CN110219612A - 海底保压取心的钻具内管及作业方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海底保压取心的钻具内管，它包括连接单元、保压管和保压端盖；保压管包括管体、挡圈、芯轴和锥头；管体的一端内设台阶、另一端外设锥面台阶；挡圈轴向中心设有通孔，实体上设有沿轴向贯通的水孔，挡圈同轴布置于管体内台阶处；芯轴上设有轴肩，轴肩两端的芯轴外分别套有弹簧和密封圈，芯轴***挡圈内，弹簧的另一端与挡圈接触；锥头内设贯穿的轴向孔，其中部设有沿径向贯通的水眼，锥头连接于管体的端部套于芯轴外，锥头的一端***管体内朝向挡圈、另一端位于管体外；锥面台阶与保压端盖可拆卸连接，锥头与连接单元可拆卸连接。降低了体积和自重，很好地适应海底钻机作业。

Description

海底保压取心的钻具内管及作业方法

技术领域

本发明属于海底取心技术领域，特别是涉及一种海底保压取心的钻具内管及作业方法。

背景技术

海底保压钻机是开展海底天然气水合物等海底资源地质调查及相关科学研究、进行资源勘探的重要技术装备。其主要用途是将在海底采集到的天然气水合物样品保持其原有的压力环境运输至调查船上，为样品后续的实验研究提供有利条件。保压钻具是海底保压钻机实现海底保压取样的核心装置。受支撑母船条件限制，海底钻机要求轻巧且结构紧凑，目前陆地和海洋钻井船所采用的保压钻具，其重量和结构尺寸均超出了海底钻机的要求，因此无法用于海底钻机的保压取心。随着海底天然气水合物勘探工作的推进，海底保压取心的需求日益迫切，急需开发一种适用于海底钻机的保压取心钻具。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种适用于海底钻机的保压取心的钻具内管及作业方法。

本发明提供的这种海底保压取心的钻具内管，它包括连接单元、保压管和保压端盖；保压管包括管体、挡圈、芯轴和锥头；管体的一端内设台阶、另一端外设锥面台阶；挡圈轴向中心设有通孔，实体上设有沿轴向贯通的水孔，挡圈同轴布置于管体内台阶处；芯轴上设有轴肩，轴肩两端的芯轴外分别套有弹簧和密封圈，芯轴***挡圈内，弹簧的另一端与挡圈接触；锥头内设贯穿的轴向孔，其中部设有沿径向贯通的水眼，锥头连接于管体的端部套于芯轴外，锥头的一端***管体内朝向挡圈、另一端位于管体外；保压管以其锥面台阶与保压端盖可拆卸连接，以其锥头与连接单元可拆卸连接。

在一个具体实施方式中，所述挡圈为圆环型挡圈，其一端设外凸的凸台，挡圈以其凸台设置于所述管体内的台阶处。

为了提高密封可靠性，所述芯轴包括大径段和小径段，所述轴肩位于大径段外，大径段上设有用于卡接所述密封圈的卡环；芯轴以其大径段***挡圈内、小径段伸至锥头内。

作为优选，所述锥头包括小径段、变径段和大径段，小径段外设有卡槽，大径段上设轴肩，所述水眼设置于轴肩处，大径段外设环形槽。

为了便于锁紧和解锁，所述连接单元包括连接套、顶杆、滑套、复位弹簧和卡接组件；连接套为圆柱型整体套，其一端为喇叭口，喇叭口外壁设滑槽，喇叭口内设小径头、另一端内设螺纹；顶杆螺纹连接于小径头内；滑套为圆柱型套，其套壁上设有一对对称布置的条形孔，滑套嵌装于连接套外滑槽内；卡接组件与连接套铰接，复位弹簧设置于连接套内，另一端与卡接组件接触，卡接组件绕铰接轴转动以与锥头锁紧或解脱。

作为优选，所述卡接组件包括拨杆和卡舌；拨杆的中部设有长圆孔，端部设有铰接孔，拨杆以其铰接孔端朝向芯轴布置，通过穿过长圆孔的销轴与连接套铰接；卡舌包括耳座和卡头，卡头连接于耳座端部外，拨杆***耳座内通过铰接轴铰接；条形孔与拨杆对齐时,拨杆外侧伸出条形孔外,卡舌在复位弹簧作用下***所述卡槽内锁紧锥头；滑套滑动，条形孔沿轴向移动至与拨杆外侧错开，滑套挤压拨杆,卡接组件绕铰接轴转动，卡舌从卡槽内脱离解脱。

在一个具体实施方式中，所述保压端盖包括盖体和卡块；盖体为一端开口、一端封闭的圆盖，其侧壁内近封闭端嵌有密封圈，其侧壁上近开口端设有若干豁口；卡块中部设有通孔，卡块置于豁口中通过穿过通孔的销轴与盖体铰接。

为了便于复位，所述盖体内设有复位扭簧，复位扭簧的一端与卡块的外侧接触、另一端与盖体内壁接触。

本发明还提供了一种利用上述钻具内管进行海底保压取心的作业方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、将钻具内管调节至取心模式，将连接单元一端与用于内管坐放及打捞的脑袋总成相连，另一端与保压管相连，将保压管锥头***连接单元中，芯轴后移，密封圈与锥头内表面脱开，水眼与保压管体内部空腔连通，实现保压管上端的导通；

步骤二、捞取岩心，将取心模式下的内管投入外管中，钻进，获取目标岩心后回收内管；

步骤三、将连接单元自保压管上脱离，芯轴复位，顶紧锥头内表面，水眼与保压管体内部空腔隔开，实现保压管上端的密封；

步骤四、连接保压端盖密封保压管的下端。

本发明在使用时首先将钻具内管调节至取心模式，将连接单元的一端与用于内管坐放及打捞的脑袋总成相连，将锥头***连接单元另一端中，芯轴后移，密封圈与锥头内表面脱开，水眼与保压管体内部空腔连通，实现保压管上端的导通；接着捞取岩心，将取心模式下的内管投入外管中，钻进，获取目标岩心后回收内管；然后将连接单元自保压管上脱离，芯轴复位，顶紧锥头内表面，水眼与保压管体内部空腔隔开，实现保压管上端的密封；最后连接保压端盖密封保压管的下端即可实现所获取样品的海底保压。连接单元、保压管和保压端盖采用分体式结构，各部可拆卸连接，其中连接单元为自重较大部件，多根保压管可共用同一连接单元，有效的降低了保压钻具的总体重量和体积，可以很好地适应海底钻机作业。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的主视示意图。

图2为本优选实施例中连接单元的剖视示意图。

图3为本优选实施例中保压管的剖视示意图。

图4为本优选实施例中保压端盖与保压管的装配剖视示意图。

图5为本优选实施例中连接单元与保压管的装配剖视示意图。

图示序号：

1—连接单元，

11—连接套、12—顶杆、13—滑套、14—卡接组件、141—拨杆、142—卡舌、15—条形孔、16—复位弹簧；

2—保压管，

21—管体、211—台阶、212—锥面台阶，

22—挡圈、221—水孔，

23—芯轴，

24—锥头、241—卡槽、242—环形槽、243—水眼，

25—弹簧，26—密封圈，27—卡环；

3—保压端盖，

31—盖体，32—卡块，33—复位扭簧；

4—脑袋总成。

具体实施方式

如图1所示，本实施例公开的这种海底保压取心的钻具内管，它包括连接单元1、保压管2和保压端盖3。

如图2所示，连接单元1包括连接套11、顶杆12、滑套13、卡接组件14和复位弹簧16；其中连接套11为圆柱型整体套，其一端为喇叭口，喇叭口外壁设滑槽，喇叭口内设小径头、另一端内设螺纹，小径头的轴向中心设有螺纹孔；顶杆12为变径圆柱杆，其中部为大径段，两端为小径段，一侧小径段的外壁设有螺纹，顶杆螺纹连接于小径头内；滑套13为圆柱型套，其套壁上设有一对对称布置的条形孔15，滑套嵌套于连接套外包覆小径头能够沿连接套滑动；卡接组件14包括拨杆141和卡舌142；拨杆的中部设有长圆孔，端部设有铰接孔，拨杆以其铰接孔端朝向芯轴布置，通过穿过长圆孔的销轴与连接套铰接，通过长圆孔的设置使得拨杆能够相对铰接轴前后滑动从而避免卡舌直线运动时出现干涉；卡舌包括耳座和卡头，卡头连接于耳座端部外，拨杆***耳座内通过铰接轴铰接；复位弹簧16设置于连接套内，一端与套壁接触另一端伸至耳座内。在装配时将保压连接单元的一端与脑袋总成4螺纹连接，另一端与保压管相连；脑袋总成4为常规绳索取心钻具内管的脑袋总成，用于内管坐放及打捞。

如图3所示，保压管2包括管体21、挡圈22、芯轴23和锥头24。其中管体21为圆柱管，其一端内壁设有台阶211、另一端外壁设有锥面台阶212。挡圈22为圆环型挡圈，其一端设外凸的凸台，其实体上设有一对沿轴向贯穿的水孔221，挡圈以其凸台设置于管体内的台阶处。芯轴23包括大径段和小径段，大径段外设有轴肩，轴肩一侧的大径段外壁上套有弹簧25，另一侧设有密封圈26以及用于限制密封圈位移的卡环27，芯轴的大径段***挡圈内使弹簧的两侧分别与轴肩和挡圈接触，小径段伸至锥头24内。锥头24包括小径段、变径段和大径段，小径段外设有卡槽241，大径段上设轴肩，大径段外设环形槽242用于填装O型圈，锥头内设贯穿的轴向孔，锥头大径段中部设有沿径向贯通的水眼243，锥头以及轴肩连接于管体的端部套于芯轴外，锥头的一端***管体内朝向挡圈、另一端位于管体外。

如图4所示，保压端盖3包括盖体31和卡块32；盖体为一端开口、一端封闭的圆盖，其侧壁内近封闭端嵌有密封圈，其侧壁上近开口端设有多个豁口；卡块32中部设有通孔，卡块置于豁口中通过穿过通孔的销轴与盖体铰接；同时在盖体内设复位扭簧33，复位扭簧的一端与卡块的外侧接触、另一端与盖体内壁接触，以便复位。

在装配时，如需将内管置于取心模式，如图5所示，将连接单元的一端与脑袋总成螺纹连接，将保压管锥头***连接单元的另一端，此时顶杆伸至锥头内顶住芯轴，迫使芯轴后移，芯轴密封圈与锥头内表面脱开露出水眼，使水眼与保压管内部空腔连通，实现保压管上部的导通；此时，朝向保压管滑动滑套至连接位，条形孔与拨杆对齐时,拨杆外侧伸出条形孔外,卡舌在复位弹簧作用下***卡槽内锁紧锥头，实现连接单元与保压管的连接。

如需将内管调整至保压模式，则需先解除连接单元与保压管的连接，此时反向滑动滑套至解脱位，拨杆外端与滑套上的长条孔错开，压迫拨杆外端，拨杆绕铰接轴转动，此时配合复位弹簧的作用卡舌离开锥头上的卡槽，实现解锁；同时，将连接单元自保压管锥头中拔出，顶杆与芯轴脱离，芯轴在弹簧作用下带动芯轴密封圈前移，迫使其顶住锥头内表面，将锥头水眼与岩心管体内部空腔隔开，实现岩心管上部的密封；再将保压管下端***保压端盖内部空腔，保压端盖卡块卡住保压管体上的锥面台阶，端盖密封圈与保压管管体外表面配合，实现保压管下部的密封。

运用本实施例进行海底保压取心时按如下步骤操作：

步骤一、将钻具内管调节至取心模式，将连接单元的一端与脑袋总成螺纹连接，另一端与保压管相连，在与保压管装配时，将保压管锥头***连接单元，芯轴后移，密封圈与锥头内表面脱开，水眼与保压管体内部空腔连通，实现保压管上端的导通；

步骤二、捞取岩心，将取心模式下的内管投入外管中，钻进，获取目标岩心后回收内管；

步骤三、将连接单元自保压管锥头上脱离，芯轴复位，顶紧锥头内表面，水眼与保压管体内部空腔隔开，实现保压管上端的密封；

步骤四、连接保压端盖密封保压管的下端。

本实施例中连接单元、保压管和保压端盖采用分体式结构，各部可拆卸连接，其中连接单元为自重较大部件，多根保压管可共用同一连接单元，有效的降低了保压钻具的总体重量和体积，可以很好地适应海底钻机作业。

Claims (9)

1.一种海底保压取心的钻具内管，其特征在于：它包括连接单元、保压管和保压端盖；

保压管包括管体、挡圈、芯轴和锥头；管体的一端内设台阶、另一端外设锥面台阶；挡圈轴向中心设有通孔，实体上设有沿轴向贯通的水孔，挡圈同轴布置于管体内台阶处；芯轴上设有轴肩，轴肩两端的芯轴外分别套有弹簧和密封圈，芯轴***挡圈内，弹簧的另一端与挡圈接触；锥头内设贯穿的轴向孔，其中部设有沿径向贯通的水眼，锥头连接于管体的端部套于芯轴外，锥头的一端***管体内朝向挡圈、另一端位于管体外；

保压管以其锥面台阶与保压端盖可拆卸连接，以其锥头与连接单元可拆卸连接。

2.如权利要求1所述的海底保压取心的钻具内管，其特征在于：所述挡圈为圆环型挡圈，其一端设外凸的凸台，挡圈以其凸台设置于所述管体内的台阶处。

3.如权利要求1所述的海底保压取心的钻具内管，其特征在于：所述芯轴包括大径段和小径段，所述轴肩位于大径段外，大径段上设有用于卡接所述密封圈的卡环；芯轴以其大径段***挡圈内、小径段伸至锥头内。

4.如权利要求1所述的海底保压取心的钻具内管，其特征在于：所述锥头包括小径段、变径段和大径段，小径段外设有卡槽，大径段上设轴肩，所述水眼设置于轴肩处，大径段外设环形槽。

5.如权利要求4所述的海底保压取心的钻具内管，其特征在于：所述连接单元包括连接套、顶杆、滑套、复位弹簧和卡接组件；连接套为圆柱型整体套，其一端为喇叭口，喇叭口外壁设滑槽，喇叭口内设小径头、另一端内设螺纹；顶杆螺纹连接于小径头内；滑套为圆柱型套，其套壁上设有一对对称布置的条形孔，滑套嵌装于连接套外滑槽内；卡接组件与连接套铰接，复位弹簧设置于连接套内，另一端与卡接组件接触，卡接组件绕铰接轴转动以与锥头锁紧或解脱。

6.如权利要求5所述的海底保压取心的钻具内管，其特征在于：所述卡接组件包括拨杆和卡舌；拨杆的中部设有长圆孔，端部设有铰接孔，拨杆以其铰接孔端朝向芯轴布置，通过穿过长圆孔的销轴与连接套铰接；卡舌包括耳座和卡头，卡头连接于耳座端部外，拨杆***耳座内通过铰接轴铰接；条形孔与拨杆对齐时,拨杆外侧伸出条形孔外,卡舌在复位弹簧作用下***所述卡槽内锁紧锥头；滑套滑动，条形孔沿轴向移动至与拨杆外侧错开，滑套挤压拨杆,卡接组件绕铰接轴转动，卡舌从卡槽内脱离解脱。

7.如权利要求1所述的海底保压取心的钻具内管，其特征在于：所述保压端盖包括盖体和卡块；盖体为一端开口、一端封闭的圆盖，其侧壁内近封闭端嵌有密封圈，其侧壁上近开口端设有若干豁口；卡块中部设有通孔，卡块置于豁口中通过穿过通孔的销轴与盖体铰接。

8.如权利要求7所述的海底保压取心的钻具内管，其特征在于：所述盖体内设有复位扭簧，复位扭簧的一端与卡块的外侧接触、另一端与盖体内壁接触。

9.一种利用权利要求1所述的钻具内管进行海底保压取心的作业方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将钻具内管调节至取心模式，将连接单元一端与用于内管坐放及打捞的脑袋总成相连，另一端与保压管相连，将保压管锥头***连接单元中，芯轴后移，密封圈与锥头内表面脱开，水眼与保压管体内部空腔连通，实现保压管上端的导通；

步骤二、捞取岩心，将取心模式下的内管投入外管中，钻进，获取目标岩心后回收内管；

步骤三、将连接单元自保压管上脱离，芯轴复位，顶紧锥头内表面，水眼与保压管体内部空腔隔开，实现保压管上端的密封；

步骤四、连接保压端盖密封保压管的下端。