CN205225075U - 一种组合式中空井底动力绳索取芯钻具 - Google Patents

Abstract

一种组合式中空井底动力绳索取芯钻具，属于钻井设备技术领域。所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具由外总成和内总成组成；所述外总成包括液压回转马达、悬挂外管、液动冲击器和钻头，外总成上端通过绳索取芯钻杆接头与钻杆装配，所述液压回转马达、悬挂外管、液动冲击器均为中空结构，自上至下依次串联连接，由液压回转马达、悬挂外管、液动冲击器中空结构形成绳索取芯通道，所述钻头安装在液动冲击器的下端；所述内总成套装在外总成的绳索取芯通道中。本实用新型增加了绳索取心钻进井底动力功率，大幅提高了施工效率、扩大了绳索取芯钻进方法的应用范围。

Description

一种组合式中空井底动力绳索取芯钻具

技术领域

本实用新型涉及一种井孔钻进装置，尤其是一种组合式中空井底动力绳索取芯钻具，属于钻井设备技术领域。

背景技术

绳索取芯钻进是在特制的绳索钻杆中投入钻具内总成，取芯钻进结束后，使用绳索打捞器将内总成打捞出地表获取岩芯的一种地质勘探钻孔施工方法，由于取芯过程不需要将孔内数百或数千米钻杆提出地表，因此大大提高了工作效率。

常规的绳索取芯钻进方法所使用的钻具外总成由外管上接绳索钻杆组成，内总成包括内管、卡簧及单动悬挂组件，靠地表回转动力驱动钻杆和钻头回转碎岩。近几年来新发展的技术是在内总成中增加液动锤、螺杆回转马达，采用液动锤绳索取芯钻进方法或螺杆马达+液动锤井底回转冲击绳索取芯钻进方法，从而进一步提高了取芯钻进的工作效率，但是，上述两种绳索取芯钻进装置都是将螺杆马达和液动锤作为钻具内总成，在取芯钻进前一同投入外总成，钻进结束后又一同打捞出地表，尤其是在深孔钻进过程中，受上部钻杆通孔直径的制约，螺杆马达和液动锤的外径尺寸都必须小于钻杆通孔直径，因此，由螺杆回转马达产生的回转扭矩和由液动锤产生的冲击功受到限制，在大直径取心钻进施工中不能满足要求。

实用新型内容

本实用新型提供一种组合式中空井底动力绳索取芯钻具，它采用中空回转马达、中空液动冲击器与取芯内总成配合结构，实现增加绳索取心钻进井底动力功率的目的，旨在大幅提高施工效率、扩大绳索取芯钻进方法的应用范围。

本实用新型上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种组合式中空井底动力绳索取芯钻具，由外总成和内总成组成；所述外总成包括液压回转马达、悬挂外管、液动冲击器和钻头，外总成上端通过绳索取芯钻杆接头与钻杆装配，所述液压回转马达、悬挂外管、液动冲击器均为中空结构，自上至下依次串联连接，由液压回转马达、悬挂外管、液动冲击器的中空结构形成绳索取芯通道，所述钻头安装在液动冲击器的下端；所述内总成套装在外总成的绳索取芯通道中。

上述组合式中空井底动力绳索取芯钻具，由液压回转马达、悬挂外管、液动冲击器中空结构形成的绳索取芯通道可供内总成上下通过。

上述组合式中空井底动力绳索取芯钻具，当钻进装置处于正常钻进工作过程时，内总成由悬挂外管定位锁止，并将外总成的绳索取芯通道封堵；当钻进装置处于取芯工作过程时，内总成解除锁止状态，在打捞装置控制下沿绳索取芯通道上下运动。

上述组合式中空井底动力绳索取芯钻具，所述液压回转马达为涡轮马达或者螺杆马达；所述液压回转马达的转子为中空结构，所述转子通过马达下接头与悬挂外管连接；所述马达下接头为中空圆柱体结构，在其侧壁上沿周向均匀设置一组钻井工作液第一过流孔。

上述组合式中空井底动力绳索取芯钻具，所述悬挂外管的悬挂管为中空圆柱体结构，其上端与马达下接头连接，在其内壁上设置与内总成配合的弹卡腔室，在其侧壁沿周向均匀设置一组钻井工作液第二过流孔，所述钻井工作液第二过流孔与马达下接头的钻井工作液第一过流孔连通。

上述组合式中空井底动力绳索取芯钻具，所述液动冲击器上端通过连接管与悬挂外管连接，所述连接管侧壁上沿周向均匀设置一组钻井工作液第三过流孔。

本实用新型所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具的有益效果主要表现在以下方面：

本实用新型在井底设置液压回转马达和液动冲击器，当地面液压泵为其提供具有一定压力的钻井工作液后，由液压回转马达产生的回转扭矩和由液动冲击器产生的冲击功共同作用于钻头上，不仅提高了取芯钻进的工作效率，而且由于液压回转马达和液动冲击器安装在绳索取芯钻杆的下面，液压回转马达和液动冲击器的外廓尺寸不受钻杆通孔直径的限制，因此可将液压回转马达和液动冲击器的外廓尺寸设计得较钻孔直径略小，使液压回转马达产生的回转扭矩和由液动锤产生的冲击功满足大直径孔取心钻进的要求。

本实用新型将液压回转马达和液动冲击器均设计为中空结构，并由液压回转马达、液动冲击器的中空结构形成取芯作业时供取芯器内总成上下运动的通道，实现了不提下钻的绳索取芯过程。

综上所述，本实用新型增加了绳索取心钻进井底动力功率，大幅提高了施工效率、扩大了绳索取芯钻进方法的应用范围。

附图说明

图1是本实用新型的剖面结构示意图；

图2是外总成剖面结构示意图；

图3是内总成剖面结构示意图；

图4是悬挂外管与内总成配合结构示意图；

图5是液压回转马达结构及工作原理示意图；

图6是马达下接头剖面结构示意图；

图7是图6中A-A剖面结构示意图；

图8是悬挂外管剖面结构示意图；

图9是图8中B-B剖面结构示意图；

图10是液动冲击器剖面结构示意图；

图11是图10中C-C剖面结构示意图；

图12、图13是液动冲击器工作过程示意图。

图中各标号清单为：

1、绳索取芯钻杆接头，2、液压回转马达，2-1、马达外壳，2-2、定子，2-3、转子，2-4、轴承组，2-5、马达下接头，2-5-1、钻井工作液第一过流孔，3、内总成，3-1、捞矛头，3-2、回收管，3-3、弹卡，3-4、弹卡架，3-5、压力轴承，3-6、轴承座，3-7、芯轴，3-8、内管，4、悬挂外管，4-1、悬挂管，4-1-1、钻井工作液第二过流孔，4-1-2、弹卡腔室，4-2、外管，4-3、内衬管，4-4、钻井工作液过流腔，4-5、支撑架，5、液动冲击器，5-1、连接管，5-1-1、钻井工作液第三过流孔，5-2、冲击器上接头，5-3、活塞，5-4、套阀，5-5、冲击器外壳，5-6、冲击锤，5-7、导向套，5-8、砧子，5-9、冲击器下接头，5-10、喷射器，5-11、压力平衡腔，5-12、承喷口，5-13、喉管，5-14、扩散孔，5-15、阀口，5-16、柱塞，5-17、钻井工作液流动腔，5-18、排液口，6、钻头，7、钻井工作液；

M、座密封结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

需要特别说明的是，附图中标识的上、下方向为本实用新型处于工作状态时的上、下方向，与本实用新型实施例中所提到的“上”、“下”等方位词所表示的方向一致。

参看图1、图2、图4，本实用新型所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具由外总成和内总成3组成；所述外总成包括液压回转马达2、悬挂外管4、液动冲击器5和钻头6，外总成上端通过绳索取芯钻杆接头1与钻杆装配，所述液压回转马达2、悬挂外管4、液动冲击器5均为中空结构，自上至下依次串联连接，由液压回转马达2、悬挂外管4、液动冲击器5的中空结构形成绳索取芯通道，所述钻头6安装在液动冲击器5的下端；所述内总成3套装在外总成的绳索取芯通道中，钻进装置处于正常钻进工作过程时，内总成3由悬挂外管4定位锁止，将绳索取芯通道封堵，钻进装置处于取芯工作过程时，内总成3解除锁止状态，在打捞装置控制下沿绳索取芯通道上下运动。

参看图5、图6、图7，在本实用新型所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具中，所述液压回转马达2优选涡轮马达或者螺杆马达；在液压回转马达2中设置马达外壳2-1、定子2-2、转子2-3、轴承组2-4和马达下接头2-5；所述定子2-2安装在马达外壳2-1内壁上，与转子2-3配合装配；所述转子2-3为中空结构，转子2-3通过马达下接头2-5与悬挂外管4连接；所述马达下接头2-5为中空圆柱体结构，在其侧壁上沿周向均匀设置一组钻井工作液第一过流孔2-5-1，在马达下接头2-5与马达外壳2-1之间设置轴承组2-4。

参看图1、图5，在本实用新型所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具中，液压回转马达2的工作原理是：地面液压泵为其提供具有一定压力的钻井工作液7，由钻井工作液7驱动马达转子2-3运转产生回转扭矩，该回转扭矩通过马达下接头2-5、悬挂外管4及液动冲击器作用于钻头6上，为钻头6提供旋转动力。

参看图3，在本实用新型所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具中，所述内总成3包括捞矛头3-1、回收管3-2、弹卡架3-4、轴承座3-6、芯轴3-7和内管3-8；所述捞矛头3-1、弹卡架3-4和轴承座3-6由上至下依次装配，所述回收管3-2套装在弹卡架3-4外面，所述弹卡架3-4上端设置弹卡3-3，所述芯轴3-7上下两端配装压力轴承3-5，所述压力轴承3-5安装在轴承座3-6中，在芯轴3-7下端装配内管3-8。

参看图8、图9，在本实用新型所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具中，所述悬挂外管4设有悬挂管4-1、外管4-2、内衬管4-3和支撑架4-5；所述悬挂管4-1为中空圆柱体结构，其上端与马达下接头2-5连接，在其内壁上设置与内总成配合的弹卡腔室4-1-2，在其侧壁沿周向均匀设置一组钻井工作液第二过流孔4-1-1，所述钻井工作液第二过流孔4-1-1与马达下接头2-5的钻井工作液第一过流孔2-5-1连通；所述内衬管4-3、外管4-2分别与悬挂管4-1下端的内外壁装配，在内衬管4-3和外管4-2之间形成钻井工作液过流腔4-4，在钻井工作液过流腔4-4中沿径向设置支撑架4-5。

参看图1、图3、图4、图8，本实用新型所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具，在内总成3投放过程中，受取芯通道内壁尺寸限制，弹卡3-3收缩在弹卡架3-4的内部，投放到位后，弹卡3-3进入悬挂外管4的弹卡腔室4-1-2中，弹卡3-3呈张开状态，配合弹卡架3-4与弹卡腔室4-1-2的座密封结构M，实现了内总成3的轴向定位；在钻进过程结束后提钻时，绳索打捞器勾住内总成3的捞矛头3-1，上提绳索打捞器，回收管3-2先向上移动带动弹卡3-3向内收缩，限位功能被解除，内总成3即可随绳索打捞器提至地面。

参看图10、图11，在本实用新型所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具中，液动冲击器5的优选实施例为射吸式液动冲击器，该射吸式液动冲击器包括连接管5-1、冲击器上接头5-2、活塞5-3、冲击锤5-6、导向套5-7、冲击器外壳5-5、砧子5-8和冲击器下接头5-9；所述冲击器上接头5-2上端通过连接管5-1与悬挂外管4连接，冲击器上接头5-2下端与冲击器外壳5-5固定装配；所述冲击器外壳5-5下端装配冲击器下接头5-9；所述砧子5-8固定在冲击器下接头5-9内部；所述导向套5-7上端穿入冲击器上接头5-2内腔中，下端与砧子5-8固定装配，在导向套5-7的外面套装活塞5-3及冲击锤5-6，活塞5-3下端与冲击锤5-6固定装配；所述活塞5-3上端面与冲击器上接头5-2之间形成压力平衡腔5-11；所述冲击器上接头5-2的下端设置喷射器5-10，所述喷射器5-10设有环绕绳索取芯通道布置的一组喷射孔；所述活塞5-3外面配装底部带有阀口5-15的套阀5-4，在活塞5-3上端面设有与喷射器5-10对应的承喷口5-12，沿活塞5-3外圆柱面周向均匀设置一组连通承喷口5-12与套阀内腔的扩散孔5-14，所述扩散孔5-14上端与承喷口之间形成喉管5-13；所述冲击锤5-6上端设有与套阀5-4的阀口5-15配合的柱塞5-16，随着冲击锤5-6的上下运动由柱塞5-16关闭或者开启阀口5-15；所述冲击锤5-6与冲击器外壳5-5之间设置钻井工作液流动腔5-17；所述砧子5-8为中空结构，在其上端面上设置与砧子内腔连通的排液孔5-18；所述连接管5-1侧壁上沿周向均匀设置一组钻井工作液第三过流孔5-1-1，所述钻井工作液第三过流孔5-1-1上端与悬挂外管4的钻井工作液过流腔4-4连通，下端连通冲击器上接头5-2中喷射器5-10的喷射孔。

参看图5、图12、图13，在本实用新型所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具中，所述钻井工作液第一过流孔2-5-1、钻井工作液第二过流孔4-1-1、钻井工作液过流腔4-4、钻井工作液第三过流孔5-1-1、喷射器5-10的喷液口、压力平衡腔5-11、喉管5-13、扩散孔5-14、钻井工作液流动腔5-17、排液孔5-18和砧子内腔形成上下贯通结构的钻井工作液通道。

参看图12、图13，液动冲击器5的工作原理为：当喷射器5-10喷出具有一定压力的钻井工作液7时，由于附壁效应钻井工作液7紧贴着导向套5-7外壁进入活塞5-3上端面的承喷口5-12，经扩散孔5-14、套阀5-4的内腔和阀口5-15进入钻井工作液流动腔5-17，再经排液孔5-18和砧子内腔排向井底；在上述过程中，压力平衡腔中5-11中的钻井工作液在涡流卷吸作用下被抽吸至由喉管5-13、扩散孔5-14、套阀5-4的内腔和阀口5-15、钻井工作液流动腔5-17，排液孔5-18和砧子内腔组成的工作液通道中，此时压力平衡腔5-11为负压腔，活塞5-3在其上下端面压力差作用下，带动冲击锤5-6向上运动，当冲击锤5-6上端的柱塞5-16将套阀的阀口5-15封堵后，压力平衡腔中5-11中的工作液压力升高，活塞上端面压力大于活塞下端面压力，活塞5-3及冲击锤5-6迅速向下运动，冲击锤5-6撞击砧子5-8，由砧子5-8通过冲击器下接头5-9将冲击力传递给钻头6，此时冲击锤5-6上端柱塞5-16与套阀阀口5-15分离，液动冲击器5进入下一个工作循环。

在本实用新型所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具中，所述液动冲击器5的其他实施例还包括射流式液动冲击器、双作用式液动冲击器等结构的液动冲击器。

Claims (6)

1.一种组合式中空井底动力绳索取芯钻具，其特征是，所述组合式中空井底动力绳索取芯钻具由外总成和内总成（3）组成；所述外总成包括液压回转马达（2）、悬挂外管（4）、液动冲击器（5）和钻头（6），外总成上端通过绳索取芯钻杆接头（1）与钻杆装配，所述液压回转马达（2）、悬挂外管（4）、液动冲击器（5）均为中空结构，自上至下依次串联连接，由液压回转马达（2）、悬挂外管（4）、液动冲击器（5）的中空结构形成绳索取芯通道，所述钻头（6）安装在液动冲击器（5）的下端；所述内总成（3）套装在外总成的绳索取芯通道中。

2.根据权利要求1所述的组合式中空井底动力绳索取芯钻具，其特征是，由所述液压回转马达（2）、悬挂外管（4）、液动冲击器（5）中空结构形成得绳索取芯通道可供内总成（3）上下通过。

3.根据权利要求2所述的组合式中空井底动力绳索取芯钻具，其特征是，钻进装置处于正常钻进工作过程时，内总成（3）由悬挂外管（4）定位锁止，并将外总成的绳索取芯通道封堵，钻进装置处于取芯工作过程时，内总成（3）解除锁止状态，在打捞装置控制下沿绳索取芯通道上下运动。

4.根据权利要求1或2或3所述的组合式中空井底动力绳索取芯钻具，其特征是，所述液压回转马达（2）为涡轮马达或者螺杆马达；所述液压回转马达（2）的转子（2-3）为中空结构，所述转子（2-3）通过马达下接头（2-5）与悬挂外管（4）连接；所述马达下接头（2-5）为中空圆柱体结构，在其侧壁上沿周向均匀设置一组钻井工作液第一过流孔（2-5-1）。

5.根据权利要求4所述的组合式中空井底动力绳索取芯钻具，其特征是，所述悬挂外管（4）的悬挂管（4-1）为中空圆柱体结构，其上端与马达下接头（2-5）连接，在其内壁上设置与内总成配合的弹卡腔室（4-1-2），在其侧壁沿周向均匀设置一组钻井工作液第二过流孔（4-1-1），所述钻井工作液第二过流孔（4-1-1）与马达下接头（2-5）的钻井工作液第一过流孔（2-5-1）连通。

6.根据权利要求5所述的组合式中空井底动力绳索取芯钻具，其特征是，所述液动冲击器（5）上端通过连接管（5-1）与悬挂外管（4）连接，所述连接管（5-1）侧壁上沿周向均匀设置一组钻井工作液第三过流孔（5-1-1）。