一种旋转密封提芯机构

本发明涉及钻井技术领域，具体涉及一种旋转密封提芯机构。

背景技术：

不同深度赋存岩层原位岩石力学行为规律是深地钻探、深部资源开发利用、地球应用科学的先导性科学与重要理论基础，其核心与关键是如何获取深部环境条件下的“原位岩芯”，并在原位保真状态下进行实时加载测试与分析。但获取“原位岩芯”时需要进行随钻的保温、保压、保湿、保质、保光(“五保”)，这对深部取芯设备的提芯机构提出了严格的要求。

但现有技术中的提芯机构在运行的过程中不稳定，无法使得深部原位取芯设备在深部工程环境以及模拟测试环境中得到可靠的保障和稳定的运行状态，甚至会使其内部岩芯的“五保”状态发生变化，甚至对整个设备造成不可逆损伤。因此，亟需建立一套可长期稳定可靠运行的旋转密封提芯机构。

技术实现要素：

针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种利用压力差实现提芯运动的旋转密封提芯机构。

为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

提供一种旋转密封提芯机构，其包括钻杆，钻杆内设置有钻杆腔，钻杆腔的上下端开口，钻杆腔内设置有旋转活塞杆，旋转活塞杆为空心结构，旋转活塞杆的上端通过活塞与钻杆腔连接，且活塞与钻杆腔的内壁滑动连接；旋转活塞杆内设置有旋转杆，旋转杆插入旋转活塞杆内与旋转杆接头连接，旋转杆接头与旋转活塞杆的内壁滑动连接，且旋转杆接头与旋转活塞杆的内壁之间设置有旋转限位机构，旋转活塞杆的下端与活塞杆接头连接，旋转杆接头的下端与提芯杆连接，提芯杆穿过活塞杆接头与钻杆腔接头连接。

本发明的有益效果为：本方案用于实验室模拟深地钻取岩心，开始工作时，旋转活塞杆的初始位置位于钻杆腔的最上端，活塞上方通过液压油施加压力，驱动旋转活塞杆向下移动，进而驱动钻杆腔接头向下移动；同时，旋转杆旋转带动旋转活塞杆和钻杆腔接头转动，实现向地下钻进的动作。钻进动作完成后，活塞上方的压力降低，活塞下方的压力增加，驱动旋转活塞杆向上运动，而旋转杆和钻杆腔接头的位置不变，实现提芯动作。整个提芯机构通过液压油的油压差提供向下的钻压力和向上的提芯压力，可保证机构的稳定运行，实现保真取芯器运行环境的稳定和安全的控制。

附图说明

图1为旋转密封提芯机构的剖视图。

图2为活塞的结构图。

图3为活塞杆接头与旋转活塞杆连接的结构图。

图4为活塞杆接头的结构图。

图5为钻杆腔接头的结构图。

其中，1、旋转杆，2、钻杆，3、旋转活塞杆，4、旋转杆接头，5、活塞杆接头，6、提芯杆，7、钻杆腔接头，8、活塞，9、限位挡板，10、挡台，11、放置槽，12、密封圈，13、安装孔。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1至图5所示，本方案的旋转密封提芯机构包括钻杆2，钻杆2内设置有钻杆腔，钻杆腔的上下端开口，钻杆腔内设置有旋转活塞杆3，旋转活塞杆3为空心结构，旋转活塞杆3的上端通过活塞8与钻杆腔连接，且活塞8与钻杆腔的内壁滑动连接；旋转活塞杆3内设置有旋转杆1，旋转杆1插入旋转活塞杆3内与旋转杆接头4连接，旋转杆接头4与旋转活塞杆3的内壁滑动连接，且旋转杆接头4与旋转活塞杆3的内壁之间设置有旋转限位机构，旋转活塞杆3的下端与活塞杆接头5连接，旋转杆接头4的下端与提芯杆6连接，提芯杆6穿过活塞杆接头5与钻杆腔接头7连接。

本方案用于实验室模拟深地钻取岩心，开始工作时，旋转活塞杆3的初始位置位于钻杆腔的最上端，活塞8上方通过液压油施加压力，驱动旋转活塞杆3向下移动，进而驱动钻杆腔接头7向下移动；同时，旋转杆1旋转带动旋转活塞杆3和钻杆腔接头7转动，实现向地下钻进的动作。钻进动作完成后，活塞8上方的压力降低，活塞8下方的压力增加，驱动旋转活塞杆3向上运动，而旋转杆1和钻杆腔接头7的位置不变，实现提芯动作。整个提芯机构通过液压油的油压差提供向下的钻压力和向上的提芯压力，可保证机构的稳定运行，实现保真取芯器运行环境的稳定和安全的控制。

本方案的活塞8套在旋转活塞杆3的上端，旋转活塞杆3的上端设置有限位挡板9，限位挡板9的尺寸大于旋转活塞杆3的尺寸，且限位挡板9的尺寸小于活塞8的尺寸，限位挡板9通过螺钉与旋转活塞杆3的侧壁连接。通过限位挡板9将活塞8稳定固定在旋转活塞杆3的端部，使活塞8移动稳定。

活塞8与旋转活塞杆3的内壁之间、活塞8与钻杆腔之间以及旋转杆1与旋转活塞杆3的上端之间均设置有密封圈12，用于对活塞8上下端的空间进行密封，确保能形成稳定液压差，实现下钻和提芯动作。

旋转限位机构包括设置在旋转杆接头4外圆周上的若干第一凸台，若干第一凸台成圆周均匀分布，旋转活塞杆3的内壁上设置有若干第一凹槽，第一凹槽沿旋转活塞杆3的长度延长，第一凸台嵌入第一凹槽内配合。第一凸台与第一凹槽配合对旋转活塞杆3的旋转进行限位，使旋转活塞杆3与旋转杆1之间不产生相对转动，旋转活塞杆3只能进行上下运动。

旋转杆接头4的尺寸大于旋转杆1的尺寸，旋转活塞杆3的上端设置有对旋转杆接头4进行限位的挡台10，挡台10可对旋转活塞杆3下降的位置进行限位。旋转活塞杆3插入活塞杆接头5上端开设的安装孔13内，安装孔13与旋转活塞杆3过盈配合，活塞杆接头5的下端开设有放置钻杆腔接头7的放置槽11；在下钻的过程中，钻杆腔接头7放置在放置槽11内，避免下钻产生的压力使提芯杆6弯曲。

钻杆腔接头7的圆周上设置有若干第二凸台，若干第二凸台圆周均匀分布，第二凸台沿钻杆腔接头7的长度分布，放置槽11内沿长度方向设置有若干第二凹槽，第二凸台嵌入第二凹槽内配合。第二凸台与第二凹槽配合对旋转进行限位，避免产生相对旋转。

放置槽11与安装孔13之间设置有通孔，提芯杆6穿过通孔，提芯杆6与通孔之间也设置有密封圈12，密封圈12可有效对旋转活塞杆3内部进行密封。提芯杆6的上端设置有外翻的挂耳，挂耳的尺寸小于通孔的尺寸。钻杆2提升的过程中，挂耳顶住通孔的上端，提供向上的提升力。

技术特征：

1.一种旋转密封提芯机构，其特征在于，包括钻杆，所述钻杆内设置有钻杆腔，所述钻杆腔的上下端开口，所述钻杆腔内设置有旋转活塞杆，所述旋转活塞杆为空心结构，所述旋转活塞杆的上端通过活塞与钻杆腔连接，且活塞与钻杆腔的内壁滑动连接；所述旋转活塞杆内设置有旋转杆，所述旋转杆插入旋转活塞杆内与旋转杆接头连接，所述旋转杆接头与旋转活塞杆的内壁滑动连接，且旋转杆接头与旋转活塞杆的内壁之间设置有旋转限位机构，所述旋转活塞杆的下端与活塞杆接头连接，所述旋转杆接头的下端与提芯杆连接，所述提芯杆穿过活塞杆接头与钻杆腔接头连接。

2.根据权利要求1所述的旋转密封提芯机构，其特征在于，所述活塞套在旋转活塞杆的上端，所述旋转活塞杆的上端设置有限位挡板，所述限位挡板的尺寸大于旋转活塞杆的尺寸，且限位挡板的尺寸小于活塞的尺寸，所述限位挡板通过螺钉与旋转活塞杆的侧壁连接。

3.根据权利要求1所述的旋转密封提芯机构，其特征在于，所述活塞与旋转活塞杆的内壁之间、活塞与钻杆腔之间以及旋转杆与旋转活塞杆的上端之间均设置有密封圈。

4.根据权利要求1所述的旋转密封提芯机构，其特征在于，所述旋转限位机构包括设置在旋转杆接头外圆周上的若干第一凸台，若干所述第一凸台成圆周均匀分布，所述旋转活塞杆的内壁上设置有若干第一凹槽，所述第一凹槽沿旋转活塞杆的长度延长，所述第一凸台嵌入第一凹槽内配合。

5.根据权利要求4所述的旋转密封提芯机构，其特征在于，所述旋转杆接头的尺寸大于旋转杆的尺寸，所述旋转活塞杆的上端设置有对旋转杆接头进行限位的挡台。

6.根据权利要求1所述的旋转密封提芯机构，其特征在于，所述旋转活塞杆插入活塞杆接头上端开设的安装孔内，所述安装孔与旋转活塞杆过盈配合，所述活塞杆接头的下端开设有放置钻杆腔接头的放置槽。

7.根据权利要求6所述的旋转密封提芯机构，其特征在于，所述钻杆腔接头的圆周上设置有若干第二凸台，若干所述第二凸台圆周均匀分布，所述第二凸台沿钻杆腔接头的长度分布，所述放置槽内沿长度方向设置有若干第二凹槽，所述第二凸台嵌入第二凹槽内配合。

8.根据权利要求6所述的旋转密封提芯机构，其特征在于，所述放置槽与安装孔之间设置有通孔，所述提芯杆穿过通孔，所述提芯杆与通孔之间也设置有密封圈。

9.根据权利要求8所述的旋转密封提芯机构，其特征在于，所述提芯杆的上端设置有外翻的挂耳，所述挂耳的尺寸小于通孔的尺寸。

技术总结
本发明公开了一种旋转密封提芯机构，其包括钻杆，钻杆内设置有钻杆腔，钻杆腔的上下端开口，钻杆腔内设置有旋转活塞杆，旋转活塞杆的上端通过活塞与钻杆腔连接；旋转活塞杆内设置有旋转杆，旋转杆插入旋转活塞杆内与旋转杆接头连接，旋转杆接头与旋转活塞杆的内壁滑动连接，且旋转杆接头与旋转活塞杆的内壁之间设置有旋转限位机构，旋转活塞杆的下端与活塞杆接头连接，旋转杆接头的下端与提芯杆连接，提芯杆穿过活塞杆接头与钻杆腔接头连接。本方案用于实验室模拟深地钻取岩心，整个提芯机构通过液压油的油压差提供向下的钻压力和向上的提芯压力，可保证机构的稳定运行，实现保真取芯器运行环境的稳定和安全的控制。

技术研发人员：张茹;谢和平;张泽天;李佳南;黄伟;李怡航;陈领;高明忠;张志龙;杨阳;任利
受保护的技术使用者：四川大学
技术研发日：2021.04.29
技术公布日：2021.07.27