技术

专利文件CN215369704U中钻杆上固定安装有钻头，钻头和刀翼上分别设有相对应的螺纹孔一和螺纹孔二，当刀翼磨损严重时，可单独对刀翼进行更换，避免了整体更换钻杆、钻头和刀翼增加的使用成本，但刀翼通过紧固螺栓连接在钻头上，连接稳固性较差，刀翼易在破碎地层时产生晃动，加剧了刀翼的磨损，且刀翼在破碎地层时，地层对刀翼的反作用力易使得刀翼与钻头的连接处应力集中，导致刀翼磨损加剧，同时，当钻头磨损严重时，由于钻杆固定安装有钻头，钻头与钻杆需要同时更换。

专利文件CN213743316U中钻齿通过定位块与取心钻头端面的定位槽插接，并通过紧固螺栓贯穿定位槽与钻齿定位块表面的螺纹孔连接，将钻齿固定在定位槽内，当钻齿磨损严重时，避免了传统一体式取芯钻头磨损后需要更换整个钻头的情况，降低了取心钻头的维护成本，但钻齿通过紧固螺栓连接在取心钻头端面上，连接稳定性较差，使得刀齿易在破碎地层时产生额外的振动，使得刀齿磨损加快，且刀齿与取心钻头的连接处容易因应力集中而损坏，导致刀齿需频繁更换，再者，当取心钻头因磨损需要更换时，需要将取芯钻头和钻杆一体更换。

申请人在仔细研究上述文件后发现：采用上述形式的取心装置，其虽可以在刀翼磨损时实现刀翼的单独更换，但刀翼在使用过程中极易磨损，需频繁更换，使用成本较大，且钻头在磨损后更换时需要与钻杆一体更换，令取心装置的使用成本进一步增加，故如何减小刀翼在使用过程中的磨损，且在刀翼或钻头磨损时，实现刀翼或钻头的单独更换，进而降低取心装置的使用成本成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种取心装置，以解决上述现有技术存在的问题，通过将连接盘和刀翼设置为可拆卸式固定连接，并将钻头与钻杆设置为可拆卸式固定连接，令钻头或刀翼受到损坏时，仅需更换受损的部件即可，无需整体更换钻头和刀翼，降低了取心装置的使用成本，且在连接盘上设置卡块，在刀翼上设置与卡块相匹配的卡槽，使得连接盘与刀翼连接的更稳定，并减轻了连接盘与刀翼连接处应力集中的问题，令刀翼更不易损坏，从而进一步降低取心装置的使用成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型提供一种取心装置，优选地，包括依次连接的钻杆、钻头、连接盘和刀翼，所述钻杆和所述钻头可拆卸式固定连接，所述钻头和所述连接盘固定连接，所述连接盘和所述刀翼可拆卸式固定连接，所述连接盘上设有卡块，所述刀翼上设有与所述卡块相匹配的卡槽。

优选地，所述连接盘和所述刀翼的连接处位于所述刀翼的端部。

优选地，所述连接盘和所述刀翼螺纹连接。

优选地，所述刀翼设有多个，且沿所述连接盘环向分布。

优选地，所述刀翼远离所述连接盘的一侧设有多个从高到低依次排列的刀齿。

优选地，所述刀齿包括依次设置的梯形刀齿和锥形刀齿。

优选地，所述刀翼呈扇形。

优选地，所述钻杆靠近所述钻头的一端固定连接有扩张套管，所述扩张套管的直径大于所述钻头的直径。

优选地，所述钻头和所述扩张套管上设有第一排屑槽，相邻所述刀翼之间形成有排屑部，所述排屑部与相邻所述刀翼之间形成有第二排屑槽。

优选地，所述刀翼和所述刀齿均为钨钢合金材质，所述钻头和所述扩张套管均为硬质合金材质。

本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：

1.本实用新型采用将连接盘和刀翼设置为可拆卸式固定连接，且将钻头与钻杆设置为可拆卸式固定连接，以及在连接盘上设置卡块，在刀翼上设置与卡块相匹配的卡槽的方式，使得连接盘与刀翼连接的更稳定，令刀翼在破碎地层过程中不会产生额外的振动，并减缓了刀翼与钻头连接处的应力集中问题，令刀翼更不易损坏，降低了取心装置的使用成本，同时，在钻头或刀翼受到损坏时，仅需单独更换受损的部件即可，无需整体更换钻杆、钻头和刀翼，进一步降低了取心装置的使用成本。

2.本实用新型采用将刀翼与连接盘的连接处设置在刀翼的端部，且沿连接盘环向设置多个刀翼的方式，增强了刀翼破碎地层时刀齿的稳定性，提高了刀翼的力学性能，令刀翼更不易损坏，同时，环向布置刀翼，使得地层的应力可均匀分散向周边，避免了因刀翼非环向布置，局部刀翼与地层接触时，地层应力不能及时释放，集中作用到局部刀翼，令局部刀翼损坏的问题，从而降低了取心装置维护刀翼的成本。

3.本实用新型采用在刀翼上设置多个从高到低依次排列的刀齿，且刀齿包括依次设置的梯形刀齿和锥形刀齿的方式，使得刀翼上刀齿形成台阶结构，减少了刀翼在钻探地层时的径向振动，降低了刀翼的磨损，并令梯形刀齿和锥形刀齿依次接触地层，对地层进行预破碎，释放地层的应力，防止地层应力对钻头造成较大损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为取心装置的结构图；

图2为取心装置连接盘与刀翼连接处的剖视图；

图3为刀翼的轴测图；

其中，1、钻杆；2、钻头；3、刀翼；4、扩张套管；5、第一排屑槽；6、连接盘；7、卡块；8、卡槽；9、螺栓；10、梯形刀齿；11、锥形刀齿；12第二排屑槽。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1所示，本实施例提供了一种取心装置，包括依次连接的钻杆1、钻头2、连接盘6和刀翼3，钻杆1和钻头2可拆卸式固定连接，钻头2和连接盘6固定连接，连接盘6和刀翼3可拆卸式固定连接，这使得钻头2或刀翼3产生磨损需要更换时，仅需单独拆下刀翼3或钻头2完成更换即可，无需将钻杆1、钻头2和刀翼3一体更换，降低了取心装置的使用成本，且连接盘6上设有卡块7，刀翼3上设有与卡块7相匹配的卡槽8，这使得刀翼3与连接盘6连接的更稳定，刀翼3在钻探地层时不会产生额外的振动，同时增大了刀翼3与连接盘6的连接处面积，避免了刀翼3在工作时，地层对刀翼3的反作用力使得刀翼3与连接盘6的连接处应力集中，加剧刀翼3损坏的问题，从而进一步降低了取心装置的使用成本。

且钻头2的直径大于钻杆1的直径，从而在地质钻探过程中进行孔洞的钻取；钻杆1靠近钻头2的一端设有扩张套管4，扩张套管4的直径大于钻杆1的直径，以便对钻头2钻取出的孔洞进行扩张，并对孔洞内侧地层起到支撑作用，防止孔洞内侧土壤塌陷，以在取心工作完成后，钻杆1可快速带动钻头2回到地面。

再者，钻头2和扩张套管4外侧设有第一排屑槽5，以便及时排出岩屑，避免了岩屑堆积在钻头2和扩张套管4外侧，对钻头2或扩张套管4造成磨损或导致扩张套管4或钻头2外侧温度升高，缩短钻头2和扩张套管4寿命的问题，若岩屑不能及时排出，钻头2破碎地层产生的岩屑颗粒还会堆积在钻头2钻取的孔洞底部，导致钻头2重复破碎，降低钻孔速度，增加钻井成本，当岩屑堆积较多时甚至会附着在孔洞内壁形成岩屑床，而岩屑床一旦形成，将会增大钻杆1的扭矩，导致钻杆1上提和下放困难；易造成卡钻等复杂情况，威胁孔洞的安全钻进。

需要说明的是，钻头2和钻杆1之间可为螺栓连接，但不仅限于螺栓连接，只要满足钻头2和钻杆1之间连接稳定性要求，且在钻头2磨损需更换时，将钻头2从钻杆上1拆卸下来即可(属于可拆卸式固定连接的连接方式均可)；钻头2和连接盘6之间为固定连接，比如一体成型或焊接等方式。

如图2所示，钻头2远离钻杆的一端设有连接盘6，连接盘6远离钻头2一侧设有卡块7，且卡块7与钻头2之间形成有环形槽，当刀翼3安装到连接盘6上时，刀翼3靠近连接盘的一侧会与钻头2的一端相接触；安装时，将连接盘6的卡块7置于刀翼3卡槽8内部，后将刀翼3通过螺栓9安装到连接盘6上，当刀翼3安装完毕后，每个刀翼3的卡槽8均应贴合连接盘6卡块7的外表面。

如图3所示，刀翼3呈扇形，且多个扇形刀翼3通过螺栓9连接在连接盘6上，并呈环形分布，这使得刀翼3在破碎地层时，地层应力可被均匀分散到各个扇形刀翼3上，每个扇形刀翼3仅需承担较小程度的应力即可，避免了现有技术中钻头采用非环形分布的刀翼，导致钻头在地质钻探过程中，地层产生的应力集中作用于局部刀翼3，导致局部刀翼受到的应力超过自身屈服极限而发生断裂，使得刀翼3需频繁更换，增加取心装置使用成本的问题。

并且，刀翼3与连接盘6的(螺栓)连接处位于刀翼3远离连接盘6一侧的端部，并靠近刀齿，这是由于刀翼3在破碎地层时，刀齿为主要受力点，故(螺栓)连接处越靠近刀齿，刀齿的力学性能更好：刀齿在破碎地层时更稳定，在与地层接触时不会产生晃动。

需要说明的是，刀翼3与连接盘6的连接方式并不仅限于螺栓连接，卡扣连接等可满足刀翼3与连接盘6可拆卸式固定连接的方式均可。

再次参考图3，刀翼3上从高到低依次设置有多个刀齿，并形成有台阶结构，这可以有效地限制刀翼3以及钻头2径向振动，防止钻头2出现回旋，从而提高取心装置的稳定性，使其钻进过程中更加平稳。

并且，刀翼3上依次设置有梯形刀齿10和锥形刀齿11，使得刀翼3在磨削破岩的基础上还有剪切、犁削等破碎方式，相比于磨削方式更利于岩石破碎，且地层吃入性较好，因而能有效的破碎岩石，并在一定程度上提高取心装置的钻速，同时，梯形刀齿10和锥形刀齿11与岩石相互作用时接触间隙比常规刀齿较大，有利于岩屑的排除和冷却，进而延长刀翼3和钻头2的使用寿命。

此外，相邻刀翼3之间设置有排屑部，排屑部与相邻刀翼3之间形成有第二排屑槽12，以便将岩屑及时排出，防止大量岩屑堆积在刀翼3处，导致刀翼3表面温度过高，降低刀翼3使用寿命，且需要注意的是，岩屑不能及时排出，还会停留在钻头2钻取的孔洞内，导致卡、埋、包钻等现象发生，改变孔洞内应力分布从而破坏孔洞的平衡，严重甚至造成孔洞塌陷。

同时，钻头2的四周侧壁还设有若干个喷水孔(图中未示出)，以便在取心装置钻探地层过程中，向钻头2表面及时喷出冷却剂进行冷却，防止钻头2表面温度过热，从而延长钻头2的使用寿命。

刀翼3和刀齿均为钨钢合金材质，钻杆1、钻头2和扩张套管4均为硬质合金材质，且钻杆1、扩张套管4、钻头2和刀翼3的表面均涂有耐磨和耐腐蚀材料，以便提高其硬度，防止其在地质钻探过程中与氧化物质接触生锈，从而提高取心装置的使用寿命。

本实用新型中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种取心装置，其特征在于：包括依次连接的钻杆、钻头、连接盘和刀翼，所述钻杆和所述钻头可拆卸式固定连接，所述钻头和所述连接盘固定连接，所述连接盘和所述刀翼可拆卸式固定连接，所述连接盘上设有卡块，所述刀翼上设有与所述卡块相匹配的卡槽。

2.根据权利要求1所述的一种取心装置，其特征在于：所述连接盘和所述刀翼的连接处位于所述刀翼的端部。

3.根据权利要求2所述的一种取心装置，其特征在于：所述连接盘和所述刀翼螺纹连接。

4.根据权利要求2所述的一种取心装置，其特征在于：所述刀翼设有多个，且沿所述连接盘环向分布。

5.根据权利要求2所述的一种取心装置，其特征在于：所述刀翼远离所述连接盘的一侧设有多个从高到低依次排列的刀齿。

6.根据权利要求5所述的一种取心装置，其特征在于：所述刀齿包括依次设置的梯形刀齿和锥形刀齿。

7.根据权利要求1所述的一种取心装置，其特征在于：所述刀翼呈扇形。

8.根据权利要求5所述的一种取心装置，其特征在于：所述钻杆靠近所述钻头的一端固定连接有扩张套管，所述扩张套管的直径大于所述钻头的直径。

9.根据权利要求8所述的一种取心装置，其特征在于：所述钻头和所述扩张套管上设有第一排屑槽，相邻所述刀翼之间形成有排屑部，所述排屑部与相邻所述刀翼之间形成有第二排屑槽。

10.根据权利要求8所述的一种取心装置，其特征在于：所述刀翼和所述刀齿均为钨钢合金材质，所述钻头和所述扩张套管均为硬质合金材质。

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