一种压入式绳索取心钻具制造技术

一种压入式绳索取心钻具，包括外总成和内总成，取心作业时，内总成置于外总成中，在内总成和外总成之间形成环空结构；所述外总成中设有座环及密封外管，在密封外管下部设有泄压槽；所述内总成设有固定部件和套装在固定部件外面的活塞式运动部件，取心作业时，通过钻台面上布置的水泵将高压泥浆注入内总成和外总成之间形成的环空结构中，通过泥浆压力推动活塞式运动部件剪断销轴后向下运动，使内钻头冲入软弱地层中并在内管组件中获取岩心。本实用新型专利技术通过对绳索取心钻具结构的优化设计，创新了一种活塞压入方式获取软弱地层岩心的工艺方法，达到了提高岩心采取质量和岩心采取率的目的。目的。目的。

【技术实现步骤摘要】
一种压入式绳索取心钻具


[0001]本技术涉及一种绳索取心钻具，尤其是一种适于软弱地层的压入式绳索取心钻具。

技术介绍

[0002]钻探取心是指通过钻探设备和钻具在地层中钻孔并取得岩心的技术，目前常用的钻探取心方法为回转钻进，即钻机顶驱带动钻具转动，通过钻头研磨、刻划孔底地层钻进。钻进过程中，通过钻井液的循环降低钻头温度并将岩屑携带出钻孔，同时岩心柱逐渐进入岩心管内至钻进回次结束。
[0003]由于目前采用的钻进方法是针对岩石地层设计的，不适用于在海洋和河湖中浅表含水量较高的淤泥、粉砂等软弱地层中钻进取心作业，在这些软弱地层取心时，因钻头回转的扰动，会使岩心中地层结构发生变化，且容易被循环的钻井液冲刷，接近终点时导致取得的岩心存在扰动较大、取心质量不高、岩芯采取率不达标等问题。尤其是在海洋的浅层区域地质勘探中，往往由于岩心采取率不达标导致缺失地层较多，取心任务无法完成。综上所述，有泥浆循环的回转钻进取心方法对软弱地层岩心破坏较为严重，难以应用于海洋和河湖中浅表层取心钻进过程。

技术实现思路

[0004]本技术提供一种压入式绳索取心钻具，旨在通过对绳索取心钻具结构的优化设计，匹配活塞压入方式获取软弱地层岩心的工艺方法，达到提高岩心采取质量和岩心采取率的目的。
[0005]为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
[0006]一种压入式绳索取心钻具，包括外总成和内总成，取心作业时，内总成置于外总成中，在内总成和外总成之间形成环空结构；所述外总成中设有座环及密封外管，在密封外管下部设有泄压槽；所述内总成设有固定部件和套装在固定部件外面的活塞式运动部件，所述固定部件包括捞矛头组件、悬挂环、连接轴和芯轴，所述捞矛头组件通过连接轴与芯轴连接，在连接轴上套装悬挂环，内总成通过悬挂环搭载于外总成的座环上，所述活塞式运动部件在取心作业前通过销轴固定在连接轴上，在活塞式运动部件中设有与外总成中密封外管紧密贴合的凸缘活塞，在活塞式运动部件下端设有内钻头，取心作业时，通过钻台面上布置的水泵将高压泥浆注入内总成和外总成之间的环空结构中，通过泥浆压力推动活塞式运动部件剪断销轴后向下运动，使内钻头冲入软弱地层中并在内管组件中获取岩心。
[0007]上述压入式绳索取心钻具，所述活塞式运动部件包括活塞组件、内管组件和内钻头；所述活塞组件包括凸缘活塞、活塞座、滑环套、半滑环和剪销套，所述剪销套、半滑环、滑环套和活塞座由上至下依次连接，在滑环套、活塞座内壁上设有密封件，在剪销套上设置销轴孔，所述销轴安装在销轴孔中并贯穿连接轴，所述凸缘活塞嵌装在活塞座和滑环套之间；在活塞组件下面安装内管组件和内钻头。
[0008]上述压入式绳索取心钻具，所述芯轴包括上芯轴和下芯轴两部分，在上芯轴与下芯轴连接部位设有卡槽，在下芯轴的下端设置衬管活塞。
[0009]上述压入式绳索取心钻具，所述活塞组件还设有防退机构，所述防退机构包括防退键和扭簧，所述防退键左右对称布置两组，以铰接方式与剪销套装配，并在剪销套与防退键铰接轴之间安装扭簧，在取心作业完成后，通过防退键与上芯轴、下芯轴连接部位卡槽的配合对活塞组件进行限位。
[0010]上述压入式绳索取心钻具，所述活塞式运动部件还设有快速拆卸机构，所述快速拆卸机构包括相互配合的快拆内套与快拆外套，其中快拆内套上端与活塞组件的活塞座装配，快拆外套下端与内管组件装配。
[0011]上述压入式绳索取心钻具，所述内管组件包括泄压接头、内管和透明PC衬管；所述内管上端通过泄压接头与快拆外套连接，下端与内钻头连接，所述透明PC衬管嵌装在内管和内钻头内腔中。
[0012]上述压入式绳索取心钻具，在所述泄压接头侧壁上设有大泄压孔，在所述快拆外套侧壁上设有小泄压孔，通过大泄压孔、小泄压孔与安装在下芯轴下端的衬管活塞配合实现对活塞式运动部件接近终点时运动速度的控制。
[0013]本技术所述的压入式绳索取心钻具将凸缘活塞和密封外管、芯轴之间密封，形成类似油缸的密封腔，因此钻具内总成可在泥浆压力推动下，使内钻头压入地层取得岩心；本技术所述压入式绳索取心钻具还在内总成中设置了快速拆卸机构，因此可在孔口完成内总成的快速拆卸和组装，既降低了拆装操作难度、降低了对设备净空高度的要求，也降低了操作者劳动强度。采用本技术创新了一种压入式绳索取心工艺方法，与传统的回转钻探和冲击钻探工艺方法比较，由于内管直接压入地层，且以超前压入的方式避免了岩心受泥浆作用的影响，因此对岩心保护作用极佳，特别是针对海底淤泥等软弱地层具有良好的使用效果。由此可见，本技术通过对绳索取心钻具结构的优化设计，使其与活塞压入方式获取软弱地层岩心的工艺方法相匹配，达到了提高岩心采取质量和岩心采取率的目的。
附图说明
[0014]图1是压入式绳索取心钻具整体结构示意图；
[0015]图2是压入式绳索取心钻具的外总成结构示意图；
[0016]图3是图2中A处放大图；
[0017]图4是压入式绳索取心钻具的内总成结构示意图；
[0018]图5是压入式绳索取心钻具内总成中固定部件示意图；
[0019]图6是压入式绳索取心钻具内总成中活塞式运动部件示意图；
[0020]图7、图8是压入式绳索取心钻具内总成中活塞式运动部件运动过程示意图；
[0021]图9是图8中B处结构放大图；
[0022]图10是压入式绳索取心钻具取心工艺过程示意图。
[0023]图中各标号清单为：
[0024]1、外总成，1
‑
1、座环，1
‑
2、密封外管，1
‑
3、泄压槽，1
‑
4、外钻头；
[0025]2、内总成
[0026]I、固定部件
[0027]2‑
1、捞矛头组件，2
‑
2、悬挂环，2
‑
3、连接轴，2
‑
4、上芯轴，2
‑
5、下芯轴，2
‑
6、衬管活塞，
[0028]II、活塞式运动部件
[0029]2‑
7、剪销套，2
‑7‑
1、销轴孔，2
‑
8、挡环，2
‑
9、扭簧，2
‑
10、防退键，2
‑
11、半滑环，2
‑
12、滑环套，2
‑
13、凸缘活塞，2
‑
14、活塞座，2
‑
15、快拆内套，2
‑
16、快拆外套，2
‑
16
‑
1、小泄压孔，2
‑
17、液压接头，2
‑
17
‑
1、大泄压孔，2
‑
18、内管，2
‑
19、透明PC衬管，2
‑
20、内钻头，2
‑
21、密封件；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种压入式绳索取心钻具，包括外总成（1）和内总成（2），取心作业时，内总成（2）置于外总成（1）中；其特征是，所述外总成（1）中设有座环（1
‑
1）及密封外管（1
‑
2），在密封外管（1
‑
2）下部设有泄压槽（1
‑
3）；所述内总成设有固定部件（Ⅰ）和套装在固定部件（Ⅰ）外面的活塞式运动部件（Ⅱ），所述固定部件（Ⅰ）包括捞矛头组件（2
‑
1）、悬挂环（2
‑
2）、连接轴（2
‑
3）和芯轴，所述捞矛头组件（2
‑
1）通过连接轴（2
‑
3）与芯轴连接，在连接轴（2
‑
3）上套装悬挂环（2
‑
2），内总成（2）通过悬挂环（2
‑
2）搭载于外总成（1）的座环（1
‑
1）上，所述活塞式运动部件（Ⅱ）在取心作业前通过销轴（Ⅲ）固定在连接轴（2
‑
3）上，在活塞式运动部件（Ⅱ）中设有与外总成（1）中密封外管（1
‑
2）紧密贴合的凸缘活塞（2
‑
13），在活塞式运动部件（Ⅱ）下端设有内钻头（2
‑
20），在钻台面（7）上布置水泵，在内总成（2）和外总成（1）之间形成环空结构（3）。2.根据权利要求1所述的压入式绳索取心钻具，其特征是，所述活塞式运动部件（Ⅱ）包括活塞组件、内管组件和内钻头（2
‑
20）；所述活塞组件包括凸缘活塞（2
‑
13）、活塞座（2
‑
14）、滑环套（2
‑
12）、半滑环（2
‑
11）和剪销套（2
‑
7），所述剪销套（2
‑
7）、半滑环（2
‑
11）、滑环套（2
‑
12）和活塞座（2
‑
14）由上至下依次连接，在滑环套（2
‑
12）、活塞座（2
‑
14）内壁上设有密封件（2
‑
21），在剪销套（2
‑
7）上设置销轴孔（2
‑7‑
1），所述销轴（Ⅲ）安装在销轴孔（2
‑7‑
1）中并贯穿连接轴（2
‑
3），所述凸缘活塞（2
‑
13）嵌装在活塞座（2
‑
14）和滑环套（2
‑
12）之间；在活塞组件下面安装内管组件和内钻头（2
‑
20）。3.根据权利要求2所述的压入式绳索取心钻具，其特征是，所述芯轴包括上芯轴（2
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：马汉臣，许本冲，冯起赠，王林清，刘晓林，王跃伟，
申请(专利权)人：中国地质科学院勘探技术研究所，
类型：新型
国别省市：