探讨绳索取芯钻具的加工工艺改进

探讨绳索取芯钻具的加工工艺改进

许丙彩马茹祥马儒明

许丙彩XUBing-cai曰马茹祥MARu-xiang曰马儒明MARu-ming（山东省煤田地质局第一勘探队，滕州277500）（TheFirstProspectingTeamofShandongCoalGeologyBureau，Tengzhou277500，China）

Abstract:Inordertoensurethesecurityandstabilityincoalfieldgeologicalexploration,itrequirescontinuousimprovementofrelatedtechnologyofropecoringdrillingtools.Thisarticlemainlydiscussestheimprovementinmaterial,machiningprocessandotheraspectstomaximizeitsservicelife,makingsureitsstrengthreachtherequirement.Thisarticlemainlyanalyzesthetechnicalperformanceandthewayofimprovement.关键词院绳索取芯钻具；加工工艺；改进Keywords:ropecoringdrillingtools；processingtechnology；improvement中图分类号院TE921文献标识码院A文章编号院1006-4311（2014）15-0067-020

引言在1947年绳索取芯钻具面世以来，其主要功用是进行岩心钻探活动。该种方式和其他方式相比具有一定的优越性，其被用于生产当中能够有效的提高工作效率，且具有成本低、劳动强度小等优势。该钻具主要由两个部分组成，即打捞器和单动双管。和普通的金刚石双管钻具相比，在作用相同的情况之下，其还能够进行柱内升降。因此不断的改进其加工工艺，具有重大的现实意义。

1绳索取芯概述绳索取芯主要就是一种将岩心取出，却不需要提出钻心和钻具的一种方式。连接着钻头的外岩心管和容纳岩心的内岩心管，可以利用弹簧卡进行分离和锁定。该种钻具运用的范围十分广泛，对于钻孔的不同需求灵活性较强，能够便利的运用到浅至几十米，或者深度超过万米的孔。

而且钻进的方向和地层的选择适应性强，在遇-御级中等硬度的岩层当中的使用效果最为显著。在不同的地层当中，冲洗介质可以使用清水、泡沫等。我国在这方面的使用和先进国家相比还较为不足，相较于国外超过百分之九十的使用，我国还需要进一步的拓展使用范围。

和国外多类型先进的绳索取芯钻具相比，在存在差异性的同时也拥有性能之上的几大共同点：第一，内管总成能从钻杆柱内下到外管中的悬挂部位和预定限位，并且以此种方式避免在钻进当中所发生的窜动现象。第二，在进行钻进之时，如果发现岩矿心被堵塞的情况，则应该及时上报，然后停止运行取出岩心防止其被腐蚀。第三，在卡取岩心之时，要保障内管总成的单动部分能够移动到安全距离，以保障内管的完整性，不至于被岩心损坏。第四，保持外管能够对内管扶正，确保岩心顺利进入，避免不必要的堵塞和磨损。第五，当钻进的地层漏失严重，或者进行干孔之时，打捞器要确保内管的安全性，同时将其送至预定位置，等等。

2结构原理第一，定位机构。该钻具的定位机构主要由1-弹卡挡头、5-弹卡室等构成。当钻杆柱内下放之时，挡内管总成张簧，保持弹卡能够张开到所需要的角度，并且往下滑动保障内管成功到达弹卡室。在张簧的作用之下，弹卡的两翼可以与之相互贴附，加之弹卡室和其上的挡头，前者相对较大后者较小，还拥有两个拨叉。在运行过程当中能够有效的防止内管上传，让外管和内管总成上部共同旋转，最大限度的减少弹卡损伤。

第二，悬挂机构。由于悬挂环的内外径相比，外径稍大，因而在运行之时钻头的内台阶，以及卡簧座之间能够拥有一定间隙，这个间隙通常应该保持在三毫米左右，以确保卡簧座与钻头完整无缺，且内管单动性良好。

第三，内管保护机构。在拔断岩心之时，其内管和卡簧座能够被移动到钻头内台阶，从而确保内管完整性。

第四，单动机构。其主要构成是两付推动轴承，避免钻进之时出现旋转现象。

第五，调节机构。通过移动心轴和接头，保障卡簧座和钻头内台阶达到合适的间距。

第六，扶正机构。其主要作用是导向内管，让内外管同轴，确保岩心进入顺畅。

第七，打捞机构。首先抓住内管的捞矛头，进而通过回管收拢弹卡，最终成功脱离内外总成并将内管总成捞出。

第八，干孔送入机构。在针对漏失严重的地层进行钻进之时，或者进行干孔之时，为了确保内管总成与钻头的完整性，首先将内管总成通过打捞器到达预定位置，然后再将其提升。

3改进方式3.1改进材料目前我国在绳索取芯之上的材料大多选择45MnMoB，同时使用了公母接手连接。该材料在使用当中存在一定的风险性，比如发生脱扣、断扣等。进行整体热处理之后将能够有效的降低风险，将其整体性能提高。通过热处理之后，钻杆的强度最大值可以达到一千兆帕斯卡。

高出标准百分之二十左右，在屈服极限之上也高出百分之三十，在硬度和刚性之上都得到了有效提升。同时其耐用性也有了一定程度的提高，运行当中没有出现任何的卡滞现象，有效的降低了钻进中深孔的危险性。

3.2改进加工程序第一，在数控加工当中，将基准定为内孔，然后对其进行找正和夹装。与此同时还需要确保钻杆两端的同轴度，使用四爪单动卡盘对机床进行加工。第二，统一和改进加工程序。首先，在螺纹锥度是1:30之时，充分考虑起刀点的位置再进行编程，将起刀点长度加入斜率计算当中。其次，在统一的加工编程中需要三把刀具，1号是九十度的圆车刀，2号是七十五度的外圆车刀，3号是是三十度的螺纹车刀，并且刀头的宽度是3.784。并且编程方式有两种，一种是G90和G92，另一种是G70、G71以及G76。第三，改进刀具。传统的刀具通常是手工制成，在精度方面受到一定的限制，而且互换性不高。因此可以利用数控技术进行制造，该项技术将有效的克服以上问题，且能够提高产品质量。第四，改进检测。传统的检测方式是将所有的产品一件件进行检测，或者进行合理的抽查。然而产品在生产之时往往所需要的数量庞大，如果继续利用传统方式，不仅会严重的磨损所用的标准件，而且速度慢劳动量大，工作效率和质量都无法得到有效的保证。这就要求进一步的改进检测方式。在此通过改进之后，其斜率是1:30，斜套的长度是四十二毫米。将其利用在检测当中，不仅能够快速检测外扣外径，而且将配合标准件的使用测定扣深。检测速度被进一步提高，且能够有效的降低标准件磨损和保障工作质量、效率。第五，自动车削法。为了进一步提高该种钻具的螺纹精度，使其达到优化工艺的需求。如果只是通过传统的方式，即铣削法和车削法，这两种方式都在一定程度之上存在缺陷，并不能充分满足精度需求。这就要求在车削法的基础之上提高其自动化能力，同时保障精度和降低劳动量。第六，刀具形状。刀具的形状也会最终影响螺纹精度，这就要求要选择最佳的刀具几何形状。在检查刀具之时，最为简易的方式是通过磨样板刀进行。此种方式虽然简单容易操作，然而无法有效的控制误差。在充分结合企业的具体情况之下，可以使用专用的工具磨削刀具，在进行精度的测量之时可以选择电子显微镜，或者选择投影仪。比如日本的利根公司，在进行磨削刀具之时就充分使用了投影仪。首先将图纸放大至二十倍，然后根据被放大的图纸进行磨削。将整个刀具的磨削工作细化，能够有效的提高精度，最大限度的控制其形状。

4结语综上所述，我国的绳索取芯钻具的发展较为晚，其先进性之上和国外相比还存在一定的差距，加之该种钻具所具备的诸多优势决定了必须要进一步的拓展其使用范围，并且在传统方式的基础之上不断的改进加工工艺，以提高整体的性能。这就要求有关企业在进行加工之时，立足于绳索取芯钻具的结构、原理等基础之上，主要从材料和加工程序两个方面进行改进。尤其是针对加工程序之上，需要从利用数控技术、改进刀具、改进检测方式等多个方面进行，最终整体优化其工艺，提高绳索取芯钻具的先进性。

参考文献院[1]宋厚园.缓角度绳索取芯钻孔井壁稳定性分析及钻井液研究[D].中南大学,2012.[2]马杰.新型直连式绳索取心钻杆及钻具的研究[D].中南大学,2010.[3]卢春华,张涛,范加兴.提高破碎地层取芯质量的绳索强制取芯钻具[J].工程勘察,2011,10:25-28.[4]秦伟,赵庆彬,张迪,王瑞.煤层气绳索取芯工艺技术常见问题及处理方法探索[J].中国石油和化工标准与质量，2013，02：71-73.