单水道钻头以及使用单水道钻头的系统技术方案

本发明专利技术的具体实施包括钻孔工具，所述钻孔工具具有可增加冲洗和钻头寿命，同时也减少堵塞的轴向渐缩的水道。所述钻孔工具可具有延伸到所述切削面中的单个凹口以及从所述切削面延伸到所述钻孔工具的内部空间的多个孔。具体实施还包括具有钻孔工具的钻孔系统，所述钻孔工具具有单个凹口和多个孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍

本专利技术整体涉及可用于钻地质构造和/或人工构造的钻孔工具，并且涉及制造和使用此类钻孔工具的方法。技术背景钻头和其他钻孔工具通常用于在岩石和其他地层中钻孔以用于勘探或其他目的。用于此类操作的一种类型的钻头是孕镶钻头。孕镶钻头包括可由包含粉末状硬颗粒材料(诸如碳化钨)的基质形成的切削部分或钻冠。硬颗粒材料可被烧结并且/或者用粘结剂(诸如铜合金)渗透。此外，孕镶钻头的切削部分可被孕镶有(impregnatedwith)研磨切削介质，诸如天然或合成金刚石。在钻孔操作期间，研磨切削介质在支撑基质材料被磨掉时逐渐暴露。通过支撑基质的磨损而连续暴露新的研磨切削介质，从而形成切削部分，可有助于提供总是锐利的切削表面。孕镶钻孔工具可在工具的切削部分被消耗前继续高效地切削。一旦工具的切削部分被消耗，工具变钝并且通常需要置换。孕镶钻头和大多数其他类型的钻孔工具通常需要在钻孔操作期间使用钻孔流体或空气。通常，钻孔流体或空气从表面通过钻柱并且经过钻头面泵送。钻孔流体然后可通过钻柱和钻孔壁之间的间隙返回到表面。作为另外一种选择，钻孔流体可沿在钻柱和地层之间形成的环面向下，经过钻头面泵送并且通过钻柱返回。钻孔流体可起到若干重要作用，包括将切屑向上冲洗并且离开钻孔，从钻头面清除切屑以使得研磨切削介质造成过度的钻头磨损，在钻孔期间润滑和冷却钻头面，以及减小旋转钻柱的摩擦。为了有助于引导钻孔流体遍布钻头面，钻头将通常包括靠近切削面的水道或通道，其从内径到外径穿过钻头。因此，水道可同时有助于冷却钻头面和冲走切屑。不幸的是，当在破碎和研磨性地层中钻孔，或以高渗透率钻孔时，碎屑可能堵塞水道，从而阻碍钻孔流体的流动。从钻头内侧行进到外侧的钻孔流体的减少可导致切屑的去除不足，钻头的不均匀磨损，较大摩擦力的生成，钻头灼热，或可最终导致钻头故障的其他问题。此外，经常在破碎和研磨性地面条件下，松散材料不会平稳地送入到钻柱或岩心筒中。用于减少水道堵塞的当前解决方案包括增加水道的深度，增加水道的宽度，以及使水道的侧面沿径向渐缩，因此在水道从钻头的内径延伸到外径时，其宽度增加。虽然这些方法中的每种在一定程度上可减少堵塞并且增加冲洗，但它们也各自呈现出从一个水平到另一个水平的各种缺点。例如，更深的水道可降低钻头的强度，减小钻孔流体在水道入口处的速度，并且因此降低钻孔流体的冲洗能力，并且由于涉及将水道切削成钻头的坯体中的额外加工而增加制造成本。更宽的水道可减小钻头面的切削表面，并且因此降低钻头的钻孔性能并且减小钻孔流体在水道入口处的速度。类似地，径向渐缩的水道可减小钻头面的切削表面并且减小钻孔流体在水道入口处的速度。应当理解，当前解决方案中的许多可从钻头的内径去除比钻头的外径更大百分比的材料，从而创建水道。在内径处减小的钻头体体积可导致钻头在内径处的过早磨损。这样的过早磨损可导致钻头失效并且通过需要更频繁地置换钻头而增加钻孔成本。常规钻头的切削表面缺水导致切屑去除率下降，从而导致切削表面的磨损增加。此外，缺乏水流还可最小化地在钻头高速旋转运行过程中从切削表面去除热。这些熟知的钻头设计还与相对较低的渗透率和减小的接触应力测量值相关联。因此，常规水道存在许多可被解决的缺点。具体地讲，在相关领域中，需要向钻头的切削表面更高效提供高速流体流并去除源自切削表面的热量的钻头。在相关领域中，还需要与普通钻头相比提供更高的切屑去除率和渗透率的钻头。
技术实现思路
本专利技术的具体实施利用可提供钻孔流体在钻孔工具的切削面周围的改善流动的钻孔工具、系统和方法克服了本领域中的一个或多个问题。例如，本专利技术的一个或多个具体实施包括具有水道的钻孔工具，其可增加钻孔流体在水道入口处的速度，并且从而提供切屑的改善冲洗。具体地讲，本专利技术的一个或多个具体实施包括具有轴向渐缩的水道的钻孔工具。例如，岩芯取样钻头的一个具体实施可包括柄和环形钻冠。环形钻冠可包括纵向轴线、切削面、内表面和外表面。环形钻冠可限定围绕纵向轴线的内部空间以用于接纳钻芯样品。钻头还可包括从环形钻冠的内表面延伸到外表面的至少一个水道。至少一个水道可为轴向渐缩的，由此至少一个水道在环形钻冠的外表面处的纵向尺寸大于至少一个水道在环形钻冠的内表面处的纵向尺寸。另外，钻孔工具的具体实施可包括柄和固定到柄的切削部分。切削部分可包括切削面、内表面和外表面。钻孔工具还可包括一个或多个水道，所述水道由从切削部分的内表面延伸到外表面的第一侧表面、从切削部分的内表面延伸到外表面的相对第二侧表面、以及在第一侧表面和第二侧表面之间延伸并且从切削部分的内表面延伸到外表面的顶部表面限定。顶部表面可沿大致从切削面朝向柄的方向从切削部分的内表面到外表面渐缩。此外，地钻钻头的具体实施可包括柄和固定到柄并且延伸远离柄的钻冠。钻冠可包括切削面、内表面和外表面。钻头还可包括多个凹口，所述凹口在内表面处以第一距离延伸到切削面中并且在外表面处以第二距离延伸到切削面中。第二距离可大于所述第一距离，并且多个凹口可从钻冠的内表面延伸到外表面。形成具有轴向渐缩的水道的钻头的方法的具体实施可涉及形成由硬颗粒材料和多种研磨切削介质构成的环形钻冠。该方法还可涉及将多个塞放置在环形钻冠内。多个塞中的每个塞可沿着其长度从第一端部到相对第二端部增加纵向尺寸。该方法可另外涉及用粘结剂材料渗透环形钻冠，该粘结剂材料被构造成粘结到硬颗粒材料和多种研磨切削介质。此外，该方法可涉及从渗透的环形钻冠移除多个塞以暴露多个轴向渐缩的水道。除上述之外，钻孔系统可包括钻机、适于固定到钻机并且由钻机旋转的钻柱、以及适于固定到钻柱的钻头。钻头可包括柄和环形钻冠。环形钻冠可包括纵向轴线、切削面、内表面和外表面。环形钻冠可限定围绕纵向轴线的内部空间以用于接纳钻芯样品。环形钻冠还可包括从内表面延伸到外表面的至少一个水道。至少一个水道可为轴向渐缩的，由此至少一个水道在环形钻冠的外表面处的纵向尺寸大于至少一个水道在环形钻冠的内表面处的纵向尺寸。在一个方面，本文所公开的是具有纵向轴线的岩芯取样钻头。岩芯取样钻头可包括柄和环形钻冠。环形钻冠可围绕钻头的纵向轴线。环形钻冠可具有切削面、内表面和外表面。环形钻冠和柄可配合以限定围绕纵向轴线的被构造成接纳钻芯样品的内部空间。环形钻冠可限定单个凹口，并且凹口可从内表面到外表面径向延伸。凹口可相对于纵向轴线从切削面轴向延伸到环形钻冠的至少一部分中。环形钻冠可进一步限定多个孔。多个孔中的每个孔可在内表面和外表面之间封闭在环形钻冠内。多个孔中的至少一个孔可从切削面延伸到内部空间。还公开了包括钻头的钻孔系统。本专利技术的示例性具体实施的另外特征和优点将在以下说明中阐述，而且将部分地从该描述中显而易见，或者可通过此类示例性具体实施的实践而获知。通过在所附权利要求中特别指出的器械和组合，可实现和获得此类具体实施的特征和优点。通过下面的说明和所附权利要求，这些和其他特征将变得显而易见，或者可通过下文列出的此类示例性具体实施的实践而获知。附图说明为了描述可获得本专利技术的上述和其他优点和特征的方式，将通过参考附图中所示的本专利技术的特定实施例，来更具体地描述以上简述的本专利技术。应当指出的是，附图并未按比例绘制，并且为说明目的，在所有图中类似结构或功能的元件一般由相似的参考数字表示。应当理解，这些附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有纵向轴线的岩芯取样钻头，包括：柄；围绕所述钻头的所述纵向轴线的环形钻冠，所述环形钻冠具有切削面、内表面和外表面，所述环形钻冠和所述柄配合以限定围绕所述纵向轴线的被构造成接纳钻芯样品的内部空间。其中所述环形钻冠限定单个凹口，其中所述凹口从所述内表面径向延伸到所述外表面，并且其中所述凹口相对于所述纵向轴线从所述切削面轴向延伸到所述环形钻冠的至少一部分中，并且其中所述环形钻冠进一步限定多个孔，其中所述多个孔中的每个孔在所述内表面和所述外表面之间封闭在所述环形钻冠内，并且其中所述多个孔中的至少一个孔从所述切削面延伸到所述内部空间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.07 US 14/246,8881.一种具有纵向轴线的岩芯取样钻头，包括：柄；围绕所述钻头的所述纵向轴线的环形钻冠，所述环形钻冠具有切削面、内表面和外表面，所述环形钻冠和所述柄配合以限定围绕所述纵向轴线的被构造成接纳钻芯样品的内部空间。其中所述环形钻冠限定单个凹口，其中所述凹口从所述内表面径向延伸到所述外表面，并且其中所述凹口相对于所述纵向轴线从所述切削面轴向延伸到所述环形钻冠的至少一部分中，并且其中所述环形钻冠进一步限定多个孔，其中所述多个孔中的每个孔在所述内表面和所述外表面之间封闭在所述环形钻冠内，并且其中所述多个孔中的至少一个孔从所述切削面延伸到所述内部空间。2.根据权利要求1所述的岩芯取样钻头，其中所述凹口为轴向渐缩的，由此所述凹口在所述环形钻冠的所述外表面处的纵向尺寸大于所述凹口在所述环形钻冠的所述内表面处的纵向尺寸。3.根据权利要求1所述的岩芯取样钻头，其中所述凹口为径向渐缩的，由此所述凹口具有可变宽度，其中所述凹口在所述环形钻冠的所述外表面处的宽度大于在所述环形钻冠的所述内表面处的宽度。4.根据权利要求2所述的岩芯取样钻头，其中所述凹口为径向渐缩的，由此所述凹口具有可变宽度，其中所述凹口在所述环形钻冠的所述外表面处的宽度大于在所述环形钻冠的所述内表面处的宽度。5.根据权利要求1所述的岩芯取样钻头，其中所述环形钻冠的所述外表面限定朝向所述纵向轴线径向向内延伸的至少一个通道。6.根据权利要求5所述的岩芯取样钻头，其中所述柄具有外表面，并且其中所述环形钻冠的所述外表面与所述柄的所述外表面配合以限定所述至少一个通道中的每个通道。7.根据权利要求5所述的岩芯取样钻头，其中所述至少一个通道包括多个通道。8.根据权利要求7所述的岩芯取样钻头，其中所述多个通道中的每个通道具有宽度，并且其中每个通道的所述宽度从所述环形钻冠的所述外表面随着向所述纵向轴线径向向内移动而减小。9.根据权利要求7所述的岩芯取样钻头，其中所述多个通道围绕所述环形钻冠的所述外表面周向地基本上等距间隔开。10.根据权利要求7所述的岩芯取样钻头...

【专利技术属性】
技术研发人员：科迪·A·皮尔斯，迈克尔·D·鲁普，克里斯蒂安·M·兰贝特，
申请(专利权)人：长年TM公司，
类型：发明
国别省市：美国;US