一种可防止岩心卡堵的取心钻具的制作方法

本发明涉及一种取心钻具，特别是一种能够在岩心卡堵时，无需将取心钻具吊出地表，在地底就能将岩心疏通的取心钻具，属于地质勘探技术领域。

背景技术：

在地质考察活动中，无论是对岩层的探测还是对石油地层的探测，都少不了取心这一关键环节。我们通过取心作业，将不同深度的岩心从地底取出，再对所取出的岩心进行数据采集，分析这些数据来获得地层深处的岩石力学、物理性能参数，从而了解所钻探地层的信息，以保障钻井、生产作业的安全且高效的开展。在目前的取心作业中，取心工具通过夹紧岩心的方式来将岩心从地层中拉断取出，对于较硬的地层，这种取心工具非常实用，取心成功率很高，但是对于破碎性地层，这种取心工具的成功率很低，甚至会取心失败；在对破碎性地层进行取心作业的过程中，岩心进入内筒后因震动或者自身原因发生破碎，破碎的岩心不成柱状，容易出现卡堵的情况；目前在岩心卡堵的情况发生时，解决的办法一般是将取心钻具从地表吊出，然后人工将卡堵的岩心拆解下来，但是这种方法往往会使得取心作业周期延长，关键层位地层资料获取失败，还可能会导致井壁垮塌，取心失败；因此，亟需结合实际作业难点，设计一种简单、经济、可靠且方便的可防止岩心卡堵的取心钻具。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可防止岩心卡堵的取心钻具，它不仅能够对内管里遭到堵塞的岩心进行解堵，而且还可以持续性进行解堵，达到随堵随解的目的，显著提高了取心成功率，极大地降低了取心作业的成本。

本发明所述问题是通过以下技术方案解决的：

一种可防止岩心卡堵的取心钻具：所述取心钻具包括悬挂部分、双母接头一、双母接头二、球座部分、内管、钻头、钻柱和外管；所述钻柱下端和悬挂部分上端连接；所述双母接头一的上端内壁与悬挂部分的下端外壁螺纹连接；所述外管的上端外壁与悬挂部分的下端内壁螺纹连接；所述外管的下端连接钻头；所述双母接头二的下端内壁连接球座部分的上端外壁；增设有冲击部分、触发部分和受击部分；所述触发部分的上端与双母接头一的下端螺纹连接；所述触发部分设置在冲击部分内；所述双母接头二的上端与触发部分的下端螺纹连接；所述球座部分的下端连接受击部分；所述受击部分的下端连接内管。

上述可防止岩心卡堵的取心钻具，所述冲击部分包括：上筒盖、上活塞、回位弹簧一、活塞杆、活塞筒、下筒盖、回位弹簧二和冲击锤；所述上筒盖上端形状为空心圆盘，下端形状为空心圆筒；所述空心圆盘的内径和空心圆筒的内径相同且重合；所述上筒盖上端的空心圆盘部分的外径和双母接头一的外径相同；所述上筒盖上端的空心圆盘部分内壁和触发部分连接；所述上活塞为一中空圆盘，套设在触发部分上；所述回位弹簧一套设于触发部分上，且回位弹簧一的上端固定于上活塞下端面；所述活塞杆为上粗下细的中空圆管，其上端较粗部分的内径等于下端较细部分的内径，上端较粗部分的外径大于下端较细部分的外径；所述活塞杆套设在触发部分上，且活塞杆的外径小于回位弹簧一的内径；所述活塞杆上端部分的外径和上活塞外径相同；所述活塞杆上端面和回位弹簧一的下端固定连接；所述活塞筒为一空心圆筒，其上粗下细，上端较粗部分的内径小于下端较细部分的内径，上端较粗部分的外径等于下端较细部分的外径；所述活塞筒上端的内壁与上筒盖下端的外壁螺纹连接；所述下筒盖形状结构与上筒盖相同，下筒盖的上端形状为空心圆筒，下端形状为空心圆盘；所述下筒盖上端的外壁与活塞筒下端内壁螺纹连接；所述下筒盖的内径大于活塞杆下端较细部分的外径，且下筒盖的内径小于活塞杆上端较粗部分的外径；所述回位弹簧二的内径大于活塞杆的外径；所述回位弹簧二的外径大于下筒盖的内径；所述回位弹簧二的上端与下筒盖下端面固接；所述冲击锤上端形状为空心圆盘，下端形状为空心圆筒，冲击锤上端空心圆盘的内径小于冲击锤下端空心圆筒的内径，冲击锤上端空心圆盘的外径等于下端空心圆筒的外径；所述冲击锤的上端面和活塞杆固接；所述回位弹簧二的下端固接冲击锤的上端面。

上述可防止岩心卡堵的取心钻具，所述触发部分包括：内筒、单向阀、浮阀轴、销子、浮阀和限位弹簧；所述内筒上端与双母接头一的下端螺纹连接；所述内筒内壁下端设置有锥形座，且此锥形座的轴心线上设置有一锥形通孔；所述内筒圆周上周向对称有四个单向阀；所述浮阀轴为一上粗下细的圆杆；所述浮阀为一锥形体，且其在轴线方向上设置有通孔，此通孔的直径小于浮阀轴粗端圆杆的直径，大于浮阀轴细端圆杆的直径；浮阀尖端朝下，浮阀上的通孔套设在浮阀轴的细端圆杆上；浮阀轴的粗端部分在水平面上设置有通孔，销子穿过此通孔，且销子的两端固定在内筒的内壁上；所述限位弹簧的内径大于浮阀轴细端圆杆的直径和浮阀垂直通孔的内径，限位弹簧的内径小于浮阀最粗端的直径，且限位弹簧套设于浮阀轴细端圆杆上，限位弹簧的上端与浮阀的下端接触；所述浮阀的锥形斜面形状和内筒内壁下端的锥形座上的锥形通孔的斜边形状重合。

上述可防止岩心卡堵的取心钻具，增设有锁心管总成；所述锁心管总成包括锁心筒、限位键一、限位键二、限位孔、限位轴、卡槽和锁心板；所述内管下端内壁上周向对称设置有若干个限位槽，且限位槽所围成的圆内径小于内管内径；所述锁心筒为空心圆筒，且在其外壁上周向对称设置有限位键一，限位键一的数量与限位槽数量一致，限位键一插接在限位槽上与其配合设置；限位键一的长度大于锁心筒的高度；所述锁心板形状为扇形，锁心板的直径小于锁心筒外壁直径，大于锁心筒内壁直径；所述锁心板弧边设置有弧形贯穿孔，且贯穿孔的孔径大于弧形限位轴的截面直径；所述限位键二设置在锁心筒的上端面上，且限位键二处于限位键一内侧的正对面；所述限位键二上端面的水平面高度小于限位键一上端面的水平面高度；所述限位键二有两种贯穿结构，相邻的限位键二贯穿结构不同，第一种贯穿结构是限位键二在锁心筒圆周方向上设置有弧形限位孔，此弧形限位块贯穿限位键二的两侧，第二种贯穿结构是限位键二内侧面在锁心筒圆周方向上设置有卡槽；所述锁心板的圆弧边中间设置有一凹槽，用于卡接限位键二；所述锁心板圆弧边缘内部沿着圆弧边设置有弧形通孔，限位轴穿设过此弧形通孔；所述限位轴中间部分卡接在卡槽内，限位轴的两端设置在限位孔内；所述锁心板上端面和限位键二之间设置有扭簧。

上述可防止岩心卡堵的取心钻具，所述球座包括钢球、球座本体、水眼二和锥座；所述球座本体上周向对称设置有四个水眼二，水眼二贯通球座本体的内外壁；所述球座本体外壁的水眼二上端设置有外螺纹，此外螺纹和双母接头二下端的内螺纹构成螺纹连接；所述球座本体内壁的水眼二下端设置有锥座；所述钢球设置在锥座上。

上述可防止岩心卡堵的取心钻具，所述受击部分包括紧固环、限位环和撞击接头；所述紧固环和限位环的高度以及内外直径相同，且紧固环的内壁设置有内螺纹，限位环内壁光滑；所述球座本体外壁水眼下端设置有外螺纹，紧固环和此外螺纹构成螺纹连接；所述撞击接头根据内径不同分为上端部分、中端部分和下端部分，其中，撞击接头的上、中和下端部分的外径相同，内径依次减小；所述撞击接头套设在球座本体上，且撞击接头上端部分的上端面和紧固环的下端面接触；所述限位环套设在球座本体上，且限位环的上端面接触撞击接头上端部分的下端面；所述限位环的壁厚等于撞击接头上端部分和中端部分的内半径差；所述限位环的下端面接触球座本体下端的粗细变径台阶处；所述撞击接头下端部分的内壁和内管上端外壁螺纹连接。

上述可防止岩心卡堵的取心钻具，所述双母接头二包括水眼一、封闭槽和连接套筒；所述连接套筒的横截面为h型；所述连接套筒的上下端的内壁上均设有内螺纹；所述连接套筒上端内壁的内螺纹和内筒下端螺纹连接；所述连接套筒的中间圆盘部分的上端面设置有不完全贯通的封闭槽；所述封闭槽和浮阀杆的下端过盈配合；所述四个水眼一周向对称设置在连接套筒上端，水眼一贯穿连接套筒；所述水眼一位于内筒下端，双母接头中间部分的上端。

上述可防止岩心卡堵的取心钻具，所述悬挂部分包括轴承座、上轴承、下轴承和心轴；所述上轴承和下轴承结构大小相同；所述心轴为中间粗两端细的圆筒；所述上轴承的内壁和心轴上端的外壁过盈配合；所述下轴承的内壁和心轴下端的外壁过盈配合；所述上轴承的外圈外壁和轴承座上端内壁过盈配合；所述下轴承外圈外壁和轴承座下端内壁过盈配合；所述轴承座上端和钻柱下端螺纹连接；所述轴承座、上轴承、下轴承和心轴的轴心线为同一条线。

本发明通过冲击部分、触发部分和受击部分有效地提高了钻井装置解堵解卡的能力，避免了以往在钻井的过程中，一旦岩心卡在内管中，只能将整个钻井装置吊出地面解堵的情况发生；冲击部分和触发部分的配合，在内管内提供了一个往复的冲击锤，在岩心卡在内管的情况下，往复行动的冲击锤不断打击受击部分，使得与受击部分相连接的内管受到震动，震动的内管将卡堵的岩心小块体或颗粒震松甚至震碎，从而实现不需将设备吊出地面即可解卡的目的。

附图说明

图1为本发明剖视结构示意图；

图2为本发明锁心管总成结构示意图；

图3为本发明锁心板结构示意图；

图4为本发明b的局部放大图；

图5为本发明a的局部放大图。

图中各标号清单为：1.双母接头一，2.内管，3.钻头，4.钻柱，5.外管，6.上筒盖，7.上活塞，8.回位弹簧一，9.活塞杆，10.活塞筒，11.下筒盖，12.回位弹簧二，13.冲击锤，14.内筒，15.单向阀，16.浮阀轴，17.销子，18.浮阀，19.限位弹簧，20.锥形座，21.限位槽，22.锁心筒，23.限位键一，24.限位键二，25.限位孔，26.限位轴，27.卡槽，28.锁心板，29.扭簧，30.钢球，31.球座本体，32.水眼二,33.锥座，34.紧固环，35.限位环，36.撞击接头，37.水眼一，38.封闭槽，39.连接套筒，40.轴承座，41.上轴承，42.下轴承，43.心轴，44.贯穿孔，45.泄压槽。

具体实施方式

参看图1、2、3、4和图5，本发明包括悬挂部分、双母接头一1、双母接头二、球座部分、内管2、钻头3、钻柱4和外管5；所述钻柱4下端和悬挂部分上端连接；所述双母接头一1的上端内壁与悬挂部分的下端外壁螺纹连接；所述外管5的上端外壁与悬挂部分的下端内壁螺纹连接；所述外管5的下端连接钻头3；所述双母接头二的下端内壁连接球座部分的上端外壁；增设有冲击部分、触发部分、受击部分和锁心管总成；所述触发部分的上端与双母接头一1的下端螺纹连接；所述触发部分设置在冲击部分上；所述双母接头二的上端与触发部分的下端螺纹连接；所述球座部分的下端连接受击部分；所述受击部分的下端连接内管2；所述内管2下端与锁心管总成卡接。

为了给受击部分提供一个持续的撞击力，本发明增设有冲击部分和触发部分；所述冲击部分包括：上筒盖6、上活塞7、回位弹簧一8、活塞杆9、活塞筒10、下筒盖11、回位弹簧二12和冲击锤13；所述触发部分包括：内筒14、单向阀15、浮阀轴16、销子17、浮阀18和限位弹簧19；所述内筒14上端与双母接头一1的下端螺纹连接；所述内筒14内壁下端设置有锥形座20，且此锥形座20的轴心线上设置有一锥形通孔；所述内筒14圆周上周向对称有四个单向阀15，单向阀15联通内筒14的内外两侧，流体可以通过单向阀15由内筒14内部流向内筒14外；所述上筒盖6上端形状为空心圆盘，下端形状为空心圆筒；所述空心圆盘的内径和空心圆筒的内径相同且重合；所述上筒盖6上端的空心圆盘部分的外径和双母接头一1的外径相同；所述上筒盖6上端的空心圆盘部分内壁和内筒14外壁螺纹连接；所述上活塞7为一中空圆盘，上活塞7套设在内筒14上，且上活塞7内直径比内筒14外直径大0.3-0.5cm；所述回位弹簧一8套设于内筒14外壁上，且回位弹簧一8的上端固定于上活塞7下端面；所述活塞杆9为上粗下细的中空圆管，其上端较粗部分的内径等于下端较细部分的内径，上端较粗部分的外径大于下端较细部分的外径；所述活塞杆9套设在内筒14上，活塞杆9的内直径比内筒14外直径大0.2-0.3cm，且活塞杆9的外径小于回位弹簧一8的内径；所述活塞杆9上端部分的外径和上活塞7外径相同；所述活塞杆9上端面和回位弹簧一8的下端固定连接；所述活塞筒10为一空心圆筒，其上粗下细，上端较粗部分的内径小于下端较细部分的内径，上端较粗部分的外径等于下端较细部分的外径；所述活塞筒10上端的内壁与上筒盖6下端的外壁螺纹连接；所述下筒盖11形状结构与上筒盖6相同，下筒盖11的上端形状为空心圆筒，下端形状为空心圆盘；所述下筒盖11上端的外壁与活塞筒10下端内壁螺纹连接；所述下筒盖11的内径大于活塞杆9下端较细部分的外径，且下筒盖11的内径小于活塞杆9上端较粗部分的外径；所述回位弹簧二12的内径大于活塞杆9的外径；所述回位弹簧二12的外径大于下筒盖11的内径；所述回位弹簧二12的上端与下筒盖11下端面固接；所述冲击锤13上端形状为空心圆盘，下端形状为空心圆筒，冲击锤13上端空心圆盘的内径小于冲击锤13下端空心圆筒的内径，冲击锤13上端空心圆盘的外径等于下端空心圆筒的外径；所述冲击锤13的上端面和活塞杆9固接；所述回位弹簧二12的下端固接冲击锤13的上端面；所述浮阀轴16为一上粗下细的圆杆；所述浮阀18为一锥形体，且其在轴线方向上设置有通孔，此通孔的直径小于浮阀轴16粗端圆杆的直径，大于浮阀轴16细端圆杆的直径；浮阀18尖端朝下，浮阀18上的通孔套设在浮阀轴16的细端圆杆上，浮阀18在浮阀轴16上可上下移动；浮阀轴16的粗端部分在水平面上设置有通孔，销子17穿过此通孔，且销子17的两端固定在内筒14的内壁上；所述限位弹簧19的内径大于浮阀轴16细端圆杆的直径和浮阀18垂直通孔的内径，限位弹簧19的内径小于浮阀18最粗端的直径，且限位弹簧19套设于浮阀轴16细端圆杆上，限位弹簧19的上端与浮阀18的下端接触；限位弹簧19的存在使得浮阀18只有在受到了向下的压力时才能够向下移动；所述浮阀18的锥形斜面形状和内筒14内壁下端的锥形座20上的锥形通孔的斜边形状重合；当浮阀18移动到下端且与锥形通孔重合时，内筒14下端受到堵塞，所以内筒14内的流体将通过单向阀15流出内筒14；当内筒14的下端被堵塞时，内筒14内的流体通过单向阀15流向活塞筒10内，高压流体提供了高压推力将上活塞7往下推动，同时回位弹簧一8也随之下行，然后活塞杆9在回位弹簧一8的作用下带动冲击锤13下行，回位弹簧二12被拉伸。

为了防止在钻井装置在吊出的过程中岩心脱离岩心，增设有锁心管总成；所述内管2下端内壁上周向对称设置有若干个限位槽21，且限位槽21所围成的圆内径小于内管2内径；所述锁心管总成包括锁心筒22、限位键一23、限位键二24、限位孔25、限位轴26、卡槽27和锁心板28；所述锁心筒22为空心圆筒，且在其外壁上周向对称设置有限位键一23，限位键一23的数量与限位槽21数量一致，限位键一23插接在限位槽21上与其配合设置，用于限制锁心管总成的移动；限位键一23的长度大于锁心筒22的高度；所述锁心板28形状为扇形，锁心板28的直径小于锁心筒22外壁直径，大于锁心筒22内壁直径；所述锁心板28弧边设置有弧形贯穿孔44，且贯穿孔44的孔径大于弧形限位轴26的截面直径；所述限位键二24设置在锁心筒22的上端面上，且限位键二24处于限位键一23内侧的正对面；所述限位键二24上端面的水平面高度小于限位键一23上端面的水平面高度；所述限位键二24有两种贯穿结构，相邻的限位键二24贯穿结构不同，第一种贯穿结构是限位键二24在锁心筒22圆周方向上设置有弧形限位孔25，此弧形限位块贯穿限位键二24的两侧，第二种贯穿结构是限位键二24内侧面在锁心筒22圆周方向上设置有卡槽27；所述锁心板28的圆弧边中间设置有一凹槽，用于卡接限位键二24；所述锁心板28圆弧边缘内部沿着圆弧边设置有弧形通孔，限位轴26穿设过此弧形通孔；所述限位轴26中间部分卡接在卡槽27内，限位轴26的两端设置在限位孔25内；所述锁心板28上端面和限位键二24之间设置有扭簧29；锁心板28可绕限位轴26旋转，当岩心上行的时候，岩心会推动锁心板28上行，当钻井装置吊出时，扭簧29推动锁心板28复原，从而避免岩心脱落内管2。

所述球座包括钢球30、球座本体31、水眼二32和锥座33；所述球座本体31上周向对称设置有四个水眼二32，水眼二32贯通球座本体31的内外壁；所述球座本体31外壁的水眼二32上端设置有外螺纹，此外螺纹和双母接头二下端的内螺纹构成螺纹连接；所述球座本体31内壁的水眼二32下端设置有锥座33；所述钢球30设置在锥座33上；一开始钢球30就放置在锥座33上，当钻井装置下行的时候，岩心进入内管2，内管2内充满了钻井液，岩心推动钻井液上移，故内管2内的钻井液被向上挤压从而将钢球30顶出锥座33，钻井液通过锥座33上的通道进入球座本体31从水眼二32排出。

所述受击部分包括紧固环34、限位环35和撞击接头36；所述紧固环34和限位环35的高度以及内外直径相同，且紧固环34的内壁设置有内螺纹，限位环35内壁光滑；所述球座本体31外壁水眼下端设置有外螺纹，紧固环34和此外螺纹构成螺纹连接；所述撞击接头36根据内径不同分为上端部分、中端部分和下端部分，其中，撞击接头36的上、中和下端部分的外径相同，内径依次减小；所述撞击接头36套设在球座本体31上，且撞击接头36上端部分的上端面和紧固环34的下端面接触；所述限位环35套设在球座本体31上，且限位环35的上端面接触撞击接头36上端部分的下端面；所述限位环35的壁厚等于撞击接头36上端部分和中端部分的内半径差；所述限位环35的下端面接触球座本体31下端的粗细变径台阶处；所述撞击接头36下端部分的内壁和内管2上端外壁螺纹连接；所述冲击锤13持续不断打击撞击接头36，内管2随之震动，从而使内管2内部卡住岩心松动，从而实现解卡的目的。

双母接头二包括水眼一37、封闭槽38和连接套筒39；所述连接套筒39的横截面为h型；所述连接套筒39的上下端的内壁上均设有内螺纹；所述连接套筒39上端内壁的内螺纹和内筒14下端螺纹连接；所述连接套筒39的中间圆盘部分的上端面设置有不完全贯通的封闭槽38；所述封闭槽38和浮阀轴16的下端过盈配合；所述四个水眼一37周向对称设置在连接套筒39上端，水眼一37贯穿连接套筒39的内外壁；所述水眼一37位于内筒14下端，双母接头中间部分的上端。

所述悬挂部分包括轴承座40、上轴承41、下轴承42和心轴43；所述上轴承41和下轴承42结构大小相同；所述心轴43为中间粗两端细的圆筒；所述上轴承41的内壁和心轴43上端的外壁过盈配合；所述下轴承42的内壁和心轴43下端的外壁过盈配合；所述上轴承41的外圈外壁和轴承座40上端内壁过盈配合；所述下轴承42外圈外壁和轴承座40下端内壁过盈配合；所述轴承座40上端和钻柱4下端螺纹连接；所述轴承座40、上轴承41、下轴承42和心轴43的轴心线为同一条线；通过上下轴承42实现外管5和心轴43之间不同动的目的。

当岩心在地下卡堵时，提高钻井液的液压，使得浮阀18向下移动直至堵塞内筒14下端通道，此时内管2内部的高压液体通过单向阀15流入活塞筒10内，高压流体推动上活塞7以及回位弹簧一8下行，从而推动活塞杆9以及冲击锤13下行，当上活塞7移动到活塞筒10的中部的泄压槽45同一水平线上时，钻井液进入泄压槽45中，此时上活塞7的上部液压骤然减小，上活塞7上部的流体压力逐渐降低，而回位弹簧二12被逐渐拉长，直至冲击锤13撞击接头36；在冲击锤13冲击过撞击接头36之后，在回位弹簧一8和回位弹簧二12的拉力以及上活塞7上下压力差的作用下开始上行；如此反复，撞击锤持续对撞击接头36进行撞击，在撞击力的作用下，内管2内的岩心被震松，从而实现解堵解卡的目的，当钻井装置可正常下行时，恢复正常钻井液液压，浮阀在限位弹簧19的作用下复位，管内通道打开，从而继续开展工作。