定向取芯自动寻位装置的制作方法

本实用新型涉及地质钻探技术领域，特别是一种定向取芯自动寻位装置。

背景技术：

目前，在地质钻探领域中，定向钻探主要采用底孔马达驱动钻头破碎岩石获取进尺，由于是底孔马达驱动，钻杆是不旋转的，只是作为高压过水管道将高压水送至底孔，由高压水驱动底孔马达旋转，进而带动钻头旋转。工具面角的母线与钻杆中测量装置的直线是固定不变的，因此有线或无线的随钻仪无论何时投入钻杆内孔中都能准确找到工具面角的母线，从而测出钻头的工具面角、方位角、顶角等技术参数。这种孔底马达的定向钻探不足之处在于不能获取完整有效的岩心，进而不能获取准确的地质信息。

目前，在地质钻探领域中，取芯钻探通常只能在垂直方向上取芯，而无法沿着其它设定的方向取芯，因为取芯钻探的过程中，钻杆是高速旋转的，其角度时刻都在变化，在不断变化的角度中不能找到钻头工具面角的母线，也就无法测量出钻头的工具面角、方位角及顶角等技术参数。即取芯钻探的不足之处在于只能实现垂直方向的取芯，不能实现其它设定方向的取芯。

目前，在地质钻探领域中，实现定向取芯钻探是非常有必要的，以地铁修建为例，在地铁修建之前，需要在规划路线上间隔设置多个取样点，在每个点进行垂直方向的取芯，以了解整条线路上岩层分布状态，为后续设定地铁挖深及地铁施工技术方案提供理论依据，理论上取样点越多越能反应整条线路上的岩层分布状态，但城市地铁修建过程中因环境和地域限制，无法做到密集的设置取样点，并且，垂直方向上的取样始终是“点取样”，无法获取沿规划线路水平轴线方向持续连贯的地质信息。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，而提供一种定向取芯自动寻位装置，它解决了目前在地质钻探领域中，无法同时实现取芯钻探和任意设定轨迹定向钻探的问题。

本实用新型的技术方案是：定向取芯自动寻位装置，包括外套管、左内套管、右内套管、中内套管、导向套管及弹性元件；

外套管呈两端敞口的套筒形，其上固接有止动螺钉，止动螺钉的端头伸入外套管的内孔中；

左内套管和右内套管分别通过轴承活动安装在外套管内孔中的两端，右内套管外壁上设有供止动螺钉嵌入的止动槽；

中内套管设在左、右内套管之间，并位于外套管的内孔中，其一端与左内套管固接，另一端与右内套管通过花键活动套接；

导向套管呈两端敞口的套筒形，其一端为连接端，另一端为导向端，其在连接端固定安装在右内套管的内孔中，且连接端朝向中内套管，其在导向端设有拱形缺口；

弹性元件压缩设置在左、右内套管之间，并位于中内套管的内孔中；当右内套管未受外力时，弹性元件通过弹力迫使右内套管的止动槽与外套管的止动螺钉相互抵接，此时外套管与右内套管不可相对转动；当右内套管受到外力向左内套管移动时，弹性元件被压缩，右内套管的止动槽与外套管的止动螺钉相互脱离，此时外套管与右内套管可相对转动。

本实用新型进一步的技术方案是：外套管靠近左内套管的一端设有连接弯头的外螺纹，外套管靠近右内套管的一端设有连接井口外管的内螺纹，右内套管靠近外套管端头的一端设有连接钻杆的内螺纹，左内套管靠近外套管端头的一端设有连接钻头的外螺纹。

本实用新型再进一步的技术方案是：导向套管的拱形缺口的侧壁面与导向套管的导向端的端面平滑过渡连接；导向套管的导向端的端面为倾斜布置的弧形面。

本实用新型更进一步的技术方案是：右内套管外壁上设有环形连贯的导向台阶面，导向台阶面一端设有止动槽，另一端沿着右内套管的轴向方向螺旋延伸。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

外套管靠近左内套管的一端连接弯头，外套管靠近右内套管的一端连接井口外管，右内套管靠近外套管端头的一端连接钻杆，左内套管靠近外套管端头的一端连接钻头，可同时实现任意设定轨迹定向钻探和取芯钻探。

以下结合图和实施例对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型在外套管与右内套管相对不可转动状态下的结构示意图；

图2为本实用新型在外套管与右内套管在相对可转动状态下的结构示意图；

图3为中内套管的结构示意图；

图4为图3的A-A剖视图；

图5为导向套管的结构示意图；

图6为图5的B-B剖视图；

图7为右内套管在止动槽处的局部结构示意图；

图8为图1的A部放大图；

图9为图1的B部放大图；

图10为图2的C部放大图。

具体实施方式

实施例1：

如图1-10所示，定向取芯自动寻位装置，包括外套管1、左内套管2、右内套管3、中内套管4、导向套管5及弹性元件6。

外套管1呈两端敞口的套筒形，其上固接有止动螺钉11，止动螺钉11的端头伸入外套管1的内孔中。

左内套管2和右内套管3分别通过轴承(优选滚针轴承)活动安装在外套管1内孔中的两端。右内套管3外壁上设有环形连贯的导向台阶面31，导向台阶面31一端设有止动槽311(止动槽311可供止动螺钉11嵌入)，另一端沿着右内套管3的轴向方向螺旋延伸。

中内套管4设在左、右内套管之间，并位于外套管1的内孔中，其一端与左内套管2固接，另一端与右内套管3通过花键活动套接。

导向套管5呈两端敞口的套筒形，其一端为连接端，另一端为导向端，其在连接端固定安装在右内套管3的内孔中，且连接端朝向中内套管4，其在导向端设有拱形缺口51。

弹性元件6(优选弹簧)压缩设置在左、右内套管之间，并位于中内套管4的内孔中。当右内套管3未受外力时，弹性元件6通过弹力迫使右内套管3的止动槽31与外套管1的止动螺钉11相互抵接，此时外套管1与右内套管3不可相对转动。当右内套管3受到外力向左内套管移动时，弹性元件被压缩，右内套管的止动槽与外套管的止动螺钉相互脱离，此时外套管与右内套管可相对转动。

优选，中内套管4与右内套管3连接端的内孔中设有内花键41，右内套管3与中内套管4连接端的外圆面上设有外花键32。右内套管3活套在中内套管4的内孔中，并通过其上的外花键32与中内套管4内孔中的内花键41相配合，两者可在轴向方向上相对移动，并可通过内、外花键的配合实现同步转动。

优选，外套管靠近左内套管的一端设有连接弯头的外螺纹，外套管靠近右内套管的一端设有连接井口外管的内螺纹，右内套管靠近外套管端头的一端设有连接钻杆的内螺纹，左内套管靠近外套管端头的一端设有连接钻头的外螺纹。

优选，导向套管5的拱形缺口51的侧壁面与导向套管5的导向端的端面平滑过渡连接；导向套管5的导向端的端面为倾斜布置的弧形面。

简述本实用新型的使用：测量角度时的状态如图1所示，外套管1与右内套管3通过止动螺钉11与止动槽311的配合实现相对固定，将随钻仪通过外套管1靠近右内套管3一端的内孔开口投入外套管1的内孔，随钻仪触碰到导向套管5导向端的端面后，顺着端面滑入拱形缺口51内。此时，随钻仪与导向套管5的相对位置及角度是固定的，导向套管5与右内套管3的相对位置和角度是固定的，右内套管3与外套管1的相对位置及角度是固定的，外套管1与钻头工具面母线的相对位置及角度也是确定的，通过读取随钻仪的数据即可测量出钻头的工具面角、方位角及顶角等技术参数。

取芯钻探时的状态如图2所示，此时，外套管1与右内套管3分离，左内套管2、右内套管3、中内套管4、导向套管5及弹性元件6作为一个整体可相对于外套管1转动，从而实现从钻杆至钻头的传动，进而实现取芯钻探。