一种用于绳索取心钻进的钻头更换方法及装置与流程

1.本发明涉及钻头更换技术领域，具体为一种用于绳索取心钻进的钻头更换方法及装置。


背景技术：

2.绳索取心钻进技术因具有钻速高、纯钻进时间利用率高、岩心采取质量好、劳动强度低、钻探成本低等诸多优势，在深孔钻探中得到了广泛应用，国内地质岩心钻探钻孔深度目前已经超过4000m，国外岩心钻孔深度已经超过5000m，在数月至数十月的连续大深度钻进过程中，钻头可能因磨损和不适应地层等原因需要更换，传统的提钻更换不仅耗时长，且常由于侧壁失稳导致钻孔堵塞而需要配备并更换小口径钻具，因此在不提出钻杆的条件下进行孔底钻头的更换对于深孔钻进具有重要意义。
3.现有孔底换钻头的实现方法包括扩孔翼张敛式钻具和全面迭缩式钻具方法，现有方法存在结构过于复杂、机械加工困难等问题，且过度冗杂的部件和繁复的工序中任何一个部件和工序出现问题都会导致换钻失败，这降低了结构的可靠性和可操作性。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于绳索取心钻进的钻头更换方法及装置，具备简单、可靠、高效、可操作性强的实现孔底钻头更换的优点，解决了背景技术中提出的问题。
5.本发明提供如下技术方案：一种用于绳索取心钻进的钻头更换方法及装置，包括外总成普通接头，所述外总成普通接头过盈配合连接悬挂外管，所述悬挂外管过盈配合连接普通外管，所述普通外管的另一端设置有外总成与钻头接头，所述普通外管通过外总成与钻头接头连接钻头，所述外总成与钻头接头上设置有外凸，所述钻头上开设有内凹，所述外凸卡接在内凹的内部，所述钻头包括钻头单元和钻头单元连接机构，所述钻头单元之间设置有钻头单元连接机构。
6.优选的，所述钻头单元连接机构包括可拆卸端、恢复弹簧、固定端、榫头、弹簧接入口、可拆卸端中间变径限位装置、可拆卸端顶部弹簧和可拆卸端弹簧顶端打捞接口，所述钻头单元连接机构的两侧分别设置有可拆卸端和固定端，所述可拆卸端和固定端之间固定连接有恢复弹簧，所述内凹上设置有榫头，所述钻头单元连接机构上开设有榫眼，且榫眼榫卯连接榫头，所述钻头单元连接机构上开设有可拆卸端弹簧顶端打捞接口，所述可拆卸端弹簧顶端打捞接口的内部设置有可拆卸端顶部弹簧，所述可拆卸端顶部弹簧另一端设置在弹簧接入口的内部，所述可拆卸端顶部弹簧外表面设置有可拆卸端中间变径限位装置。
7.优选的，所述外凸的端部设置有钝化处理层。
8.优选的，所述悬挂外管的内部设置有内总成打捞工具，所述内总成打捞工具包括打捞工具单元、垫枕一和钢丝绳拉结腔一，所述内总成打捞工具的内部设置有垫枕一，所述内总成打捞工具的中部位置开设有钢丝绳拉结腔一，所述打捞工具单元包括打捞工具单元
端部突起、打捞工具单元中间弹簧、打捞工具单元中空收纳腔和打捞工具单元中部装卸圈，所述垫枕一的外表面设置有打捞工具单元中部装卸圈，所述打捞工具单元上开设有打捞工具单元中空收纳腔，所述打捞工具单元中空收纳腔的内部设置有打捞工具单元中间弹簧，所述打捞工具单元中间弹簧的一端固定连接在打捞工具单元中部装卸圈的外表面，所述打捞工具单元中间弹簧的另一端设置在打捞工具单元端部突起上，且打捞工具单元端部突起滑动连接在打捞工具单元中空收纳腔的内部。
9.优选的，所述打捞工具单元端部突起包括端部突起的防滑锁紧扣、端部突起的防滑锁紧压缩弹簧和端部突起的逆向打捞钩，所述打捞工具单元端部突起的端部设置有端部突起的防滑锁紧扣，所述端部突起的防滑锁紧扣上固定连接有端部突起的防滑锁紧压缩弹簧，所述端部突起的防滑锁紧扣上铰接有端部突起的逆向打捞钩，所述端部突起的防滑锁紧压缩弹簧的另一端固定连接端部突起的逆向打捞钩。
10.优选的，所述打捞工具单元在内总成打捞工具的内部呈圆周均匀排列，且打捞工具单元设置有八组。
11.优选的，所述钻头的外表面设置有送钻工具，所述送钻工具包括送钻工具单元、垫枕二和钢丝绳拉结腔二，所述送钻工具的内部设置有垫枕二，所述送钻工具的内部开设有钢丝绳拉结腔二。
12.优选的，所述送钻工具单元包括送钻工具单元端部钻头约束环、送钻工具单元端部突起、送钻工具单元中间弹簧、送钻工具单元中空收纳腔、送钻工具单元中部与钢丝绳附加连接点和送钻工具单元中部装卸圈，所述送钻工具单元的内部开设有送钻工具单元中空收纳腔，所述送钻工具单元中空收纳腔的内部设置有送钻工具单元中间弹簧，所述送钻工具的外表面设置有送钻工具单元端部钻头约束环，所述送钻工具单元中间弹簧的一端固定连接有送钻工具单元端部突起，所述送钻工具单元端部钻头约束环的外表面设置有送钻工具单元端部突起，所述垫枕二的外表面设置有送钻工具单元中部装卸圈，所述送钻工具单元中部装卸圈的外表面均匀设置有送钻工具单元中部与钢丝绳附加连接点。
13.优选的，所述送钻工具单元在送钻工具的内部呈圆周均匀排列，且送钻工具单元设置有八组。
14.一种用于绳索取心钻进的钻头更换方法，包括以下步骤：步骤一：钻头拆卸及打捞；首先钻头与钻杆的连接弱于钻杆之间的连接，以便在拆卸时仅拆除孔底钻头，而保证中间钻杆不被拆开，拆除后的孔底钻头借助打捞工具实现拆卸，拆卸后的钻头单元应小于钻杆内径且与打捞工具间有可靠连接，保证钻头单元能够通过钻杆被打捞出地面，打捞工具应满足对孔底钻头进行拆卸并与拆卸后的钻头单元可靠连接的功能；步骤二：组装及下送步骤；钻头能在地面组装并叠合成小于钻杆内径的形式，以便叠合后的钻头能够通过钻杆被下放入孔底，叠合后的钻头依靠送钻工具实现下送至孔底，送钻工具应与叠合后的钻头间有可靠连接；步骤三：复原及安装步骤要求；送钻工具将叠合后的钻头送至孔底后，能依靠与地面相连的绳索的拉动解除与叠合后的钻头间的连接，并且能实现解除对叠合后的钻头的约束，被送至孔底并被解除约束的叠合后的钻头能自动还原其叠合前的形状，还原后的钻头能与钻杆相连接，实现正常的绳索取心钻进作业。
15.与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：1、该用于绳索取心钻进的钻头更换方法及装置，通过采用拆叠的方法，实现与钻杆等外径的钻头经由钻杆内孔下入孔底并实现更换，钻头经叠合后整体下入，无需变更钻头形状，无需调整钻头位置和朝向，自动还原，钻头安装，借助内管总成扶正，正钻实现与钻杆的连接，无需借助其它工具。
16.2、该用于绳索取心钻进的钻头更换方法及装置，钻头拆卸，通过反转实现，因钻头与钻杆的联接弱于钻杆之间的联接保证钻杆不被拆开，钻头经拆分后进行回收，该结构实现孔底钻头更换所需部件少和流程简便，同时可用于更换或添加孔底的加厚钻杆、抽水、压水等其它装置。
附图说明
17.图1为本发明装置主体结构示意图；图2为本发明钻头横截面结构示意图；图3为本发明钻头单元内表面展开结构示意图；图4为本发明外总成外管与钻头接头处外表面局部展开结构示意图；图5为本发明打捞工具俯视图结构示意图；图6为本发明打捞工具单元端部突起外表面展开图结构示意图；图7为本发明图6中a处放大结构示意图；图8为本发明叠合后的钻头横截面结构示意图；图9为本发明送钻工具俯视图结构示意图；图10为本发明送钻工具下送钻头俯视图结构示意图。
18.图中：1、外总成普通接头；2、悬挂外管；3、普通外管；4、外总成与钻头接头；5、钻头；6、内总成；51、钻头单元；52、内凹；53、钻头单元连接机构；531、可拆卸端；532、恢复弹簧；533、固定端；534、榫头；535、弹簧接入口；536、可拆卸端中间变径限位装置；537、可拆卸端顶部弹簧；538、可拆卸端弹簧顶端打捞接口；41、外凸；411、钝化处理层；6、打捞工具；61、打捞工具单元；611、打捞工具单元端部突起；612、打捞工具单元中间弹簧；613、打捞工具单元中空收纳腔；614、打捞工具单元中部装卸圈；62、垫枕一；63、钢丝绳拉结腔一；6111、端部突起的防滑锁紧扣；6112、端部突起的防滑锁紧压缩弹簧；6113、端部突起的逆向打捞钩；7、送钻工具；71、送钻工具单元；711、送钻工具单元端部钻头约束环；712、送钻工具单元端部突起；713、送钻工具单元中间弹簧；714、送钻工具单元中空收纳腔；715、送钻工具单元中部与钢丝绳附加连接点；716、送钻工具单元中部装卸圈；72、垫枕二；73、钢丝绳拉结腔二。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
20.请参阅图1-10，一种用于绳索取心钻进的钻头更换方法及装置，包括外总成普通接头1，外总成普通接头1过盈配合连接悬挂外管2，悬挂外管2过盈配合连接普通外管3，普
通外管3的另一端设置有外总成与钻头接头4，普通外管3通过外总成与钻头接头4连接钻头5，外总成与钻头接头4上设置有外凸41，钻头5上开设有内凹52，外凸41卡接在内凹52的内部，钻头5包括钻头单元51和钻头单元连接机构53，钻头单元51之间设置有钻头单元连接机构53，钻头单元连接机构53包括可拆卸端531、恢复弹簧532、固定端533、榫头534、弹簧接入口535、可拆卸端中间变径限位装置536、可拆卸端顶部弹簧537和可拆卸端弹簧顶端打捞接口538，钻头单元连接机构53的两侧分别设置有可拆卸端531和固定端533，可拆卸端531和固定端533之间固定连接有恢复弹簧532，内凹52上设置有榫头534，钻头单元连接机构53上开设有榫眼，且榫眼榫卯连接榫头534，钻头单元连接机构53上开设有可拆卸端弹簧顶端打捞接口538，可拆卸端弹簧顶端打捞接口538的内部设置有可拆卸端顶部弹簧537，可拆卸端顶部弹簧537另一端设置在弹簧接入口535的内部，可拆卸端顶部弹簧537外表面设置有可拆卸端中间变径限位装置536，外凸41的端部设置有钝化处理层411，通过采用拆叠的方法，实现与钻杆等外径的钻头5经由钻杆内孔下入孔底并实现更换，钻头5经叠合后整体下入，无需变更钻头5形状，无需调整钻头5位置和朝向，自动还原，钻头5安装，借助内总成6扶正，正钻实现与钻杆的连接，无需借助其它工具。
21.其中；悬挂外管2的内部设置有内总成打捞工具6，内总成打捞工具6包括打捞工具单元61、垫枕一62和钢丝绳拉结腔一63，内总成打捞工具6的内部设置有垫枕一62，内总成打捞工具6的中部位置开设有钢丝绳拉结腔一63，打捞工具单元61包括打捞工具单元端部突起611、打捞工具单元中间弹簧612、打捞工具单元中空收纳腔613和打捞工具单元中部装卸圈614，垫枕一62的外表面设置有打捞工具单元中部装卸圈614，打捞工具单元61上开设有打捞工具单元中空收纳腔613，打捞工具单元中空收纳腔613的内部设置有打捞工具单元中间弹簧612，打捞工具单元中间弹簧612的一端固定连接在打捞工具单元中部装卸圈614的外表面，打捞工具单元中间弹簧612的另一端设置在打捞工具单元端部突起611上，且打捞工具单元端部突起611滑动连接在打捞工具单元中空收纳腔613的内部，打捞工具单元端部突起611包括端部突起的防滑锁紧扣6111、端部突起的防滑锁紧压缩弹簧6112和端部突起的逆向打捞钩6113，打捞工具单元端部突起611的端部设置有端部突起的防滑锁紧扣6111，端部突起的防滑锁紧扣6111上固定连接有端部突起的防滑锁紧压缩弹簧6112，端部突起的防滑锁紧扣6111上铰接有端部突起的逆向打捞钩6113，端部突起的防滑锁紧压缩弹簧6112的另一端固定连接端部突起的逆向打捞钩6113，打捞工具单元61在内总成打捞工具6的内部呈圆周均匀排列，且打捞工具单元61设置有八组，首先钻头5与钻杆的连接弱于钻杆之间的连接，以便在拆卸时仅拆除孔底钻头5，而保证中间钻杆不被拆开，拆除后的孔底钻头5借助打捞工具6实现拆卸，拆卸后的钻头单元51应小于钻杆内径且与打捞工具6间有可靠连接，保证钻头单元51能够通过钻杆被打捞出地面，打捞工具6应满足对孔底钻头5进行拆卸并与拆卸后的钻头单元51可靠连接的功能。
22.其中；钻头5的外表面设置有送钻工具7，送钻工具7包括送钻工具单元71、垫枕二72和钢丝绳拉结腔二73，送钻工具7的内部设置有垫枕二72，送钻工具7的内部开设有钢丝绳拉结腔二73，送钻工具单元71包括送钻工具单元端部钻头约束环711、送钻工具单元端部突起712、送钻工具单元中间弹簧713、送钻工具单元中空收纳腔714、送钻工具单元中部与钢丝绳附加连接点715和送钻工具单元中部装卸圈716，送钻工具单元71的内部开设有送钻工具单元中空收纳腔714，送钻工具单元中空收纳腔714的内部设置有送钻工具单元中间弹
簧713，送钻工具7的外表面设置有送钻工具单元端部钻头约束环711，送钻工具单元中间弹簧713的一端固定连接有送钻工具单元端部突起712，送钻工具单元端部钻头约束环711的外表面设置有送钻工具单元端部突起712，垫枕二72的外表面设置有送钻工具单元中部装卸圈716，送钻工具单元中部装卸圈716的外表面均匀设置有送钻工具单元中部与钢丝绳附加连接点715，送钻工具单元71在送钻工具7的内部呈圆周均匀排列，且送钻工具单元71设置有八组，钻头5能在地面组装并叠合成小于钻杆内径的形式，以便叠合后的钻头5能够通过钻杆被下放入孔底，叠合后的钻头5依靠送钻工具7实现下送至孔底，送钻工具7应与叠合后的钻头5间有可靠连接，送钻工具7将叠合后的钻头5送至孔底后，能依靠与地面相连的绳索的拉动解除与叠合后的钻头5间的连接，并且能实现解除对叠合后的钻头5的约束，被送至孔底并被解除约束的叠合后的钻头5能自动还原其叠合前的形状，还原后的钻头5能与钻杆相连接，实现正常的绳索取心钻进作业，钻头5拆卸，通过反转实现，因钻头5与钻杆的联接弱于钻杆之间的联接保证钻杆不被拆开，钻头5经拆分后进行回收，该结构实现孔底钻头更换所需部件少和流程简便，同时可用于更换或添加孔底的加厚钻杆、抽水、压水等其它装置。
23.一种用于绳索取心钻进的钻头更换方法，包括以下步骤：步骤一：钻头5拆卸及打捞；首先钻头5与钻杆的连接弱于钻杆之间的连接，以便在拆卸时仅拆除孔底钻头5，而保证中间钻杆不被拆开，拆除后的孔底钻头5借助打捞工具6实现拆卸，拆卸后的钻头单元51应小于钻杆内径且与打捞工具6间有可靠连接，保证钻头单元51能够通过钻杆被打捞出地面，打捞工具6应满足对孔底钻头5进行拆卸并与拆卸后的钻头单元51可靠连接的功能；步骤二：组装及下送步骤；钻头5能在地面组装并叠合成小于钻杆内径的形式，以便叠合后的钻头5能够通过钻杆被下放入孔底，叠合后的钻头5依靠送钻工具7实现下送至孔底，送钻工具7应与叠合后的钻头5间有可靠连接；步骤三：复原及安装步骤要求；送钻工具7将叠合后的钻头5送至孔底后，能依靠与地面相连的绳索的拉动解除与叠合后的钻头5间的连接，并且能实现解除对叠合后的钻头5的约束，被送至孔底并被解除约束的叠合后的钻头5能自动还原其叠合前的形状，还原后的钻头5能与钻杆相连接，实现正常的绳索取心钻进作业。
24.工作原理，首先钻头5与钻杆的连接弱于钻杆之间的连接，以便在拆卸时仅拆除孔底钻头5，而保证中间钻杆不被拆开，拆除后的孔底钻头5借助打捞工具6实现拆卸，拆卸后的钻头单元51应小于钻杆内径且与打捞工具6间有可靠连接，保证钻头单元51能够通过钻杆被打捞出地面，钻头5打捞后能在地面组装并叠合成小于钻杆内径的形式，以便叠合后的钻头5能够通过钻杆被下放入孔底，叠合后的钻头5依靠送钻工具7实现下送至孔底，送钻工具7将叠合后的钻头5送至孔底后，能依靠与地面相连的绳索的拉动解除与叠合后的钻头5间的连接，并且能实现解除对叠合后的钻头5的约束，被送至孔底并被解除约束的叠合后的钻头5能自动还原其叠合前的形状，还原后的钻头5能与钻杆相连接，实现正常的绳索取心钻进作业。
25.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。