一種基于液壓卡取巖心的取心鉆具制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于液壓卡取巖心的取心鉆具，包括傳力分動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)、儲壓機(jī)構(gòu)、提引注壓機(jī)構(gòu)、液壓卡心機(jī)構(gòu)、側(cè)噴鉆頭分動機(jī)構(gòu)、外管總成和密封系統(tǒng)，導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)對接傳力分動機(jī)構(gòu)，儲壓機(jī)構(gòu)對接導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)，提引注壓機(jī)構(gòu)對接儲壓機(jī)構(gòu)，液壓卡心機(jī)構(gòu)對接提引注壓機(jī)構(gòu)，側(cè)噴鉆頭分動機(jī)構(gòu)對接液壓卡心機(jī)構(gòu)；液壓卡心機(jī)構(gòu)包括底承臺、液壓膜、巖心內(nèi)管、卡簧座和卡簧。本發(fā)明專利技術(shù)可實現(xiàn)對軟弱松散、破碎等復(fù)雜難取心地層高達(dá)100％的取芯率，基于液壓提供全自動三維應(yīng)力卡取捆綁控制巖心，同時配合常規(guī)卡心割心裝置，具有高可靠度、高取心效率、高取心質(zhì)量、高巖心采取率、適用地層廣、自動化性能好等特點。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及鉆探用的取心鉆具，尤其涉及一種適用于軟弱松散、極破碎等復(fù)雜難取心地層鉆探取心的取心鉆具。
技術(shù)介紹
鉆探技術(shù)作為目前唯一能從地下取出實體巖石礦物樣品的勘察技術(shù)方法，在常規(guī)固體資源勘探開發(fā)如地質(zhì)鉆進(jìn)、新型液氣態(tài)能源普查如油氣井鉆進(jìn)、地學(xué)研究如探究地球歷史進(jìn)行的科學(xué)鉆探、環(huán)境科學(xué)鉆探等，呈現(xiàn)出鉆探技術(shù)手段無可替代的重要作用。而當(dāng)前所面對的鉆探環(huán)境已從易發(fā)掘的淺層地表向深部進(jìn)發(fā)，面對的情況將是資源難發(fā)現(xiàn)、難發(fā)掘、海拔更高以及陸地轉(zhuǎn)向湖泊海洋，對鉆探效率和質(zhì)量提出更高的要求。而真實可靠的地質(zhì)資料的獲得依托于鉆探技術(shù)應(yīng)對不同環(huán)境條件的能力，之前已存在的鉆探設(shè)備、技術(shù)在應(yīng)對深孔復(fù)雜地層，如硬、脆、碎、漏、坍、軟弱松散易沖蝕等復(fù)雜地層鉆進(jìn)取心存在很大難度。雖然目前已經(jīng)有新組合鉆具、工藝工法在解決復(fù)雜地層鉆進(jìn)效率低、巖礦心采取率低、鉆孔質(zhì)量差、鉆頭壽命低、孔底事故多、鉆探成本高等問題方面取得一定的效果，但軟弱松散、破碎等復(fù)雜地層難取心問題并未徹底解決。如何解決極破碎、軟弱地層中取心率低的問題，一直是國內(nèi)、外鉆探領(lǐng)域亟待解決的難題。單管無泵鉆具雖然能提高在極破碎、軟弱地層中的采心率，但因要提鉆取心，施工效率低，勞動強(qiáng)度大，頻繁提鉆影響孔壁穩(wěn)定。囊袋多節(jié)捆綁式取心鉆具從鉆具隔水保真、巖心卡取原理方面進(jìn)行改進(jìn)，化整為散，對提高極破碎、軟弱等復(fù)雜地層取心效果顯著，但需進(jìn)一步提高可靠性和自動化性能等。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可提高極破碎、軟弱等復(fù)雜地層取心效率、取心質(zhì)量且適用性廣、可靠性高、自動化程度高的基于液壓卡取巖(礦)心的取心鉆具。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：一種基于液壓卡取巖心的取心鉆具，其特征在于：包括傳力分動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)、儲壓機(jī)構(gòu)、提引注壓機(jī)構(gòu)、液壓卡心機(jī)構(gòu)、側(cè)噴鉆頭分動機(jī)構(gòu)、外管總成和密封系統(tǒng)，導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)對接傳力分動機(jī)構(gòu)，儲壓機(jī)構(gòu)對接導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)，提引注壓機(jī)構(gòu)對接儲壓機(jī)構(gòu)，液壓卡心機(jī)構(gòu)對接提引注壓機(jī)構(gòu)，側(cè)噴鉆頭分動機(jī)構(gòu)對接液壓卡心機(jī)構(gòu)；所述液壓卡心機(jī)構(gòu)包括底承臺、液壓膜、巖心內(nèi)管、卡簧座和卡簧，巖心內(nèi)管上端與儲壓機(jī)構(gòu)的導(dǎo)流管下端螺紋連接；底承臺內(nèi)含單向閥，側(cè)壁均布溢水孔，該溢水孔與導(dǎo)流管溢水孔位置重合、水路連通，底承臺與導(dǎo)流管螺紋銷連接，接口處、溢水孔過渡處采用密封膠密封；底承臺下端臺階與液壓膜采用密封膠粘結(jié)密封，液壓膜吸附于巖心內(nèi)管的內(nèi)壁并布滿于整個巖心內(nèi)管中；卡簧座與巖心內(nèi)管螺紋連接，卡簧座螺紋根部預(yù)留有液壓膜收納空間；卡簧與卡簧座呈楔形接觸。液壓膜沿巖心內(nèi)管的內(nèi)壁布置至其末端，然后經(jīng)卡簧座的液壓膜收納空間，再上返至巖心內(nèi)管末端；液壓膜與巖心內(nèi)管末端外壁凹臺段采用密封膠粘結(jié)密封后繼續(xù)向上延伸固定于卡簧座與巖心內(nèi)管的螺紋間；位于卡簧座收納段的液壓膜在液壓作用下形成鎖扣形式；卡簧座無水口，末端為內(nèi)凹臺階結(jié)構(gòu)。所述傳力分動機(jī)構(gòu)包括鉆桿接手、動力軸、異動接手、雙限位螺母、轉(zhuǎn)換接手、傳力環(huán)、滑套座、滑套、上下兩推力軸承、密封螺母和心軸接手；動力軸上端與鉆桿接手螺紋連接，下端與轉(zhuǎn)換接手螺紋連接，軸向設(shè)有貫通孔；軸
身設(shè)置與異動接手端部內(nèi)花鍵相配的外花鍵，外花鍵首末兩端預(yù)留凹槽，預(yù)裝橡膠密封圈，且槽底圓直徑小于外花鍵小徑，外花鍵下段設(shè)有雙限位螺母；異動接手上端與動力軸花鍵連接，下端與上擴(kuò)孔器螺紋連接；轉(zhuǎn)換接手外壁的環(huán)狀卡扣坐落于異動接手與上擴(kuò)孔器之間的傳力環(huán)并處于接觸壓緊狀態(tài)，卡扣與傳力環(huán)之間設(shè)有橡膠密封環(huán)，轉(zhuǎn)換接手下端與滑套座螺紋連接；滑套座依次貫穿推力軸承、滑套、推力軸承，尾部連接密封螺母，滑套座與滑套間隙配合，滑套座軸向設(shè)有貫通孔，轉(zhuǎn)換接手、密封螺母配合實現(xiàn)滑套及其上下兩個推力軸承的軸向限位；密封螺母的O型密封圈密封于螺母與心軸接手之間的間隙，滑套外螺紋連接心軸接手上端。導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)包括心軸、懸掛接手、限位螺母、滑動密封環(huán)、彈卡架、彈簧、彈卡鉗、彈卡室、彈卡座、水路截斷環(huán)和彈性單向排氣閥；心軸軸向設(shè)有貫通孔，其上端與傳力分動機(jī)構(gòu)的心軸接手螺紋連接，下端與彈卡架螺紋連接，心軸軸身布置的外花鍵與懸掛接手的內(nèi)花鍵相配，懸掛接手與心軸可沿花鍵做軸向相對滑動；限位螺母固定滑動密封環(huán)于彈卡架的上端，滑動密封環(huán)密封于懸掛接手與彈卡架之間的間隙，彈卡架下段開有環(huán)形孔，貫穿彈簧的插銷可帶動彈簧在環(huán)形孔中上下滑移，彈簧支腿插入彈卡鉗的預(yù)留孔中，彈卡鉗被插銷固定于彈卡座上端；彈卡座下段軸向設(shè)有彈性單向排氣閥，其外環(huán)與水路截斷環(huán)過盈配合；水路截斷環(huán)布置于彈卡室的泄水孔處，并與彈卡室內(nèi)壁緊密接觸密封泄水孔截斷水路，水路截斷環(huán)均布互不連通的軸向水路；彈卡室內(nèi)環(huán)布有對應(yīng)彈卡鉗的限位槽，限位槽以下均布泄水孔，彈卡室上端與懸掛接手螺紋連接，下端與儲壓機(jī)構(gòu)的導(dǎo)流管螺紋連接。儲壓機(jī)構(gòu)包括腔頂蓋、儲壓腔、導(dǎo)流管、腔底蓋、彈性單向閥、儲壓彈簧和活塞；腔頂蓋軸向有半深凹槽，頂端開口底端閉合，底端有通氣孔；腔頂蓋通過凹槽內(nèi)螺紋連接導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)的彈卡座并對水路截斷環(huán)做軸向限位，外壁
預(yù)留銷口與儲壓腔的螺紋銷連接，并在接口處涂密封膠密封；導(dǎo)流管內(nèi)壁除設(shè)置與儲壓腔外花鍵相配的內(nèi)花鍵外，還設(shè)有軸向?qū)Я鞑?；腔底蓋與儲壓腔螺紋連接，其軸線位置裝有彈性單向閥；儲壓彈簧位于儲壓腔內(nèi)，其一端連接腔底蓋，另一端連接活塞，采用鉸接或粘結(jié)連接；活塞與儲壓腔內(nèi)壁光滑緊密接觸；導(dǎo)流管與液壓卡心機(jī)構(gòu)的底承臺連接處均布溢水孔。提引注壓機(jī)構(gòu)包括引壓器、注壓器、帶針氣閥和底彈簧；引壓器的中空支腿穿過注壓器端部預(yù)留孔插入腔底蓋預(yù)留孔洞，并與腔底蓋焊接密封；引壓器端部、注壓器上端均設(shè)有帶針氣閥，帶針氣閥為常閉氣閥，內(nèi)部壓縮彈簧頂推密封墊使氣閥處于閉合狀態(tài)，外端設(shè)有頂針，端部設(shè)置橡膠密封墊，帶針氣閥與引壓器、注壓器螺紋連接；注壓器下段均布的軸向孔分兩類，一類與注壓器的帶針氣閥連通，并貫通于液壓卡心機(jī)構(gòu)的底承臺預(yù)留的軸向通路，該類軸向孔與底承臺預(yù)留軸向通路接口處焊接密封,另一類不與注壓器的帶針氣閥連通，為獨立單向孔，用于注壓器與底承臺固定，采用螺紋銷或焊接連接；底彈簧一端固定于底承臺頂端面，通過焊接、鉸接或粘結(jié)連接，另一端為自由端，底彈簧、底承臺二者共軸線。側(cè)噴鉆頭分動機(jī)構(gòu)包括環(huán)帽和推力軸承；液壓卡心機(jī)構(gòu)的卡簧座末端的內(nèi)凹臺階坐落于推力軸承上盤，環(huán)帽、推力軸承下盤與外管總成的側(cè)噴鉆頭內(nèi)臺階過盈配合，環(huán)帽下端面與推力軸承上盤端面預(yù)留間隙，環(huán)帽內(nèi)環(huán)、上端面與卡簧座末端內(nèi)凹臺階預(yù)留間隙。外管總成包括上擴(kuò)孔器、外管、扶正環(huán)、下擴(kuò)孔器和側(cè)噴式鉆頭；上擴(kuò)孔器下端連接外管，外管下端連接下擴(kuò)孔器，下擴(kuò)孔器下端連接側(cè)噴式鉆頭，均采用螺紋連接；扶正環(huán)坐落于下擴(kuò)孔器內(nèi)凹臺階處，與下擴(kuò)孔器連接的外管對其進(jìn)行軸向限位。密封系統(tǒng)包含靜態(tài)密封和動態(tài)密封；靜態(tài)密封包括螺紋裝配時涂沫潤滑
油，在內(nèi)外螺紋根部加設(shè)橡膠密封圈，螺紋銷連接結(jié)構(gòu)間進(jìn)行密封膠密封，焊接密封；動態(tài)密封包括轉(zhuǎn)換接手與傳力環(huán)間的橡膠密封環(huán)、密封螺母外圍預(yù)裝的O型密封圈、滑動密封環(huán)、水路截斷環(huán)、帶針氣閥處的橡膠密封墊、活塞。通過各機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)配合協(xié)作，實現(xiàn)了：1、傳力分動通過鉆桿連接鉆桿接手將本取心鉆具放入鉆孔指定位置，下落過程相關(guān)結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)為異動接手位于本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于液壓卡取巖心的取心鉆具，其特征在于：包括傳力分動機(jī)構(gòu)(Ⅰ)、導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)(Ⅱ)、儲壓機(jī)構(gòu)(Ⅲ)、提引注壓機(jī)構(gòu)(Ⅳ)、液壓卡心機(jī)構(gòu)(Ⅴ)、側(cè)噴鉆頭分動機(jī)構(gòu)(Ⅵ)、外管總成和密封系統(tǒng)，導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)(Ⅱ)對接傳力分動機(jī)構(gòu)(Ⅰ)，儲壓機(jī)構(gòu)(Ⅲ)對接導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)(Ⅱ)，提引注壓機(jī)構(gòu)(Ⅳ)對接儲壓機(jī)構(gòu)(Ⅲ)，液壓卡心機(jī)構(gòu)(Ⅴ)對接提引注壓機(jī)構(gòu)(Ⅳ)，側(cè)噴鉆頭分動機(jī)構(gòu)(Ⅵ)對接液壓卡心機(jī)構(gòu)(Ⅴ)；所述液壓卡心機(jī)構(gòu)(Ⅴ)包括底承臺(34)、液壓膜(35)、巖心內(nèi)管(36)、卡簧座(37)和卡簧(38)，巖心內(nèi)管(36)上端與儲壓機(jī)構(gòu)(Ⅲ)的導(dǎo)流管(25)下端螺紋連接；底承臺(34)內(nèi)含單向閥(m)，側(cè)壁均布溢水孔(L)，該溢水孔與導(dǎo)流管(25)溢水孔位置重合、水路連通，底承臺(34)與導(dǎo)流管(25)螺紋銷連接，接口處、溢水孔過渡處采用密封膠密封；底承臺(34)下端臺階與液壓膜(35)采用密封膠粘結(jié)密封，液壓膜(35)吸附于巖心內(nèi)管(36)的內(nèi)壁并布滿于整個巖心內(nèi)管(36)中；卡簧座(37)與巖心內(nèi)管(36)螺紋連接，卡簧座(37)螺紋根部預(yù)留有液壓膜收納空間；卡簧(38)與卡簧座(37)呈楔形接觸。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于液壓卡取巖心的取心鉆具，其特征在于：包括傳力分動機(jī)構(gòu)(Ⅰ)、導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)(Ⅱ)、儲壓機(jī)構(gòu)(Ⅲ)、提引注壓機(jī)構(gòu)(Ⅳ)、液壓卡心機(jī)構(gòu)(Ⅴ)、側(cè)噴鉆頭分動機(jī)構(gòu)(Ⅵ)、外管總成和密封系統(tǒng)，導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)(Ⅱ)對接傳力分動機(jī)構(gòu)(Ⅰ)，儲壓機(jī)構(gòu)(Ⅲ)對接導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)(Ⅱ)，提引注壓機(jī)構(gòu)(Ⅳ)對接儲壓機(jī)構(gòu)(Ⅲ)，液壓卡心機(jī)構(gòu)(Ⅴ)對接提引注壓機(jī)構(gòu)(Ⅳ)，側(cè)噴鉆頭分動機(jī)構(gòu)(Ⅵ)對接液壓卡心機(jī)構(gòu)(Ⅴ)；所述液壓卡心機(jī)構(gòu)(Ⅴ)包括底承臺(34)、液壓膜(35)、巖心內(nèi)管(36)、卡簧座(37)和卡簧(38)，巖心內(nèi)管(36)上端與儲壓機(jī)構(gòu)(Ⅲ)的導(dǎo)流管(25)下端螺紋連接；底承臺(34)內(nèi)含單向閥(m)，側(cè)壁均布溢水孔(L)，該溢水孔與導(dǎo)流管(25)溢水孔位置重合、水路連通，底承臺(34)與導(dǎo)流管(25)螺紋銷連接，接口處、溢水孔過渡處采用密封膠密封；底承臺(34)下端臺階與液壓膜(35)采用密封膠粘結(jié)密封，液壓膜(35)吸附于巖心內(nèi)管(36)的內(nèi)壁并布滿于整個巖心內(nèi)管(36)中；卡簧座(37)與巖心內(nèi)管(36)螺紋連接，卡簧座(37)螺紋根部預(yù)留有液壓膜收納空間；卡簧(38)與卡簧座(37)呈楔形接觸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液壓卡取巖心的取心鉆具，其特征在于：所述液壓膜(35)沿巖心內(nèi)管(36)的內(nèi)壁布置至其末端，然后經(jīng)卡簧座(37)的液壓膜收納空間，再上返至巖心內(nèi)管的末端；液壓膜(35)與巖心內(nèi)管(36)末端外壁凹臺段采用密封膠粘結(jié)密封后繼續(xù)向上延伸固定于卡簧座(37)與巖心內(nèi)管(36)的螺紋間；位于卡簧座收納段的液壓膜(35)在液壓作用下形成鎖扣形式；卡簧座(37)無水口，末端為內(nèi)凹臺階結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于液壓卡取巖心的取心鉆具，其特征在于：傳力分動機(jī)構(gòu)(Ⅰ)包括鉆桿接手(1)、動力軸(2)、異動接手(3)、雙限位螺母(4)、轉(zhuǎn)換接手(5)、傳力環(huán)(6)、滑套座(7)、滑套(8)、上下兩推力軸承(9)、密封螺母(10)和心軸接手(11)；動力軸(2)上端
\t與鉆桿接手(1)螺紋連接，下端與轉(zhuǎn)換接手(5)螺紋連接，軸向設(shè)有貫通孔；軸身設(shè)置與異動接手(3)端部內(nèi)花鍵相配的外花鍵，外花鍵首末兩端預(yù)留凹槽，預(yù)裝橡膠密封圈(a)，且槽底圓直徑小于外花鍵小徑，外花鍵下段設(shè)有雙限位螺母(4)；異動接手(3)上端與動力軸(2)花鍵連接，下端與上擴(kuò)孔器(45)螺紋連接；轉(zhuǎn)換接手(5)外壁的環(huán)狀卡扣(b)坐落于異動接手(3)與上擴(kuò)孔器(45)之間的傳力環(huán)(6)并處于接觸壓緊狀態(tài)，卡扣(b)與傳力環(huán)(6)之間設(shè)有橡膠密封環(huán)(c)，轉(zhuǎn)換接手(5)下端與滑套座(7)螺紋連接；滑套座(7)依次貫穿推力軸承(9)、滑套(8)、推力軸承(9)，尾部連接密封螺母(10)，滑套座(7)與滑套(8)間隙配合，滑套座(7)軸向設(shè)有貫通孔，轉(zhuǎn)換接手(5)、密封螺母(10)配合實現(xiàn)滑套(8)及其上下兩個推力軸承(9)的軸向限位；密封螺母(10)的O型密封圈(d)密封于螺母與心軸接手(11)之間的間隙，滑套(8)外螺紋連接心軸接手(11)上端。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液壓卡取巖心的取心鉆具，其特征在于：導(dǎo)流限位機(jī)構(gòu)(Ⅱ)包括心軸(12)、懸掛接手(13)、限位螺母(14)、滑動密封環(huán)(15)、彈卡架(16)、彈簧(17)、彈卡鉗(18)、彈卡室(19)、彈卡座(20)、水路截斷環(huán)(21)和彈性單向排氣閥(22)；心軸(12)軸向設(shè)有貫通孔，其上端與傳力分動機(jī)構(gòu)(Ⅰ)的心軸接手(11)螺紋連接，下端與彈卡架(16)螺紋連接，心軸(12)軸身布置的外花鍵與懸掛接手(13)的內(nèi)花鍵相配，懸掛接手(13)與心軸(12)可沿花鍵做軸向相對滑動；限位螺母(14)固定滑動密封環(huán)(15)于彈卡架(16)的上端，滑動密封環(huán)(15)密封于懸掛接手(13)與彈卡架(16)之間的間隙，彈卡架(16)下段開有環(huán)形孔(e)，貫穿彈簧(17)的插銷可帶動彈簧(17)在環(huán)形孔(e)中上下滑移，彈簧(17)支腿插入彈卡鉗(18)的預(yù)留孔中，彈卡鉗(18)被插銷固定于彈...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郝志斌，
申請(專利權(quán))人：中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44