专利名称：一种绳索取心钻具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种取心钻具，特别涉及一种可集单动双管钻具与三层管双动钻具功能于一体的绳索取心钻具。
背景技术：
常规的绳索取心钻具为单动双管钻具，典型的单动双管钻具包括外总成和位于外管总成内部的内管总成，外管总成主要包括从上至下顺次连接在一起的弹卡挡头、弹卡室、 外管和钻头，内管总成主要包括从上至下顺次连接在一起的绞链式矛头机构、弹卡定位机构、悬挂机构、由两副推力轴承实现钻具单动的单动机构和调节机构，该钻具利用单动机构使内管在钻进时不旋转。上述单动双管钻具适用于钻进完整地层，但该种钻具在钻进破碎、 无胶结地层时钻井液会对岩心产生破坏性冲蚀。
发明内容
本发明的目的是提供一种可集单动双管钻具与三层管双动钻具功能于一体的绳索取心钻具，使其可在破碎、松散、无胶结或弱胶结地层进行三层管双钻头绳索取心钻进。本发明的技术方案为一种绳索取心钻具，包括外管总成和内管总成，外管总成包括从上至下顺次连接的弹卡挡头、弹卡室、外管和外钻头，内管总成包括从上至下顺次连接的绞链式矛头机构和弹卡定位机构，以及将内管总成悬挂于外管总成内的悬挂机构，其特征在于所述内管总成还包括轴承腔，心轴，内驱管，内钻头，以及包括衬管、卡簧座和卡簧的不回转体，所述轴承腔与弹卡定位机构的弹卡架的末端螺纹连接，心轴通过两副轴承安装于轴承腔中，所述不回转体螺纹连接于心轴上；所述内驱管与轴承腔的末端螺纹连接，并与不回转体间隙配合；所述内钻头连接于内驱管的末端，并通过外钻头向外伸出；或者，所述内管总成还包括轴承腔，心轴，以及包括内管、卡簧座和卡簧的不回转体，所述轴承腔与弹卡定位机构的弹卡架的末端螺纹连接，心轴通过两副轴承安装于轴承腔中， 所述不回转体螺纹连接于心轴上。优选地，所述弹卡定位机构包括回收管、弹卡架、上弹卡和下弹卡，所述绞链式矛头机构的捞矛座通过其上设置的长孔和一圆柱销与回收管穿设在一起，使二者可在捞矛座的长孔范围内发生相对位移；所述弹卡架内具有通过中间间隔部隔开的与外部相通的上、 下弹卡腔，上、下弹卡分别铰接于上、下弹卡腔内，其中，上、下弹卡的弹卡臂分别以各自的铰接点为基点向上和向下设置，上、下弹卡的两个弹卡臂之间分别连接有上、下张簧，使上、 下弹卡可分别在上、下张簧的作用下分别通过上、下弹卡腔向外伸出；所述弹卡架的中间间隔部通过其上设置的长孔和另一圆柱销与回收管穿设在一起，使二者之间可在中间间隔部的长孔的范围内发生相对位移，其中，上弹卡腔置于回收管内，而下弹卡腔置于回收管外，所述回收管上设置有供上弹卡的弹卡臂向外伸出的通孔；以及，所述弹卡室的内壁上具有在下弹卡弹开时支撑其弹卡臂的内台阶，所述下弹卡和弹卡室的内台阶构成了所述悬挂机构。优选地，所述上、下弹卡腔分别在邻接中间间隔部的位置上设置有固定于弹卡架内的上、下弹卡座，所述上、下弹卡座上分别设置有与上、下弹卡末端等半径的圆弧面，使上、下弹卡在与弹卡架铰接后，仅能分别沿上、下弹卡座的圆弧面转动。优选地，所述弹卡室的内台阶上设置一用于拨动下弹卡的弹卡臂的拨叉。本发明的有益效果为本发明的绳索取心钻具的内钻头的缩径、超前结构实现内钻头与内管总成同步打捞和投放，既保护岩心不受钻井液冲蚀，又可防止在外钻头形成岩堵时妨碍下回次内管总成投放到位；另外，通过下弹卡悬挂内管总成结构消除了传统绳索取心钻具的外管总成瓶颈和内管总成凸出问题，可提高内管总成到位成功率；最后，双钻头三层管钻进与单钻头双层管钻进共用一套外管总成，无需提大钻即可根据地层情况更换内管总成。
图1为根据本发明一种实施例的绳索取心钻具的纵向中截面处的剖视图；图2为图1所示绳索取心钻具在与图1的剖切面垂直的纵向中截面处的剖视图；图3为利用图1和2所示绳索取心钻具实现单动双管钻具的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明。如图1和2所示，本发明的绳索取心钻具包括外管总成和内管总成，外管总成包括从上至下顺次连接的弹卡挡头2、弹卡室7、外管13和外钻头15，内管总成包括从上至下顺次连接的绞链式矛头机构和弹卡定位机构，以及将内管总成悬挂于外管总成内的悬挂机构，该内管总成还包括轴承腔11、心轴12、内驱管14、衬管17、卡簧座18、卡簧19和内钻头 20，其中，轴承腔11与弹卡定位机构的弹卡架8的末端螺纹连接，心轴12通过两副轴承10 安装于轴承腔11中；衬管17通过衬管接头14螺纹连接于心轴12上；卡簧座18连接于衬管17的末端上，卡簧19安装于卡簧座18内，卡簧座18在悬挂机构的作用下与外钻头15 的内台阶保持预定间隙；内驱管14套于衬管17和衬管接头14外，并与二者间隙配合，内驱管14与轴承腔11的末端螺纹连接；内钻头20连接于内驱管14的末端，并通过外钻头15 向外伸出。本发明所述绳索取心钻具的三管双动钻进原理为钻进时，地表回转系统带动钻杆转动，进而使外管总成转动，因内管总成通过弹卡定位机构和悬挂机构紧贴于弹卡室的内壁上，所以，外管13回转的同时，将带动内管总成转动，由于内驱管14直接螺纹连接在轴承腔11的末端，因此，内驱管14将随外管13回转形成双动，衬管17螺纹连接于心轴上， 不随外管13回转，所以，形成三管双动，在此，由衬管17、卡簧座18和卡簧19构成不回转体。这样，在钻进破碎、无胶结地层时，双钻头三层管机构实现内钻头超前的双钻头回转钻进，既保护岩心不受钻井液冲蚀，又可防止在外钻头形成岩堵时妨碍下回次内管总成投放到位。该弹卡定位机构可以采用常规的单弹卡结构，但优选采用以下的双弹卡结构，具体为该弹卡定位机构包括回收管4、弹卡架8、上弹卡6和下弹卡9，其中，绞链式矛头机构的捞矛座3通过其上设置的长孔和圆柱销与回收管4穿设在一起，使二者可在长孔范围内发生相对位移；弹卡架8内具有通过中间间隔部隔开的与外部相通的上弹卡腔和下弹卡腔，上弹卡6和下弹卡9分别铰接于上弹卡腔和下弹卡腔内，其中，上弹卡6的弹卡臂以其铰接点为基点向上设置，下弹卡9的弹卡臂以其铰接点为基点向下设置，上弹卡6和下弹卡 9的两个弹卡臂之间分别连接有上张簧fe和下张簧恥，上、下弹卡可分别在上、下张簧的作用下分别通过上、下弹卡腔向外伸出，另外，该弹卡架8的中间间隔部通过其上设置的长孔和圆柱销与回收管7穿设在一起，使二者之间可在长孔范围内发生相对位移，其中，上弹卡腔置于回收管7内，而下弹卡腔置于回收管7外，该回收管7上设置有供上弹卡6的弹卡臂向外伸出的通孔。该弹卡室7的内壁上具有在下弹卡弹9开时支撑其弹卡臂的内台阶23， 该下弹卡9和弹卡室7的内台阶构成了上述悬挂机构，因此，采用该种结构的弹卡定位机构，就无需采用惯常使用的悬挂环和座环悬挂内管总成。另外，该上、下弹卡腔可分别在邻接中间间隔部的位置上设置有均通过圆柱销固定于弹卡架内的上弹卡座21和下弹卡座22，上、下弹卡座上分别设置有与上、下弹卡末端等半径的圆弧面，这样，上、下弹卡在与弹卡架通过销轴铰接后，仅能沿上、下弹卡座的圆弧面转动。上、下弹卡座可使弹卡架的加工不至过于复杂和困难。在下放内管总成的过程中，上、下弹卡均在进入内径大于弹卡挡头的内径的弹卡室中向外弹开，并分别通过弹卡挡头2和弹卡室7的内台阶限制内管总成上串和下串。上述长孔设置的目的为在打捞钻具时，上提拉力提动回收管上行，在长孔的活动范围内，回收管迫使上弹卡向内回收，不再受制于弹卡挡头2的下端面与弹卡室7螺纹连接后所组成的台阶，以至将整个内管总成提出。另外，该绞链式矛头机构可采用现有的包括铰接在一起的捞矛头1和捞矛座3的机构，本发明在此不再对其作进一步说明。再者，该弹卡室7的内台阶上可设置一用于拨动下弹卡的弹卡臂的拨叉，虽然，由于上、下弹卡会分别在上、下张簧的作用下与弹卡室7的内壁紧贴，进而会随外管总成一起回转，但通过设置拨叉拨动下弹卡可确保内管总成心轴以上的随动性。本发明的绳索取心钻具在钻进完整地层时，只需如图3所示，去除内驱管、衬管和内钻头，将与衬管相同规格的内管通过衬管接头16螺纹连接于心轴上，即可实现常规绳索取心钻进，提高钻进效率。在此，由内管、卡簧座19和卡簧18构成不回转体。以上所述仅为本发明较佳的实施方式，并非用来限定本发明的实施范围，但凡在本发明的保护范围内所做的等效变化及修饰，皆应认为落入了本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种绳索取心钻具，包括外管总成和内管总成，外管总成包括从上至下顺次连接的弹卡挡头、弹卡室、外管和外钻头，内管总成包括从上至下顺次连接的绞链式矛头机构和弹卡定位机构，以及将内管总成悬挂于外管总成内的悬挂机构，其特征在于所述内管总成还包括轴承腔，心轴，内驱管，内钻头，以及包括衬管、卡簧座和卡簧的不回转体，所述轴承腔与弹卡定位机构的弹卡架的末端螺纹连接，心轴通过两副轴承安装于轴承腔中，所述不回转体螺纹连接于心轴上；所述内驱管与轴承腔的末端螺纹连接，并与不回转体间隙配合； 所述内钻头连接于内驱管的末端，并通过外钻头向外伸出；或者，所述内管总成还包括轴承腔，心轴，以及包括内管、卡簧座和卡簧的不回转体，所述轴承腔与弹卡定位机构的弹卡架的末端螺纹连接，心轴通过两副轴承安装于轴承腔中，所述不回转体螺纹连接于心轴上。
2.根据权利要求1的绳索取心钻具，其特征在于所述弹卡定位机构包括回收管、弹卡架、上弹卡和下弹卡，所述绞链式矛头机构的捞矛座通过其上设置的长孔和一圆柱销与回收管穿设在一起，使二者可在捞矛座的长孔范围内发生相对位移；所述弹卡架内具有通过中间间隔部隔开的与外部相通的上、下弹卡腔，上、下弹卡分别铰接于上、下弹卡腔内，其中，上、下弹卡的弹卡臂分别以各自的铰接点为基点向上和向下设置，上、下弹卡的两个弹卡臂之间分别连接有上、下张簧，使上、下弹卡可分别在上、下张簧的作用下分别通过上、下弹卡腔向外伸出；所述弹卡架的中间间隔部通过其上设置的长孔和另一圆柱销与回收管穿设在一起，使二者之间可在中间间隔部的长孔的范围内发生相对位移，其中，上弹卡腔置于回收管内，而下弹卡腔置于回收管外，所述回收管上设置有供上弹卡的弹卡臂向外伸出的通孔；以及，所述弹卡室的内壁上具有在下弹卡弹开时支撑其弹卡臂的内台阶，所述下弹卡和弹卡室的内台阶构成了所述悬挂机构。
3.根据权利要求2所述的绳索取心钻具，其特征在于所述上、下弹卡腔分别在邻接中间间隔部的位置上设置有固定于弹卡架内的上、下弹卡座，所述上、下弹卡座上分别设置有与上、下弹卡末端等半径的圆弧面，使上、下弹卡在与弹卡架铰接后，仅能分别沿上、下弹卡座的圆弧面转动。
4.根据权利要求2或3所述的绳索取心钻具，其特征在于所述弹卡室的内台阶上设置一用于拨动下弹卡的弹卡臂的拨叉。
全文摘要
本发明公开了一种绳索取心钻具，包括外管和内管总成，后者包括轴承腔，心轴，内驱管，内钻头，以及包括衬管、卡簧座和卡簧的不回转体，轴承腔与弹卡定位机构的弹卡架的末端螺纹连接，心轴通过两副轴承安装于轴承腔中，不回转体螺纹连接于心轴上；内驱管与轴承腔螺纹连接，并与不回转体间隙配合；内钻头连接于内驱管的末端，并通过外钻头向外伸出。本发明的绳索取心钻具的内钻头的缩径、超前结构实现内钻头与内管总成同步打捞和投放，既保护岩心不受钻井液冲蚀，又可防止在外钻头形成岩堵时妨碍下回次内管总成投放到位；另外，本发明的可使双钻头三层管钻进与单钻头双层管钻进共用一套外管总成，无需提大钻即可根据地层情况更换内管总成。
文档编号E21B25/00GK102418488SQ20111033902
公开日2012年4月18日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者孟庆鸿, 张志明, 朱永宜, 王稳石, 谈晓丽, 郑庆辉 申请人:中国地质科学院勘探技术研究所, 地质矿产廊坊聚力岩土工程科技开发公司