[其他]反循环连续取心冲击器和封隔器

说明书

本发明是一种用于水文、工程、地质钻探的新钻具。它可实现液动冲击回转反循环连续取心钻进（C.S.R）。即可取样，亦可采集岩心。

反循环连续取心钻进是通过双壁钻杆内外管之环状间隙将冲洗液送入孔底，利用冲洗液反循环液流在钻杆柱内的上升力，使岩心连续不断地从孔底输送到地表。经过缓慢弯曲的导管进入到岩心箱中，这是一种比较完善的取心方法。它不仅取得真实有代表性的样品，而且边钻边取，岩样的无污染性和代表性都比较高，能够准确反映岩层的原生结构，埋藏深度和分层线。但是这一钻进方法由于钻头壁较厚，尅取岩石面大，遇到硬岩钻进效率低。遇破碎地层岩样易堵塞，不得不经常提钻给施工带来很大困难，严重影响该方法优越性的发挥。

本发明是提供一种钻具来实现冲击回转反循环连续取心钻进，主要目的就是克服上述这些缺点，使反循环连续取心钻探提高到一个新的高技术领域。它不但能够进行高效率钻进，而且能有效地预防和减轻岩心堵塞，获取更大的技术经济效益。

本发明是这样实现的：在反循环钻头与双壁钻杆之间设置一台中空式冲击器，这是一个阀控全液压系统，它依靠各自上下承压部位存在着面积差的阀和冲锤，通过节流所产生的压力，利用阀和锤关开所产生的液体压力变化来实现冲击往复冲击运动，所产生的纵向的冲击力作用于钻头，加剧了岩石破碎的程度，从而提高了钻进速度。而纵向冲击力所产生的振动波则减少了岩心在钻头处及钻杆内上升过程中出现堵塞的可能性。本发明使用特殊结构的钻头并在冲击器处设置了若干道新型封隔器，足以产生反循环使冲洗液从钻杆内返回地表，而在钻杆处仅有极少泄漏。钻进时，冲洗液从双壁钻杆环状间隙送入孔内，流过冲击器设在下接头中的节流孔时产生局部液流压力升高，故有压差分别作用于阀及冲锤，两者分别上行，当抵上死点，两者接触水路关闭产生水锤效应，在高压水作用下，阀和冲锤一同下行冲击铁砧之后进入下一个循环。冲洗液经过钻头由钻杆中心孔携带岩心上返地面。

图1：钻具连接示意图    双壁钻杆〔1〕    封隔器〔2〕    冲击器〔3〕    封隔器〔4〕    扩孔器〔5〕    钻头〔6〕

图2：冲击器主要结构纵向剖面图

图3：组合密封结构图

图4：封隔器剖面图    内管〔1〕    封隔器体〔2〕    轴套〔3〕密封圈〔4〕    以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

参照图2，与双壁钻杆内钻杆连接的内管〔1〕被置于冲击器以便输送岩心，阀〔7〕安装在具有镀铬内孔的上接头〔3〕中并与之以动配合相配，阀〔7〕上有两个密封段，每段密封分别由三道组合密封构成，组合密封〔5〕〔8〕的密封环用聚四氟乙烯制成，在密封环槽内设有O型密封圈，密封〔5〕〔8〕的园面积比最好为1∶1.2～3，阀〔7〕与内管〔1〕配合处设置了密封圈，以便更好地完成往复冲击运动，上接头〔3〕与中接头〔15〕以螺纹连接。中接头〔15〕加工有效置密封填料〔14〕的台阶，为减少摩擦阻力和提高耐磨性，冲锤〔18〕与密封填料〔14〕相配合部分镀硬铬，镀硬铬段长度为100～300毫米。用聚四氟乙烯碳素纤维作密封填料〔14〕，冲锤〔18〕的下密封段中同样设置三道组合密封〔21〕。其技术要求与阀〔7〕的密封要求相同，冲锤〔18〕上部的断面积与组合密封〔21〕的园面积比最好为1∶1.3～3.5。以利用液压较好的实现自激往复冲击运动，密封〔21〕在外壳〔16〕内往复运动，外壳〔16〕内孔镀硬铬使摩擦阻力减小耐磨性增强，外壳〔16〕与中接头〔15〕以螺纹连接。外壳〔16〕中部开有通水孔，安装后外壳上的呼吸内管即保证水路畅通又保证了冲击器工作时岩粉不会进入冲击器内部，外壳〔16〕的另一端与花键套〔23〕螺纹连接，带有纵向花键的联动接头〔24〕与花键相配，联动接头内有节流孔，利用节流使冲击器内水压增高以达到驱动冲锤〔18〕和阀〔7〕运动的目的。联动接头〔24〕与花键套〔23〕之间安装了调节冲锤〔18〕自由行程的调节垫〔25〕。

参照图4封隔器体〔2〕车有装配滑动轴套〔3〕的槽，该槽两端均有锥角45°-75°，装在封隔器体〔2〕上的滑动轴套〔3〕由一种具有自润性的材料含油轴承制成。它由两块对称组合而成，轴瓦的两端垂直于轴线方向上均加工了45°～75°的锥面，以防岩粉进入轴套，提高灵活性和耐磨性，为提高隔水效果，轴套〔3〕与密封圈〔4〕接触的外表面做成锥度为1∶3或1∶5，密封圈〔4〕装在轴套上，起到封隔作用。

上述装置结构简单，操作者极易掌握，使用寿命长，可靠性强，实用性强，正常情况下钻进效率有一定提高，岩样堵塞机会大为减少。