三合一组合式取心钻具.pdf

本发明涉及一种三合一组合式取心钻具。包括放置于地表的绳索打捞器、外管总成、内管总成、螺杆马达、液动潜孔锤、岩心容纳管、钻头，还包括用于固定内管总成并消除螺杆马达的定子所产生的反扭矩的定位机构、用于将螺杆马达输出的扭矩传递到外管总成及钻头上的传扭机构III、将螺杆马达排出的冲洗液，在进入液动潜孔锤之前进行分流的冲洗液分流机构、实现外管总成下部钻具回转的外管单动机构、将液动潜孔锤产生的冲击功传递到外管上的冲击功传递机构及调节内管总成弯曲度的微调机构VII。本发明将绳索取心机构、井底动力、碎岩液动潜孔锤三部分有机地结合为一体，可不提钻获取岩心，大幅度提高单位时间内钻进效率，减少提下钻次数，增加纯钻进时间。

1.  一种三合一组合式取心钻具，包括放置于地表的绳索打捞器(1)、外管总成(2)、内管总成(3)、螺杆马达(4)、液动潜孔锤(5)、岩心容纳管(6)、钻头(7)，其特征在于还包括用于固定内管总成(3)并消除螺杆马达(4)的定子所产生的反扭矩的定位机构(II)、用于将螺杆马达(4)输出的扭矩传递到外管总成(2)及钻头(7)上的传扭机构(III)、将螺杆马达(4)排出的冲洗液，在进入液动潜孔锤(5)之前进行分流的冲洗液分流机构(IV)、实现外管总成下部钻具回转的外管单动机构(V)、将液动潜孔锤(5)产生的冲击功传递到外管上的冲击功传递机构(VI)及调节内管总成(3)弯曲度的微调机构(VII)。

2.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于所述的定位机构(II)包括一双支点弹卡钳(25)，两个弹性圆柱销(26)将该双支点弹卡钳(25)固定在弹卡架(22)上，端部用张簧(24)使其张开并贴在弹卡室(23)的花键槽内。

3.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于所述的扭矩传递机构(III)包括一伸缩式传扭板(32)，该伸缩式传扭板(32)利用弹簧板(31)固定在传动轴(34)上，螺旋花键套(33)与心管(35)的一端连接，心管(35)的另一端与单动接头(36)连接。

4.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于所述冲洗液分流机构(IV)包括一喷嘴(44)，该喷嘴(44)利用外套(43)固定于分流接头(42)上，外套(43)利用螺杆马达接头(41)与分流接头(42)固定。

5.  根据权利要求1或4所述的钻具，其特征在于所述的冲洗液分流机构(IV)为多级、小径喷嘴分流。

6.  根据权利要求5所述的钻具，其特征在于所述的冲洗液分流喷嘴(44)直径为1.5-18毫米。

7.  根据权利要求6所述的钻具，其特征在于所述的冲洗液分流喷嘴(44)的安装角度为20-45度。

8.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于所述的外管单动机构(V)包括一主轴承(52)，该主轴承(52)安装在外套(54)内，下部坐在螺旋花键套(53)上，上部用外管接头(51)顶住，主轴承(52)为开式单动结构。

9.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于所述的冲击功传递机构(VI)包括一可调式弧形传功板(63)，该传功板(63)尾部固定在传功架(62)上，端部用张簧(64)使其张开。

10.  根据权利要求1所述的钻具，其特征在于所述的径向微调机构(VII)包括提引母接头(71)、球形接头(73)、安全环(74)，球形接头(73)套在提引母接头(71)的缺口内，安全环(74)用弹簧(72)压住。

三合一组合式取心钻具
技术领域
本发明涉及一种用于固体矿产勘探的三合一组合式取心钻具。
背景技术
在进行固体矿产勘探中，使用的多为单一技术的取心钻具，使用常规绳索取心钻具，由于钻头唇面厚，效率低且钻柱与井壁的摩擦阻力大，不易实现高转速；使用螺杆马达钻具又需要将全部钻柱提到地面才能获取岩心，存在提钻时间长、提钻次数多的缺点。液动潜孔锤钻具可提高单位时间内的钻进效率，但同样存在提钻次数多、辅助时间长的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于深井、超深井、硬岩钻进的高效三合一组合式取心钻具，可以提高钻进效率，并快速捞取岩心。
本发明的目的还在于提供一种利用绳索打捞器在钻杆内捞取岩心、利用螺杆马达作为井底动力、利用液动潜孔锤作为主碎岩工具的高效三合一组合式取心钻具。
为了达到上述目的，本发明提供的三合一组合式取心钻具包括放置于地表的绳索打捞器1、外管总成2、内管总成3、螺杆马达4、液动潜孔锤5、岩心容纳管6、钻头7，其特征在于还包括用于固定内管总成3并消除螺杆马达4的定子所产生的反扭矩的定位机构II、用于将螺杆马达4输出的扭矩传递到外管总成2及钻头7上的传扭机构III、将螺杆马达4排出的冲洗液，在进入液动潜孔锤5之前进行分流的冲洗液分流机构IV、实现外管总成下部钻具回转的外管单动机构V、将液动潜孔锤5产生的冲击功传递到外管上的冲击功传递机构VI及调节内管总成3弯曲度的微调机构VII。
本发明将现有技术中分别使用的绳索取心机构、井底动力(螺杆马达)、碎岩液动潜孔锤三部分有机地结合为一体，钻具上部为绳索取心打捞、定位、悬挂机构，并于井底动力螺杆马达连接，螺杆马达通过传扭机构带动外岩心管及钻头回转，螺杆马达与碎岩液动潜孔锤连接，并将潜孔锤产生的冲击功传递到外岩心管上，下部为岩心容纳管，用于装取岩心。利用本发明的装置可不提钻获取岩心，大幅度提高单位时间内的钻进效率，减少提下钻的次数，增加纯钻进时间，缩短工期，节约成本。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的整体结构的轴向剖视图
图2是本发明的定位机构的轴向剖视图
图3是本发明的传扭机构的轴向剖视图
图4是本发明的冲洗液分流机构的轴向剖视图
图5是本发明的外管单动机构的轴向剖视图
图6是本发明的冲击功传递机构的轴向剖视图
图7是本发明的径向微调机构的轴向剖视图
图中：
1绳索打捞器、2外管总成、3内管总成、4螺杆马达、5液动潜孔锤、6岩心容纳管、7钻头；
21矛头、22弹卡架、23弹卡室、24张簧、25双支点弹卡钳、弹性圆柱销26、回收管27；
31弹簧板、32伸缩式传扭板、33螺旋花键套、34传动轴、35心管、单动接头36；
41螺杆马达接头、42分流接头、43外套、44喷嘴；
51外管接头、52主轴承、53螺旋花键套、54外套、55心管、56轴承、单动接头57；
61液动潜孔锤外管、62传功架、63传功板、65传功环、66传功接头、64张簧；
71提引母接头、73球形接头、74安全环、72弹簧；
II定位机构、III传扭机构、IV冲洗液分流机构IV、V外管单动机构、VI冲击功传递机构、VII径向微调机构。
具体实施方式
如图1所示，本发明用于深井、超深井、硬岩钻进的三合一组合式取心钻具，包括放置于地表的绳索打捞器1、外管总成2、内管总成3、螺杆马达4、液动潜孔锤5、岩心容纳管6、钻头7及相应的定位机构II、传扭机构III、冲洗液分流机构IV、外管单动机构V、冲击功传递机构VI、径向微调机构VII。钻具在井底工作时，上部钻具不回转，而是利用冲洗液带动螺杆马达4的转子回转，螺杆马达的输出轴通过传扭板32将动力传递到下部钻具上并带动钻头7回转。从螺杆马达4排出的冲洗液经过分流后，剩余部分供液动潜孔锤5工作。液动潜孔锤将产生的冲击功通过传功板63、传功环65传递到传功接头66及钻头7上，以提高钻头7单位时间内的钻进效率。当岩心装满岩心容纳管6需要取心时，利用放置于地表的绳索打捞器1从井口钻杆内投下，待打捞钩扑捉住内管总成3上的矛头21时，开动地表卷扬并提升，使内管总成3的定位弹卡25收拢，继续提升使内管总成3脱离外管总成2被提出到地表。取出岩心容纳管内的岩心后将内管总成3从井口钻杆内投下，使其自由降落到外管总成2内，重新进行下一回次钻进。
如图2所示，该定位机构II包括双支点弹卡钳25、弹性圆柱销26、弹卡架22、张簧24、弹卡室23。双支点弹卡钳25用弹性圆柱销26固定在弹卡架22上，端部用张簧24使其张开并贴在弹卡室23的花键槽内。矛头21固定在回收管27上。
当内管总成投放到位后，固定于弹卡架22上的双支点弹卡钳25借助张簧24的弹力进入弹卡室23，防止内管总成3上串并利用弹卡室23的花键槽消除螺杆马达4所产生的反扭矩。当岩心容纳管6装满岩心后，将地表的打捞器1投入井内，扑捉住矛头21并带动回收管27上移，使弹卡钳25收拢，脱离外管总成2被提到地面。
如图3所示，该传扭机构III用于将螺杆马达4输出的扭矩传递到外管总成2及钻头7上。其包括伸缩式传扭板32、弹簧板31、传动轴34、螺旋花键套33、心管35。伸缩式传扭板32利用弹簧板31固定在传动轴34上，螺旋花键套33与心管35的一端连接，心管35的另一端与单动接头36连接。
当内管总成投放到位后，螺杆马达4输出的扭矩通过伸缩式传扭板32传递到螺旋花键套33及心管35上并带动单动接头36及其下部钻具回转，伸缩式传扭板为两块，用弹簧板31支撑。
如图4所示，该分流机构IV是将螺杆马达4排出的冲洗液，在进入液动潜孔锤5之前通过分流接头42上的喷嘴44按比例进行分流。喷嘴44利用外套43固定于分流接头42上，外套利用螺杆马达接头41与分流接头42固定。所述冲洗液分流为多级、小径喷嘴分流。冲洗液分流喷嘴44直径为1.5-18毫米，其安装角度为20-45度。
如图5所示，该外管单动机构V的主轴承52安装在外套54内，下部坐在螺旋花键套53上，上部用外管接头51顶住。主轴承52为开式单动结构。通过主轴承52、轴承56实现外管单动，螺杆马达4输出的扭矩通过螺旋花键套53、心管55传递到单动接头57上，实现外管总成2下部钻具回转。
如图6所示，该冲击功传递机构VI包括传功架62、传功板63、传功环65、传功接头66，传功板63尾部固定在传功架62上，端部用张簧64使其张开。传功环65座在传功接头66上。传功板63为可调式弧形板。
通过张簧64将固定在传功架62上的弧形传功板63弹入液动潜孔锤外管61内，并将液动潜孔锤5产生的冲击功通过传功环65传递到传功接头66及钻头7上，达到增加钻进效率及回次进尺长度的目的。
如图7所示，该径向微调VII为球式悬挂调节。其包括提引母接头71、球形接头73、安全环74。球形接头73套在提引母接头71缺口内，安全环74用弹簧72压住防止接头自行脱开。
悬挂在母接头71内的球形接头73的径向自由摆动，可以调节内管总成3因使用造成地弯曲，提高投放到位的几率。安全环74防止球形接头73脱开，弹簧72防止安全环74因冲洗液的浮力而失去作用。