专利名称：适用于随钻取心的旋转机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及石油天然气钻井作业过程中的施工工具，属于钻井取心工具的设计制造技术领域。
背景技术：
公开号为CN1730898，
公开日为2006年2月8日的中国专利文献公开了一种在地质勘探、石油钻井、科学钻探等行业中使用的取心钻进系统，特别是在坚硬岩石、深孔中的取心钻进的井底马达和冲击器驱动的组合式取心钻进系统。该系统包括取心工具和取心钻头，取心工具的下端和取心钻头相连接，还包括井底马达和冲击器，井底马达驱动轴的下端和冲击器的上端连接，冲击器的下端和取心工具的上端连接，井底马达给取心工具及取心钻头提供碎岩扭矩，冲击器给取心工具及取心钻头提供碎岩冲击力。该钻进系统不仅能取心钻进，而且能节约能源、降低钻杆柱的磨损、提高回次取心钻进长度、防止钻孔孔斜。以上述专利文献为代表的常规取心钻进工具，无论是双筒取心工具，还是特殊的取心工具，由于取心工具是连接在钻具上的，所以，在钻取一段岩心后都要将钻具全部取出，才能取出钻取的岩心，然后再次下入钻具进行下一段岩心的钻取，如果遇到间断取心，还要在两次取心之间下入一次钻头和钻柱；因此传统的取心较为费事费工。现有的绳索取心工具:通过钢丝绳下放取心机构，由弹卡机构进行锁紧，然后进行取心作业。在取心时能实现内筒的独立旋转，外筒在转盘带动下旋转，而取心内筒不跟着旋转，以便岩心的进入。因为采用绳索式上提下放从而实现了不起钻交替实施钻进和取心，节约了时间，提高了效率。目前的钢绳常规取心工具的缺点是:在取心时不能实现内筒的独立旋转，当外筒在转盘带动下旋转时，取心内筒会跟着旋转，十分不便岩心进入内筒，还会将岩心砖碎，时间长暴露的岩心和破碎的岩心，会影响岩心质量，特别是在页岩地层取心时，常规页岩取心技术由于起下钻时间长，采用现有常规取心技术页岩气不容易保留，很难获取真实的地质资料。
实用新型内容为了克服目前常规取心工具的起下钻次数太多、夹层取心和连续取心效率低、岩心质量较差等不足，本实用新型提出了一种适用于随钻取心的旋转机构，本实用新型能在取心时实现内筒的独立旋转，当外筒在转盘带动下旋转时，由于旋转总成能够让内筒取心时能实现独立旋转，所以取心内筒不会跟着旋转，以便岩心的进入。本实用新型是通过采用下述技术方案实现的:—种适用于随钻取心的旋转机构，其特征在于:包括轴承盒、心轴和调节帽；心轴的上端经轴承固定在轴承盒中；心轴的下端设置在调节帽中并与调节帽螺纹连接，位于调节帽中的心轴下端设置有单流阀座、梅花挡板和制动环，所述制动环由压帽一固定，单流阀座上设置有钢球；调节帽与所述弹卡机构相连。轴承置于心轴上端设置的台阶处，在轴承的外侧靠近心轴的上端头部套有半环，半环上套有轴向钢丝挡圈。梅花档板通过焊接固定在心轴下端内部的台阶处，单流阀座通过螺纹旋入心轴下端端头内并焊接；压帽一与心轴螺纹连接，制动环通过键槽配合与心轴连接，制动环位于压帽和调节帽之间。调节帽上端设置有与制动环上凸起配合的缺口。梅花档板、钢球、单流阀座和心轴下端的内壁构成泄压装置。轴承盒、半环、轴向钢丝挡圈、轴承和心轴的上端构成旋转装置。压帽、制动环、调节帽和心轴下端的外壁构成内筒间隙调节装置。与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果如下:1、本实用新型中，采用“旋转机构包括轴承盒、心轴和调节帽；心轴的上端经轴承固定在轴承盒中；心轴的下端设置在调节帽中并与调节帽螺纹连接，位于调节帽中的心轴下端设置有单流阀座、梅花挡板和制动环，所述制动环由压帽一固定，单流阀座上设置有钢球；调节帽与所述弹卡机构相连”这样特定结构的旋转机构应用于取心机构中，实现了 “通过钢丝绳下放取心机构时，通过弹卡机构进行锁紧，设置的旋转机构能在取心时实现内筒的独立旋转，当外筒在转盘带动下旋转时，由于旋转总成能够让内筒取心时能实现独立旋转，所以取心内筒不会跟着旋转，以便岩心的进入”的技术效果，实现了不起钻交替实施钻进和取心，节约了时间，提高了效率。2、本实用新型中，采用“轴承置于心轴上端设置的台阶处，在轴承的外侧靠近心轴的上端头部套有半环，半环上套有轴向钢丝挡圈”这样的技术方案，便于将心轴通过轴承牢固地固定在轴承盒中，通过半环和轴向钢丝挡圈，能够防止轴承和心轴脱离；同时，轴承盒、半环、轴向钢丝挡圈、轴承和心轴的上端构成旋转装置，当外筒开始旋转的时候，因为弹卡机构中的弹卡钳锁紧，会使弹卡机构以及轴承盒随着外筒一起旋转，又因为轴承的作用，使与其连接的心轴及通过调节帽与心轴连接的内筒不会随着外筒一起旋转，以便岩心的进入。3、本实用新型中，采用“梅花档板通过焊接固定在心轴下端内部的台阶处，单流阀座通过螺纹旋入心轴下端端头内并焊接；压帽一与心轴螺纹连接，制动环通过键槽配合与心轴连接，制动环位于压帽和调节帽之间”这样的技术方案，压帽就在轴向上将制动环压紧在心轴上并靠紧调节帽，制动环通过键槽与心轴配合就能实现心轴的制动效果；同时，梅花档板、钢球、单流阀座和心轴下端的内壁构成泄压装置，开泵后，随着岩心进入内筒，其中钻井液在岩心的挤压下上移，将钢球从单流阀座上顶开，钻井液从心轴的流道流出道内外筒环空，就实现了循环；压帽、制动环、调节帽和心轴下端的外壁构成内筒间隙调节装置，一方面能够调整轴向间隙，另一方面调整后就能通过制动环和心轴固定。4、本实用新型中，调节帽上端设置有与制动环上凸起配合的缺口，便于使制动环和调节帽连接更为紧密、牢靠，且增强了制动效果。
下面将结合说明书附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明，其中:图1是打捞筒的结构示意图。[0021]图2是本实用新型实施取心时的连接示意图。图3是打捞头的结构示意图。图4是打捞筒与打捞头的连接示意图。图5是弹卡机构的结构示意图。图6是补心杆组件的结构示意图。图7是旋转机构的结构示意图。图中标记:1、提环，2、压帽，3、推力轴承，4、垫片，5、止动垫圈，6、螺母，7、过渡接头，8、安全销，9、剪销接头，10、脱卡筒，11、套筒，12、拉杆，13、捞钩架，14、压缩弹簧，15、捞钩，16、弹性圆柱销一，17、上接头，18、打捞机构，19、弹卡钳，20、弹卡腔体，23、捞矛头，24、弹簧，25、弹簧座，26、弹性圆柱销二，27、捞矛座，28、弹性圆柱销三，29、回收管，30、张簧，31、弹性圆柱销四，32、圆柱销，33、弹卡座，34、弹性圆柱销五，35、弹卡架，36、挂环接头，37、补心杆组件，38、上补心杆，39、下补心杆，40、补心钻头，41、打捞头，51、轴承盒，52、半环，53、轴向钢丝挡圈，54、轴承，55、心轴，56、压帽一，57、制动环，58、梅花挡板，59、钢球，60、单流阀座，61、调节帽，64、弹卡机构，65、旋转机构，66、缺口。
具体实施方式
实施例1参见说明书附图7，本实用新型公开了一种适用于随钻取心的旋转机构，包括轴承盒、心轴和调节帽；心轴的上端经轴承固定在轴承盒中；心轴的下端设置在调节帽中并与调节帽螺纹连接，位于调节帽中的心轴下端设置有单流阀座、梅花挡板和制动环，所述制动环由压帽一固定，单流阀座上设置有钢球；调节帽与所述弹卡机构相连。实施例2作为本实用新型的最佳实施方式，本实用新型还包括轴承置于心轴上端设置的台阶处，在轴承的外侧靠近心轴的上端头部套有半环，半环上套有轴向钢丝挡圈。梅花档板通过焊接固定在心轴下端内部的台阶处，单流阀座通过螺纹旋入心轴下端端头内并焊接；压帽一与心轴螺纹连接，制动环通过键槽配合与心轴连接，制动环位于压帽和调节帽之间。调节帽上端设置有与制动环上凸起配合的缺口。所述弹卡机构包括回收管、弹卡钳、弹卡座，弹卡架和挂环接头，弹卡机构是设置在弹卡腔体中的；在弹卡钳上设置有张簧，弹卡架的一端连接在回收管的后端，另一端与挂环接头连接，弹卡钳的尾段固定在弹卡座上，弹卡座固定在回收管上，弹卡座位于弹卡钳和弹卡架之间，打捞机构的捞矛座和回收管之间通过弹性圆柱销三连接。所述弹卡机构还包括有圆柱销，弹性圆柱销四和弹性圆柱销五，弹性圆柱销四将弹卡钳的尾段固定在弹卡座上，弹卡座经圆柱销固定在回收管上，弹性圆柱销五穿过回收管和弹卡架的椭圆销孔对弹卡架实施定位。其余同实施例1。旋转机构的组装顺序:先把梅花档板直接放到心轴下端的台阶处并焊牢，放入钢球，通过螺纹把单流阀座旋入心轴并焊接牢固；然后把压帽一通过螺纹连接到心轴下端的位置，通过键槽配合把制动环和心轴对好，并与压帽一靠紧，接着通过螺纹连接把内筒调节帽旋在心轴的下端，并使之上端的缺口与制动环下端的凸起配合；最后轴承盒套入心轴的上端，然后把轴承放到心轴上端放轴承的台阶处，最后装上半环和轴向钢丝挡圈。[0034]轴承盒、半环、轴向钢丝挡圈、轴承和心轴的上端构成旋转装置，当外筒开始旋转的时候，因为弹卡机构中的弹卡钳锁紧，会使弹卡机构以及轴承盒随着外筒一起旋转，又因为轴承的作用，使与其连接的心轴及通过调节帽与心轴连接的内筒不会随着外筒一起旋转，以便岩心的进入。梅花档板、钢球、单流阀座和心轴下端的内壁构成泄压装置，开泵后，随着岩心进入内筒，其中钻井液在岩心的挤压下上移，将钢球从单流阀座上顶开，钻井液从心轴的流道流出道内外筒环空，就实现了循环。压帽、制动环、调节帽和心轴下端的外壁构成内筒间隙调节装置，一方面能够调整轴向间隙，另一方面调整后就能通过制动环和心轴固定。调整轴向间隙(岩心爪座底面与钻头内台肩的纵向间隙)为8 13毫米，否则，必须在旋转总成上调整间隙，方法例所示:若测得间隙为4mm，要把间隙调为10mm，则将压帽一卸松并旋离5_6圈，拔出制动环，正旋调节帽二圈；若测得间隙20mm，要把间隙调为11mm，则反旋调节帽三圈，然后将制动环与调节帽入座，旋紧压帽一即可。实施例3参见说明书附图1-7，将本实用新型应用于随钻取心的取心系统中:一、其结构组成为:参照说明书附图1-7，其包括打捞机构、弹卡机构，补心杆组件和补心钻头(钻进时)或旋转机构(取心时)。1.打捞机构:打捞机构包括打捞筒和打捞头41，打捞筒中设置有提环1、脱卡筒10、套筒11、拉杆12、捞钩架13和捞钩15 ;在提环I与套筒11之间设置有压帽2、推力轴承3、垫片4、止动垫圈5、过渡接头7、安全销8和剪销接头9，止动垫圈5由螺母6固定，在捞钩15与捞钩架13之间设置有弹性圆柱销一 16 ；其连接方式如下:提环I的下端穿过压帽2的内孔后，通过提环I的上台阶面和下端的推力轴承3、止动垫圈5进行固定；过渡接头7和压帽2通过螺纹连接；过渡接头7和剪销接头9通过安全销8连接；剪销接头9和套筒11通过螺纹连接，捞钩架13和拉杆12通过螺纹连接；捞钩15通过弹性圆柱销一 16连接在捞钩架13上，捞钩架13的上端有连接螺纹；此机构实施打捞时，上端提环I与钢丝绳连接，下端打捞筒的捞钩15与打捞头组中的捞矛头23连接；工具下放到井底工作需要脱卡时，从地面向井下丢下脱卡筒10，由于脱卡筒10的外径大于套筒10的外径，因此，在重力作用下，脱卡筒10会下滑，并套在捞钩15的尾端，压缩弹簧14使捞钩15的前端张开，直至下端压开捞钩实现脱钩的目的。打捞头41包括捞矛头23和捞矛座27，在捞矛头23与捞矛座27之间设置有弹簧24，弹簧24设置在弹簧座25内；捞矛头23与捞矛座27由弹性圆柱销二 26连接固定，在捞矛座27尾端的销孔中设置有弹性圆柱销三28，用于连接捞矛座27和回收管29 ；其连接方式如下:弹簧24装于弹簧座25内，弹簧24和弹簧座25共同装在捞矛头23内，捞矛头23和捞矛座27通过弹性圆柱销二 26连接。打捞机构的打捞筒和打捞头主要是在更换随钻取心工具和全面钻进的补心钻头时实现两种工具组件的上提和下放。[0049]2.弹卡机构:所述弹卡机构包括:回收管29、弹卡钳19和弹卡座33、弹卡架35、挂环接头36，圆柱销32，弹性圆柱销四31和34，弹卡机构是设置在弹卡腔体20中的；在弹卡钳19之间设置有张簧30，弹卡架35的一端连接在回收管29的后端，另一端与挂环接头36连接，弹性圆柱销四31连接固定弹卡钳19的尾端，弹性圆柱销五34穿过回收管29和弹卡架35的椭圆销孔对弹卡架35实施定位；其连接方式如下:回收管29、弹卡钳19以及弹卡座33通过弹性圆柱销四31连接在弹卡架35上；挂环接头36和弹卡架35通过螺纹连接；弹卡机构设置在弹卡腔体20中，上端回收管29通过销钉与打捞机构的捞矛座27连接，下端通过螺纹与补心杆组件连，接弹卡机构的作用在于对补心组件进行扶正，并防止其上窜。3.补心杆组件:所述补心机构包括补心杆组件37和补心钻头40，补心杆组件37由上补心杆38和下补心杆39组成，上补心杆38和下补心杆39中间通过螺纹连接，在补心杆组件37的下补心杆39的最前端是由螺纹连接的补心钻头40，补心钻头40前端的齿形结构与专用绳索取心钻头内腔的齿形结构啮合，可以实现扭矩的传递；补心杆组件37的上补心杆38的下端连接下补心杆39，上补心杆38的内螺纹与弹卡机构的挂环接头36的外螺纹连接。4、旋转机构所述的旋转机构包括轴承盒、心轴和调节帽；心轴的上端经轴承固定在轴承盒中；心轴的下端设置在调节帽中并与调节帽螺纹连接，位于调节帽中的心轴下端设置有单流阀座、梅花挡板和制动环，所述制动环由压帽一固定，单流阀座上设置有钢球；调节帽与所述弹卡机构相连。轴承置于心轴上端设置的台阶处，在轴承的外侧靠近心轴的上端头部套有半环，半环上套有轴向钢丝挡圈。梅花档板通过焊接固定在心轴下端内部的台阶处，单流阀座通过螺纹旋入心轴下端端头内并焊接；压帽一与心轴螺纹连接，制动环通过键槽配合与心轴连接，制动环位于压帽和调节帽之间。调节帽上端设置有与制动环上凸起配合的缺口。梅花档板、钢球、单流阀座和心轴下端的内壁构成泄压装置。轴承盒、半环、轴向钢丝挡圈、轴承和心轴的上端构成旋转装置。压帽、制动环、调节帽和心轴下端的外壁构成内筒间隙调节装置。二、本实用新型的安装连接顺序如下:首先在地面将所述的打捞机构、弹卡机构和补心杆组件组装好。1.打捞机构的组装顺序，打捞机构包括打捞筒和打捞头:打捞筒的安装和连接如下:首先按图装好提环1、压帽2、推力轴承3和止动垫圈5 ;接着把拉杆12放入套筒11的下端，依次通过螺纹连接把压帽2、过渡接头7、套筒11连接上；再把捞钩15通过弹性圆柱销一 16和弹簧14装入捞钩架13中，最后把捞钩架13与拉杆12通过螺纹连接；当钻具到达井底后，才从地面丢下脱卡筒10，在重力作用下，压开捞钩15 ；打捞头组的安装如下:首先，将弹簧24装入弹簧座25，再将二者一起装入捞矛头23内，用弹性圆柱销二 26把捞矛头23和捞矛座27连接。2.弹卡机构的组装顺序:用圆柱销32把弹卡座33与弹卡架35连接，用弹性圆柱销四31把两片弹卡钳19与弹卡架35连接，两片弹卡钳19分别连接在张簧30的两端，再用弹性圆柱销五34把回收管29与弹卡架35连接；3.补心杆组件的组装顺序:由上补心杆38和下补心杆39组成，上补心杆38和下补心杆39之间通过螺纹连接，在下补心杆39的最前端连接补心钻头40 ；4、旋转机构的组装顺序:旋转机构的组装顺序:先把梅花档板直接放到心轴下端的台阶处并焊牢，放入钢球，通过螺纹把单流阀座旋入心轴并焊接牢固；然后把压帽一通过螺纹连接到心轴下端的位置，通过键槽配合把制动环和心轴对好，并与压帽一靠紧，接着通过螺纹连接把内筒调节帽旋在心轴的下端，并使之上端的缺口与制动环下端的凸起配合；最后轴承盒套入心轴的上端，然后把轴承放到心轴上端放轴承的台阶处，最后装上半环和轴向钢丝挡圈。全面钻进时,补心机构上端通过螺纹与弹卡机构的弹卡架35连接,下端连接的补心钻头40的齿形结构与随钻专用取心钻头内腔的齿形结构啮合。实施取心作业时，打捞机构与弹卡机构通过弹性圆柱销连接，弹卡机构与旋转总成通过螺纹连接，旋转总成与取心机构通过螺纹连接。三、本实用新型的工作原理如下:本实用新型的工作流程包括取心作业和钻进作业两个流程。取心作业流程:当实施取心作业时，取心工具在钻具内部的组件从上到下依次连接打捞机构、弹卡机构、旋转总成以及取心机构，先将连接好的取心工具连接在打捞工具的下端，再用钢丝绳下入到钻具内，到达井底后，再将脱卡筒10从井上丢下，由于脱卡筒10的外径大于套筒10的外径，因此，在重力作用下，脱卡筒10会下滑，并套在捞钩15的尾端，压缩弹簧14使捞钩15的前端张开，直至下端压开捞钩实现脱钩的目的，并将打捞机构提出地面。弹卡机构到位后，弹卡钳张开并锁紧，此时弹卡钳抵在上接头下端面上，可以防止内部组件上窜；然后进行取心作业，开转盘，加钻压，进行取心钻进直至所需取心进尺。钻进作业流程:当需要全面钻进时，通过钢丝绳下放打捞机构，打捞机构到达井底后，捞钩15在弹簧14的作用下卡在打捞头的捞矛头23上，然后上提钢丝绳，取出实施取心作业时的取心组件，然后把弹卡机构以下的旋转总成和取心工具取下，然后将补心杆组件与弹卡架35通过螺纹连接，再将重新连接好的工具下放入井中，由于补心杆组合件的下补心杆39的下端连接有补心钻头40，而补心钻头40的齿形结构与随钻专用取心钻头内腔的齿形结构是啮合的，能够实现扭矩的传递，所以可以实现对专用绳索取心钻头的中空结构进行填补，由取心转化成全面钻进钻头；此时弹卡钳19的作用是抵住弹卡腔体20的下端面，可以防止内部组件上窜；当再次需要实施取心作业时，用钢丝绳将打捞机构下入井内，将全面钻进机构捞出地面，再次依次连接打捞机构、弹卡机构、旋转总成以及取心机构，再将连接好的取心工具用钢丝绳下入到钻具内，到达井底后，再将脱卡筒10从井上丢下，在重力作用下，脱卡筒10下滑并套在捞钩15的尾端，压缩弹簧14使捞钩15的前端张开，直至下端压开捞钩实现脱钩的目的，并将打捞机构提出地面，然后再次开转盘，加钻压，进行取心钻进直至所需取心进尺，并以此循环实现不起钻进行多次取心与钻进的交替作业。
权利要求1.一种适用于随钻取心的旋转机构，其特征在于:包括轴承盒(51)、心轴(55)和调节帽(61);心轴(55 )的上端经轴承固定在轴承盒(51)中；心轴(55 )的下端设置在调节帽(61)中并与调节帽(61)螺纹连接，位于调节帽(61)中的心轴(55 )下端设置有单流阀座(60 )、梅花挡板(58)和制动环(57)，所述制动环(57)由压帽一(56)固定，单流阀座(60)上设置有钢球(59)。
2.根据权利要求1所述的适用于随钻取心的旋转机构，其特征在于:轴承置于心轴(55)上端设置的台阶处，在轴承的外侧靠近心轴(55)的上端头部套有半环(52)，半环(52)上套有轴向钢丝挡圈(53)。
3.根据权利要求1或2所述的适用于随钻取心的旋转机构，其特征在于:梅花档板通过焊接固定在心轴(55)下端内部的台阶处，单流阀座(60)通过螺纹旋入心轴(55)下端端头内并焊接；压帽一(56 )与心轴(55 )螺纹连接，制动环(57 )通过键槽配合与心轴(55 )连接，制动环(57)位于压帽和调节帽(61)之间。
4.根据权利要求1所述的适用于随钻取心的旋转机构，其特征在于:调节帽(61)上端设置有与制动环(57)上凸起配合的缺口(66)。
专利摘要本实用新型公开了一种适用于随钻取心的旋转机构，属于钻井取心工具的设计制造技术领域。包括轴承盒、心轴和调节帽；心轴的上端经轴承固定在轴承盒中；心轴的下端设置在调节帽中并与调节帽螺纹连接，位于调节帽中的心轴下端设置有单流阀座、梅花挡板和制动环，所述制动环由压帽一固定，单流阀座上设置有钢球；调节帽与所述弹卡机构相连。本实用新型能在取心时实现内筒的独立旋转，当外筒在转盘带动下旋转时，由于旋转总成能够让内筒取心时能实现独立旋转，所以取心内筒不会跟着旋转，以便岩心的进入。
文档编号E21B25/00GK203066918SQ20122073230
公开日2013年7月17日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者邓元洲, 陈立, 刘彬, 胡畔, 何超, 付晓平, 卢记坡, 唐聪 申请人:四川川庆石油钻采科技有限公司