本实用新型涉及钻探工具技术领域，具体涉及一种双管单动取芯钻具。
背景技术：
在地质钻探中，一般多采用单管、双管取心钻具对地层实施勘探。其中，金刚石双管单动钻具在取芯时，其内管保护岩心不受冲洗液的侵蚀，同时内管在钻进时基本不转动，降低了对岩心被破坏的风险。但是，传统的双管单动钻具在实际工作中经常会出现以下问题：
传统的双管单动取芯钻具在钻进时，受到轴向压力和径向压力的共同作用下，较粗的变径接头产生的弹性震动相对较剧烈，从而使得岩芯外管与变扣接头相连的丝扣断裂或喇叭口问题。严重时会出现岩心外管脱落的问题，导致岩心外管的使用寿命短。
其次，传统的双管单动取芯器容易出现外管与内管的冲洗液通道受阻，扰动严重，钻屑上返不畅，钻屑的重复研磨会加剧钻头的磨损，加上压力和共振的因素，钻头丝扣很容易变形。进而导致钻头拆卸困难，随钻具起下回次的增加，钻头的磨损也随之增加，当达到一定程度，钻头刚体就会发生变形或出现钻头唇部裂缝，导致钻头报废。
再次，传统双管单动取芯器岩芯内管的下部通过过渡配合联接有短接管，下钻或钻进过程中，钻具出现振动，很容易使内管与短接管松脱。同理，卡簧座与短接管的过渡配合也会出现这样的情况。在钻进中无论是短接管松动还是卡簧座松脱，都必然使卡簧座掉落在钻头的内，导致泵压升高而无法钻进。
综上所述，在地质勘探领域，如何设计一种改良型双管单动取芯钻具，用以提高取芯的稳定性以及钻具自身的使用寿命，就成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于，在地质勘探过程中，提供一种改良型双管单动取芯钻具，用以提高钻具自身的使用寿命，且获得更加完整和稳定的岩心。
为实现上述目的，本实用新型采用如下方案：提出一种双管单动取芯钻具，包括外岩心管和内岩心管，内岩心管被置于外岩心管的空腔内，内岩心管的外壁与外岩心管的内壁之间具有环状间隙；
所述外岩心管的首端通过螺纹连接有变扣接头，变扣接头的尾端设置有卡槽，卡槽内安装有滚珠轴承，滚珠轴承的外圈与卡槽的侧壁为过盈配合联接，外岩心管的尾端通过螺纹连接有外钻头，外岩心管的轴线与钻具的旋转轴线重合；
所述内岩心管具有卡头，卡头位于内岩心管的首端，卡头的外壁与滚珠轴承的内圈为过盈配合联接，靠近内岩心管的首端的管壁上设置有泄流孔，内岩心管的尾端通过螺纹连接有内钻头，内岩心管的轴线与外岩心管的轴线重合；
所述内钻头的尾端伸出外岩心管，且位于外钻头的腔体内。
作为优选，变扣接头的尾端的外壁上设置有第一外螺纹，外岩心管的首端的内壁上设置有与第一外螺纹旋合的第一内螺纹，变扣接头的首端设置有连接钻杆的连接螺纹，便于取芯钻具与钻杆安装和拆卸。
作为优选，外钻头的首端的外壁上设置有第二外螺纹，第二外螺纹的尾端设置有外钻头定位台阶，外岩心管的尾端的内壁上设置有第二内螺纹。外钻头定位台阶能够对第二外螺纹与第二内螺纹旋合的长度实现精准定位，保证了外钻头与外岩心管之间的连接强度。
作为优选，内钻头的首端的外壁上设置有第三外螺纹，内岩心管的尾端的内壁上设置有第三内螺纹，第三外螺纹的尾端设置有内钻头定位台阶。内钻头定位台阶能够作为第三外螺纹与第三内螺纹旋合的长度的定位基准，实现在一定范围内调节内钻头在外钻头的腔体内的位置，用以适应在不同土层中取芯，提高取芯的稳定性。
作为优选，外钻头的尾端套接有泄流环，泄流环呈管状，泄流环的内部具有齿状凸起，钻井液在经过泄流环到达外钻头的尾端对其实施冷却，并携带岩屑返回井口。如此设置，有利于降低了内岩心管与外岩心管对公差的要求，进而降低加工精度，便于生产和制造。
作为优选，外岩心管的中部的外壁上安装有外管扶正器，用于稳定井下钻具的钻进方向，防止井斜变化，减轻了钻具在井眼内径向和轴向的振动，避免了取芯钻具发生偏磨的情况，进而保证可取芯质量。
作为优选，外钻头的尾端具有金刚石复合片，金刚石复合片在外钻头的端部均匀排布，金刚石复合片的耐磨性能突出，在端部形成的水口大，便于钻井液对其实施冷却，能够保证连续长时间的工作，有利于进一步提高取芯过程中的钻进效率。
作为优选，金刚石复合片的表面镀覆有电镀层，电镀层有助于提升取芯钻具在针对坚硬的岩石地层时钻头的破岩能力，进一步提高钻进和取芯的效率。
本实用新型提供的双管单动取芯钻具与现有技术相比，具有如下实质性特点和进步：
1、该双管单动取芯钻具将内岩心管通过滚珠轴承联接在外岩心管的空腔内，简化了传统取芯工具的零部件数量，降低了安装维护难度，利用滚珠轴承的外圈与卡槽的侧壁为过盈配合联接，卡头的外壁与滚珠轴承的内圈为过盈配合联接，使得内岩心管不易松脱，保证了连接强度，提高了取芯钻具的耐用度；
2、该双管单动取芯钻具在靠近内岩心管的首端的管壁上设置有泄流孔，使得钻进时钻井液从泄流孔排出从内岩心管与外外岩心管的环状间隙排出到钻头部，有效提升了返屑能力，延长了钻头的使用寿命。
附图说明
图1是本实用新型实施例中双管单动取芯钻具的半剖视图；
图2是泄流环8的示意图。
附图标记：变扣接头1、外岩心管2、内岩心管3、泄流孔4、外管扶正器5、内钻头6、外钻头7、泄流环8、滚珠轴承9。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细描述。
如图1-2所示的一种双管单动取芯钻具，在传统的双管单动取芯钻具的基础上，将内岩心管通过滚珠轴承联接在外岩心管的空腔内，简化了传统取芯工具的零部件数量，降低了安装维护难度。这种联接结构能够降低钻具在钻进时，因轴向力和径向力产生的振动，使得内岩心管不易松脱，有效保证了连接强度，提高了取芯钻具的耐用度。
如图1所示，一种双管单动取芯钻具，包括外岩心管2和内岩心管3。内岩心管3被置于外岩心管2的空腔内。内岩心管3的外壁与外岩心管2的内壁之间具有环状间隙。外岩心管2和内岩心管3均可选用45钢、dz40、dz50和dz60等材质的地质管加工而成。外岩心管2和内岩心管3的外径可根据实际钻探井眼的井径选用不同的尺寸型号，例如73mm、89mm、108mm、127mm、146mm和168mm等。
外岩心管2的首端通过螺纹连接有变扣接头1。变扣接头1的尾端设置有卡槽。卡槽内安装有滚珠轴承9。滚珠轴承9的外圈与卡槽的侧壁为过盈配合联接。卡槽的底部对滚珠轴承9的端面形成轴向定位。外岩心管2的尾端通过螺纹连接有外钻头7。外岩心管2的轴线与钻具的旋转轴线重合。
内岩心管3具有卡头。卡头位于内岩心管3的首端，卡头的外壁与滚珠轴承9的内圈为过盈配合联接。卡头的尾端设置有轴承定位台阶，便于卡头的轴向定位。靠近内岩心管3的首端的管壁上设置有泄流孔4。设置泄流孔4是为了避免大量的钻井液进入内岩心管3的内部，对采集的岩心形成侵蚀。内岩心管3的尾端通过螺纹连接有内钻头6。内岩心管3的轴线与外岩心管2的轴线重合。内钻头6的尾端伸出外岩心管2，且位于外钻头7的腔体内。
滚珠轴承的外圈与卡槽的侧壁采用过盈配合联接，以及卡头的外壁与滚珠轴承的内圈也采用过盈配合联接。如此设置，使得内岩心管不易松脱，保证了连接强度，提高了取芯钻具的使用寿命。其中，滚珠轴承可选用深沟球推力轴承。
变扣接头1的尾端的外壁上设置有第一外螺纹。外岩心管2的首端的内壁上设置有与第一外螺纹旋合的第一内螺纹。变扣接头1的首端设置有连接钻杆的连接螺纹，便于取芯钻具与钻杆安装和拆卸。
外钻头7的首端的外壁上设置有第二外螺纹，第二外螺纹的尾端设置有外钻头定位台阶。外岩心管2的尾端的内壁上设置有第二内螺纹。外钻头定位台阶能够对第二外螺纹与第二内螺纹旋合的长度实现精准定位，保证了外钻头7与外岩心管2之间的连接强度。
外钻头定位台阶与外岩心管的尾端之间还可以设置有调节环。根据实际情况，选用不同长度的调节环，能够快速精准调节第二外螺纹与第二内螺纹的旋合长度，用以调节外钻头在钻具的轴向位置。
内钻头6的首端的外壁上设置有第三外螺纹。内岩心管3的尾端的内壁上设置有第三内螺纹。第三外螺纹的尾端设置有内钻头定位台阶。内钻头定位台阶能够作为第三外螺纹与第三内螺纹旋合的长度的定位基准，实现在一定范围内调节内钻头在外钻头的腔体内的位置，用以适应在不同土层中取芯，提高取芯的稳定性。
外钻头7的尾端套接有泄流环8。如图2所示，泄流环8呈管状。泄流环8的内部具有齿状凸起。钻井液在经过泄流环到达外钻头的尾端对其实施冷却，并携带岩屑返回井口。如此设置，有利于降低了内岩心管3与外岩心管2对公差的要求，进而降低加工精度，便于生产和制造。
如图1所示，外岩心管2的中部的外壁上安装有外管扶正器5，用于稳定井下钻具的钻进方向，防止井斜变化，减轻了钻具在井眼内径向和轴向的振动，避免了取芯钻具发生偏磨的情况，进而保证可取芯质量。
外钻头7的尾端具有金刚石复合片。金刚石复合片在外钻头的端部均匀排布。金刚石复合片的耐磨性能突出，在端部形成的水口大，便于钻井液对其实施冷却，能够保证连续长时间的工作，有利于进一步提高取芯过程中的钻进效率。
其中，金刚石复合片的表面镀覆有电镀层，电镀层有助于提升取芯钻具在针对坚硬的岩石地层时钻头的破岩能力，进一步提高钻进和取芯的效率。
本实施例中的双管单动取芯钻具使用时，在井口分别组装内岩心管和外岩心管。内岩心管卡入滚珠轴承的内圈。外岩心管通过螺纹与变扣接头连接，变扣接头的首端通过连接螺纹接钻杆。为内岩心管、外岩心管分别安装内钻头、外钻头。钻机将钻具下钻到合适位置后，开泵启动转盘，转盘带动钻具旋转。当外钻头开始吃入地层，内岩心管不动，能够有效避免钻具振动、摆动和摩擦对岩矿心的破坏。
钻井液到达变扣接头后通过内岩心管的泄流孔进入内岩心管与外岩心管的环装间隙内，再通过泄流环到达外钻头。钻井液冷却钻头后，带动岩屑返出井口。当钻取了合适长度岩芯后，在井口投入钢球。钢球到达内管卡头封死水眼后，开始提钻。起出钻具后拆卸外岩心管、内岩心管，取出岩芯，完成勘探取芯操作。
本实用新型不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式。对于本领域的技术人员来说，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等形成的技术方案，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
技术特征：
1.一种双管单动取芯钻具，其特征在于，包括外岩心管和内岩心管，所述内岩心管被置于外岩心管的空腔内，所述内岩心管的外壁与外岩心管的内壁之间具有环状间隙；
所述外岩心管的首端通过螺纹连接有变扣接头，所述变扣接头的尾端设置有卡槽，所述卡槽内安装有滚珠轴承，所述滚珠轴承的外圈与卡槽的侧壁为过盈配合联接，所述外岩心管的尾端通过螺纹连接有外钻头，所述外岩心管的轴线与钻具的旋转轴线重合；
所述内岩心管具有卡头，所述卡头位于内岩心管的首端，所述卡头的外壁与滚珠轴承的内圈为过盈配合联接，靠近内岩心管的首端的管壁上设置有泄流孔，所述内岩心管的尾端通过螺纹连接有内钻头，所述内岩心管的轴线与外岩心管的轴线重合；
所述内钻头的尾端伸出外岩心管，且位于外钻头的腔体内。
2.根据权利要求1所述的双管单动取芯钻具，其特征在于，所述变扣接头的尾端的外壁上设置有第一外螺纹，所述外岩心管的首端的内壁上设置有与第一外螺纹旋合的第一内螺纹，所述变扣接头的首端设置有连接钻杆的连接螺纹。
3.根据权利要求1所述的双管单动取芯钻具，其特征在于，所述外钻头的首端的外壁上设置有第二外螺纹，所述第二外螺纹的尾端设置有外钻头定位台阶，所述外岩心管的尾端的内壁上设置有第二内螺纹。
4.根据权利要求1所述的双管单动取芯钻具，其特征在于，所述内钻头的首端的外壁上设置有第三外螺纹，所述内岩心管的尾端的内壁上设置有第三内螺纹，所述第三外螺纹的尾端设置有内钻头定位台阶。
5.根据权利要求1所述的双管单动取芯钻具，其特征在于，所述外钻头的尾端套接有泄流环，泄流环呈管状，泄流环的内部具有齿状凸起。
6.根据权利要求1所述的双管单动取芯钻具，其特征在于，所述外岩心管的中部的外壁上安装有外管扶正器。
7.根据权利要求1所述的双管单动取芯钻具，其特征在于，所述外钻头的尾端具有金刚石复合片，所述金刚石复合片在外钻头的端部均匀排布。
8.根据权利要求7所述的双管单动取芯钻具，其特征在于，所述金刚石复合片的表面镀覆有电镀层。
技术总结
本实用新型涉及钻探工具技术领域，具体涉及一种双管单动取芯钻具。该取芯钻具包括外岩心管和内岩心管。内岩心管被置于外岩心管的空腔内，内岩心管的外壁与外岩心管的内壁之间具有环状间隙。外岩心管的首端通过螺纹连接有变扣接头。变扣接头的尾端的卡槽内安装有滚珠轴承。滚珠轴承的外圈与卡槽的侧壁为过盈配合联接。内岩心管首端的卡头与滚珠轴承的内圈为过盈配合联接。靠近内岩心管的首端的管壁上设置有泄流孔。内岩心管的尾端通过螺纹连接有内钻头。外岩心管的轴线、内岩心管的轴线和钻具的旋转轴线三线重合。本实用新型通过对结构的改进，提高了钻具自身的使用寿命，且能够获得更加完整和稳定的岩心。
技术研发人员：宋延超;高国运;陈峰;杨震;袁泽
受保护的技术使用者：江苏煤炭地质勘探三队
技术研发日：2021.01.19
技术公布日：2021.08.31
声明：
“双管单动取芯钻具的制作方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：江苏煤炭地质勘探三队
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2024年08月07日 ~ 09日 
