CN109930999B - 一种地质勘探钻头及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及地质勘探设备领域，具体涉及一种地质勘探钻头及其制造工艺，包括有刚体、焊接环、胎体和水槽盖板，刚体内部设置有循环水路，焊接环设置在刚体的顶端，胎体设置在刚体的底端，水槽盖板设置在刚体的上方，水槽盖板底端设置有与刚体固定连接的盖板连接柱，水槽盖板的顶端设置有竖直向上延伸的钻杆连接柱；刚体、焊接环和水槽盖板组合成一个圆环形状的空腔，刚体顶面设置有连通该空腔与循环水路出水口的出水孔，水槽盖板上设置有贯穿水槽盖板并与循环水路入水口连通的入水管，焊接环的圆柱面设置有多个径向贯穿焊接环并且环绕焊接环的轴线等圆心角设置的出水口；该钻头通过循环水路可以有效地冷却自身内部、内外表面和工作面。

Description

一种地质勘探钻头及其制造工艺

技术领域

本发明涉及地质勘探设备领域，具体涉及一种地质勘探钻头及其制造工艺。

背景技术

钻探是地质勘探工作中的一项重要技术手段。用钻机从地表向下钻进，在地层中形成圆柱形钻孔，以鉴别和划分地层。可从钻孔中不同深度处取得岩心、矿样、土样进行分析研究，用以测定岩石和土层的物理、力学性质和指标，提供设计需要。所用钻机主要分为回转式与冲击式两种。

钻探是利用探铲取土样观察地下遗存的调查方法。它的优点是能直接深入地下取样观察，直观准确地取得一定地点的文化堆积资料，它比发掘省工，破坏性小，能在短时间内了解较大面积的地下情况。适用于具体了解遗址堆积分布范围、厚度、大型建筑基址、大型墓葬和古城的形状和布局等。

地质勘探是通过各种手段、方法对地质进行勘查、探测，确定合适的持力层，根据持力层的地基承载力，确定基础类型，计算基础参数的调查研究活动，是在对矿产普查中发现有工业意义的矿床，为查明矿产的质和量，以及开采利用的技术条件，提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质资料，对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行调查研究工作，钻机是地质勘探过程中必要的设备，所以钻头也是必不可少。

钻头是钻井设备的主要组成部分，其主要作用是破粹岩石、形成井眼。旋转钻头是目前石油行业普遍使用的钻头，在机械的带动下旋转钻头会产生旋转，从而带动整个钻头产生向心运动，并通过侵削、研磨使岩石发生裂痕并破碎，起到向下钻探的作用。

钻头主要分为取芯系列和非取芯系列：

1、取芯系列：复合片钻头、菠萝钻头、肋骨钻头、刃型钻头、热压钻头和电镀钻头等；

2、非取芯系列：刮刀钻头、三翼内凹钻头、四翼内凹钻头和锚杆钻头等；

中国专利CN208518610U公开了一种地质勘探用钻头，包括固定套筒，所述固定套筒的顶部固定连接有连接轴，所述固定套筒的右侧固定连接有喷水装置，所述喷水装置的底部连通有喷水管，所述喷水管的一端贯穿固定套筒并延伸至固定套筒的内部。该实用新型通过固定套筒的设置，不仅可以为钻杆提供活动空间，还能对钻杆的顶部进行保护，通过喷水装置和喷水管的设置，可以在不拆卸钻杆的情况下对钻杆进行清洗和降温，通过弹簧和挡板的设置，为钻杆提供缓冲，保护了钻头，通过刀套和金刚石复合片钻头的设置，使得钻机能够轻松地面对许多坚硬地质，同时解决了传统地质勘探用钻头使用效果较差，容易造成钻头损坏的问题。

该专利公开的地质勘探用钻头具有以下缺陷：

1、喷水装置仅能对钻杆进行降温，无法对钻头进行降温；

2、喷水装置仅能向钻杆内部喷水，缺乏回流机构，也没有排水机构，喷入钻杆内部的水无法循环或流出。

针对现有技术的不足，需要一种新型钻头，该钻头应具有能够令钻头本身冷却的冷却水循环机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种地质勘探钻头及其制造工艺，该钻头通过循环水路可以有效地冷却自身内部、内外表面和工作面。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种地质勘探钻头，包括有刚体、焊接环、胎体和水槽盖板，刚体为顶部封闭的圆筒形状，刚体内部设置有循环水路，焊接环设置在刚体的顶端，刚体的外壁与焊接环的外壁位于同一个圆柱面，胎体设置在刚体的底端，水槽盖板设置在刚体的上方，水槽盖板底端设置有与刚体固定连接的盖板连接柱，水槽盖板的顶端设置有竖直向上延伸的钻杆连接柱；

刚体、焊接环和水槽盖板组合成一个圆环形状的空腔，刚体顶面设置有连通该空腔与循环水路出水口的出水孔，水槽盖板上设置有贯穿水槽盖板并与循环水路入水口连通的入水管，焊接环的圆柱面设置有多个径向贯穿焊接环并且环绕焊接环的轴线等圆心角设置的出水口。

作为一种地质勘探钻头的一种优选方案，刚体的外壁设置有多个环绕刚体的轴线等圆心角设置的外水槽，外水槽为竖直贯穿刚体的长条形状开口；

刚体的底端设置有多个环绕刚体的轴线等圆心角设置的水口，水口为径向贯穿刚体的长条形状开口；

刚体的内壁设置有多个环绕刚体的轴线等圆心角设置的内水槽，内水槽为竖直向上延伸的长条形状开口；

出水口、外水槽、水口和内水槽的数量相同并且一一对应，出水口和外水槽连通，外水槽和水口连通，水口和内水槽连通。

作为一种地质勘探钻头的一种优选方案，焊接环的底端设置有自焊接环的内壁径向向内延伸的积水环，出水口设置在积水环的上方，焊接环的外壁设置有与每个出水口一一对应的出水槽，出水槽为竖直向下延伸的长条形状开口，出水槽和外水槽连通。

作为一种地质勘探钻头的一种优选方案，循环水路包括有多个环绕刚体的轴线等圆心角设置的支循环水路，其中一个支循环水路出水口与出水孔连通，与其相邻的支循环水路进水口与入水管连通，剩下的支循环水路出水口与其相邻的支循环水路进水口连通。

作为一种地质勘探钻头的一种优选方案，支循环水路包括有粗循环水路、缩径水路和细循环水路，粗循环水路和缩径水路均为环绕刚体轴线水平设置的管状通道，粗循环水路的出水口与缩径水路的入水口连通，粗循环水路为等径的圆管形状，缩径水路为文氏管形状，细循环水路自粗循环水路的中端竖直向下延伸然后环绕刚体的轴线水平延伸再竖直向上延伸至缩径水路的中端。

作为一种地质勘探钻头的一种优选方案，支循环水路的数量与外水槽的数量相同，细循环水路介于相邻的两个外水槽之间。

一种地质勘探钻头的制造工艺，包含以下步骤：

步骤1：通过消失模铸造工艺将刚体和水槽盖板整体铸造成型；

步骤2：通过铸造工艺将焊接环整体铸造成型；

步骤3：将胎体烧结在刚体的底端；

步骤4：将焊接环焊接在刚体的顶端。

步骤5：刨铣外水槽、水口、内水槽和出水槽。

作为一种地质勘探钻头的制造工艺的一种优选方案，在步骤2和步骤3之间，还包括以下步骤：

步骤2.1：准备胎体配方粉料；

步骤2.2：将胎体的配方粉料与金刚石混合后搅拌均匀；

步骤2.3：将混合粉料装入到钢模内，压制成所需形状；

步骤2.4：将压制好的混合粉料组装到胎体的底端。

刚体和焊接环铸造成型后，将焊接环焊接在刚体的顶端；调制胎体配方粉料与金刚石的混合粉料，接着将混合粉料倒入钢模中热压成型；将热压成型的胎体通过模具固定在刚体的底端，将刚体、焊接环和胎体放置在850～900℃的环境中烧结10～20分钟；再对刚体进行刨铣内外水槽、外观处理后即为出厂成品。

本发明的有益效果：

钻头工作时，冷却水通过入水管流入到粗循环水路中，一部分冷却水通过粗循环水路流入到缩径水路中，另一部分冷却水通过粗循环水路流入到细循环水路中，在文丘里效应的作用下，冷却水在缩径水路和细循环水路的连接处交汇，并最终通过缩径水路远离粗循环水路的一端流出；

流出缩径水路的冷却水流入到下一个支循环水路的粗循环水路入水口中，从而使得冷却水依次通过多个粗循环水路循环，对刚体的内部进行冷却，并最终通过出水孔流出；

流出出水孔的冷却水在刚体和积水环组合成的蓄水池中积蓄，然后同时通过多个出水口流出，冷却水依次通过出水口、出水槽、外水槽、水口和内水槽从而依次经过刚体的外壁、胎体和刚体的内壁，使得冷却水得以对正确切削岩石的胎体进行冷却。

该钻头通过循环水路可以有效地冷却自身内部、内外表面和工作面。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明实施例所述的一种地质勘探钻头的立体图；

图2是本发明实施例所述的一种地质勘探钻头的正视图；

图3是图2的A-A处剖视图；

图4是本发明实施例所述的一种地质勘探钻头的仰视图；

图5是本发明实施例所述的一种地质勘探钻头的立体图二；

图6是本发明实施例所述的一种地质勘探钻头的立体分解图；

图7是图6的B处局部放大图；

图8是图6的C处局部放大图；

图9是本发明实施例所述的一种地质勘探钻头的分解图；

图10是本发明实施例所述的一种地质勘探钻头的循环水路示意图；

图11是本发明实施例所述的一种地质勘探钻头的支循环水路部分结构示意图；

图中：

1、刚体；1a、出水孔；1b、入水管；1c、外水槽；1d、水口；1e、内水槽；

2、焊接环；2a、出水口；2b、积水环；2c、出水槽；

3、胎体；

4、水槽盖板；4a、盖板连接柱；4b、钻杆连接柱；

5、支循环水路；5a、粗循环水路；5b、缩径水路；5c、细循环水路。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若出现术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“连接”等指示部件之间的连接关系，该术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通或两个部件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1至图11所示的一种地质勘探钻头，包括有刚体1、焊接环2、胎体3和水槽盖板4，刚体1为顶部封闭的圆筒形状，刚体1内部设置有循环水路，焊接环2设置在刚体1的顶端，刚体1的外壁与焊接环2的外壁位于同一个圆柱面，胎体3设置在刚体1的底端，水槽盖板4设置在刚体1的上方，水槽盖板4底端设置有与刚体1固定连接的盖板连接柱4a，水槽盖板4的顶端设置有竖直向上延伸的钻杆连接柱4b；

刚体1、焊接环2和水槽盖板4组合成一个圆环形状的空腔，刚体1顶面设置有连通该空腔与循环水路出水口的出水孔1a，水槽盖板4上设置有贯穿水槽盖板4并与循环水路入水口连通的入水管1b，焊接环2的圆柱面设置有多个径向贯穿焊接环2并且环绕焊接环2的轴线等圆心角设置的出水口2a。

该钻头通过水循环机构进行冷却，水循环机构可以为水箱和水泵的简单组合，水泵将水箱中的水通过水管输入到入水管1b中，冷却水在循环水路中流通并对刚体1进行冷却，然后冷却水通过出水孔1a流出并积蓄在刚体1、焊接环2和水槽盖板4组合成的空腔中，冷却水积蓄到一定的容量后同时从多个出水口2a中流出并顺着刚体1的外壁向下流淌，冷却水最终流淌到胎体3的位置，从而对正在切削岩石的胎体3进行冷却。

刚体1的外壁设置有多个环绕刚体1的轴线等圆心角设置的外水槽1c，外水槽1c为竖直贯穿刚体1的长条形状开口；

刚体1的底端设置有多个环绕刚体1的轴线等圆心角设置的水口1d，水口1d为径向贯穿刚体1的长条形状开口；

刚体1的内壁设置有多个环绕刚体1的轴线等圆心角设置的内水槽1e，内水槽1e为竖直向上延伸的长条形状开口；

出水口2a、外水槽1c、水口1d和内水槽1e的数量相同并且一一对应，出水口2a和外水槽1c连通，外水槽1c和水口1d连通，水口1d和内水槽1e连通。

出水口2a中流淌出的冷却水依次经过外水槽1c、水口1d和内水槽1e从而使得冷却水依次经过刚体1的外壁、胎体3的表面抵达刚体1的内壁，从而对刚体1的内外表面和胎体3进行冷却。

焊接环2的底端设置有自焊接环2的内壁径向向内延伸的积水环2b，出水口2a设置在积水环2b的上方，焊接环2的外壁设置有与每个出水口2a一一对应的出水槽2c，出水槽2c为竖直向下延伸的长条形状开口，出水槽2c和外水槽1c连通。

焊接环2通过积水环2b积蓄一定量的冷却水，从而使得无论出水孔1a位于刚体1顶面何处，冷却水都可以同时从多个出水口2a中流出并通过出水槽2c流入到外水槽1c中。

循环水路包括有多个环绕刚体1的轴线等圆心角设置的支循环水路5，其中一个支循环水路5出水口与出水孔1a连通，与其相邻的支循环水路5进水口与入水管1b连通，剩下的支循环水路5出水口与其相邻的支循环水路5进水口连通。

冷却水通过入水管1b进入到一个支循环水路5的进水口，随后冷却水依次从一个支循环水路5循环到其相邻的支循环水路5内部，并最终通过一个支循环水路5的出水口从出水孔1a流出。

支循环水路5包括有粗循环水路5a、缩径水路5b和细循环水路5c，粗循环水路5a和缩径水路5b均为环绕刚体1轴线水平设置的管状通道，粗循环水路5a的出水口与缩径水路5b的入水口连通，粗循环水路5a为等径的圆管形状，缩径水路5b为文氏管形状，细循环水路5c自粗循环水路5a的中端竖直向下延伸然后环绕刚体1的轴线水平延伸再竖直向上延伸至缩径水路5b的中端。

冷却水通过缩径水路5b时产生文丘里效应，缩径水路5b的缩径处水流速度较快，所以在细循环水路5c和缩径水路5b的连接处产生负压，冷却水从细循环水路5c中向着缩径水路5b中流入；

从而使得冷却水通过粗循环水路5a远离缩径水路5b的一端进入，随后一部分冷却水通过粗循环水路5a流入到缩径水路5b中，另一部分冷却水通过粗循环水路5a流入到细循环水路5c中，然后冷却水在缩径水路5b和细循环水路5c的连接处交汇，并最终通过缩径水路5b远离粗循环水路5a的一端流出；

刚体1的内部通过多个环绕刚体1轴线设置的细循环水路5c冷却。

支循环水路5的数量与外水槽1c的数量相同，细循环水路5c介于相邻的两个外水槽1c之间。

刚体1的外壁和内壁由外水槽1c和内水槽1e流过冷却水进行冷却，在外水槽1c之间或内水槽1e之间，则通过细循环水路5c循环冷却刚体1的内部，通过热交换冷却刚体1的外壁和内壁。

一种地质勘探钻头的制造工艺，包含以下步骤：

步骤1：通过消失模铸造工艺将刚体1和水槽盖板4整体铸造成型；

步骤2：通过铸造工艺将焊接环2整体铸造成型；

步骤3：将胎体3烧结在刚体1的底端；

步骤4：将焊接环2焊接在刚体1的顶端。

步骤5：刨铣外水槽1c、水口1d、内水槽1e和出水槽2c。

在步骤2和步骤3之间，还包括以下步骤：

步骤2.1：准备胎体配方粉料；

步骤2.2：将胎体的配方粉料与金刚石混合后搅拌均匀；

步骤2.3：将混合粉料装入到钢模内，压制成所需形状；

步骤2.4：将压制好的混合粉料组装到胎体3的底端。

刚体1和焊接环2铸造成型后，将焊接环2焊接在刚体1的顶端；调制胎体配方粉料与金刚石的混合粉料，接着将混合粉料倒入钢模中热压成型；将热压成型的胎体通过模具固定在刚体1的底端，将刚体1、焊接环2和胎体3放置在850～900℃的环境中烧结10～20分钟；再对刚体1进行刨铣内外水槽、外观处理后即为出厂成品。

本发明的工作原理：

钻头工作时，冷却水通过入水管1b流入到粗循环水路5a中，一部分冷却水通过粗循环水路5a流入到缩径水路5b中，另一部分冷却水通过粗循环水路5a流入到细循环水路5c中，在文丘里效应的作用下，冷却水在缩径水路5b和细循环水路5c的连接处交汇，并最终通过缩径水路5b远离粗循环水路5a的一端流出；

流出缩径水路5b的冷却水流入到下一个支循环水路5的粗循环水路5a入水口中，从而使得冷却水依次通过多个粗循环水路5a循环，对刚体1的内部进行冷却，并最终通过出水孔1a流出；

流出出水孔1a的冷却水在刚体1和积水环2b组合成的蓄水池中积蓄，然后同时通过多个出水口2a流出，冷却水依次通过出水口2a、出水槽2c、外水槽1c、水口1d和内水槽1e从而依次经过刚体1的外壁、胎体3和刚体1的内壁，使得冷却水得以对正确切削岩石的胎体3进行冷却。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等。但是，这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。另外，本申请说明书和权利要求书所使用的一些术语并不是限制，仅仅是为了便于描述。

Claims (8)

1.一种地质勘探钻头，其特征在于，包括有刚体（1）、焊接环（2）、胎体（3）和水槽盖板（4），刚体（1）为顶部封闭的圆筒形状，刚体（1）内部设置有循环水路，焊接环（2）设置在刚体（1）的顶端，刚体（1）的外壁与焊接环（2）的外壁位于同一个圆柱面，胎体（3）设置在刚体（1）的底端，水槽盖板（4）设置在刚体（1）的上方，水槽盖板（4）底端设置有与刚体（1）固定连接的盖板连接柱（4a），水槽盖板（4）的顶端设置有竖直向上延伸的钻杆连接柱（4b）；

刚体（1）、焊接环（2）和水槽盖板（4）组合成一个圆环形状的空腔，刚体（1）顶面设置有连通该空腔与循环水路出水口的出水孔（1a），水槽盖板（4）上设置有贯穿水槽盖板（4）并与循环水路入水口连通的入水管（1b），焊接环（2）的圆柱面设置有多个径向贯穿焊接环（2）并且环绕焊接环（2）的轴线等圆心角设置的出水口（2a）。

2.根据权利要求1所述的一种地质勘探钻头，其特征在于，刚体（1）的外壁设置有多个环绕刚体（1）的轴线等圆心角设置的外水槽（1c），外水槽（1c）为竖直贯穿刚体（1）的长条形状开口；

刚体（1）的底端设置有多个环绕刚体（1）的轴线等圆心角设置的水口（1d），水口（1d）为径向贯穿刚体（1）的长条形状开口；

刚体（1）的内壁设置有多个环绕刚体（1）的轴线等圆心角设置的内水槽（1e），内水槽（1e）为竖直向上延伸的长条形状开口；

出水口（2a）、外水槽（1c）、水口（1d）和内水槽（1e）的数量相同并且一一对应，出水口（2a）和外水槽（1c）连通，外水槽（1c）和水口（1d）连通，水口（1d）和内水槽（1e）连通。

3.根据权利要求2所述的一种地质勘探钻头，其特征在于，焊接环（2）的底端设置有自焊接环（2）的内壁径向向内延伸的积水环（2b），出水口（2a）设置在积水环（2b）的上方，焊接环（2）的外壁设置有与每个出水口（2a）一一对应的出水槽（2c），出水槽（2c）为竖直向下延伸的长条形状开口，出水槽（2c）和外水槽（1c）连通。

4.根据权利要求1所述的一种地质勘探钻头，其特征在于，循环水路包括有多个环绕刚体（1）的轴线等圆心角设置的支循环水路（5），其中一个支循环水路（5）出水口与出水孔（1a）连通，与其相邻的支循环水路（5）进水口与入水管（1b）连通，剩下的支循环水路（5）出水口与其相邻的支循环水路（5）进水口连通。

5.根据权利要求4所述的一种地质勘探钻头，其特征在于，支循环水路（5）包括有粗循环水路（5a）、缩径水路（5b）和细循环水路（5c），粗循环水路（5a）和缩径水路（5b）均为环绕刚体（1）轴线水平设置的管状通道，粗循环水路（5a）的出水口与缩径水路（5b）的入水口连通，粗循环水路（5a）为等径的圆管形状，缩径水路（5b）为文氏管形状，细循环水路（5c）自粗循环水路（5a）的中端竖直向下延伸然后环绕刚体（1）的轴线水平延伸再竖直向上延伸至缩径水路（5b）的中端。

6.根据权利要求5所述的一种地质勘探钻头，其特征在于，支循环水路（5）的数量与外水槽（1c）的数量相同，细循环水路（5c）介于相邻的两个外水槽（1c）之间。

7.根据权利要求1-6中任意一条所述的一种地质勘探钻头的制造工艺，其特征在于，包含以下步骤：

步骤1：通过消失模铸造工艺将刚体（1）和水槽盖板（4）整体铸造成型；

步骤2：通过铸造工艺将焊接环（2）整体铸造成型；

步骤3：将胎体（3）烧结在刚体（1）的底端；

步骤4：将焊接环（2）焊接在刚体（1）的顶端；

步骤5：刨铣外水槽（1c）、水口（1d）、内水槽（1e）和出水槽（2c）。

8.根据权利要求7所述的一种地质勘探钻头的制造工艺，其特征在于，在步骤2和步骤3之间，还包括以下步骤：

步骤2.1：准备胎体配方粉料；

步骤2.2：将胎体的配方粉料与金刚石混合后搅拌均匀；

步骤2.3：将混合粉料装入到钢模内，压制成所需形状；

步骤2.4：将压制好的混合粉料组装到胎体（3）的底端。

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