CN102808587A - 一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，其特征在于：弹卡套为套筒状，其圆周表面开有安装工艺孔，在其上下部位分别布置有卡槽，上弹卡布置在弹卡套上部的卡槽内，下弹卡通过下弹卡弹性销与活动套筒铰接在一起，下弹卡的翼片安置在弹卡套下部的卡槽内，下弹卡内侧设有张簧，活动套筒安装在弹卡套下部的内孔中，可以轴向移动，活动套筒的上端，装有一缓冲弹簧，能缓冲投放到位时产生的撞击；带有斜面沿径向移动的上弹卡，消除了内管悬挂定位存在的间隙，能有效的防止绳索内管总成的浮动；锁紧装置能够锁定弹卡到位时上、下弹卡的工作状态，提高悬挂定位的可靠性，同时也确保内管总成的顺利投放。

Description

一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构

技术领域

本发明涉及一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，可用于地质工程、石油工程的勘探技术领域。

背景技术

双弹卡绳索取芯内管总成通常来说可以能更快捷的投放，配合金刚石钻进有更高的效率；但投放到位时，下弹卡与弹卡室到位悬挂接触时会产生冲击，这种冲击力直接影响到了下弹卡、下弹卡弹性销等相关零件的使用寿命。

另一方面，双弹卡的可靠性远不如单弹卡利用悬挂环的刚性接触来的更加可靠。对于通常的双弹卡的绳索取芯悬挂定位机构而言，由于内管总成的全部重量的悬挂都是通过下弹卡支撑的，下弹卡一直都保持与弹卡室的台阶紧密接触，一旦弹卡受到扰动而收拢，悬挂就立刻失效。所以双弹卡的绳索取芯悬挂定位的机构中，在下弹卡设置锁紧装置结构是必要的。

另外，以往带锁紧装置的悬挂定位机构，在投放时，弹卡呈现出一种刚性状态，不利于投放；理想的状况是投放到位后，锁紧装置启动，锁定弹卡工作状态。

冲击回转工艺与金刚石绳索取芯钻进工艺的结合能大大的提高钻进硬岩的钻进效率，能克服打滑地层难以钻进的难题，提高岩芯采取率，减少钻进钻头的消耗，降低施工成本。一般情况下，冲击器是与绳索取芯内管总成连接为一体，冲击器产生的冲击通过外管上的承冲环传递到外管岩心管，最后至金刚石钻头，这样钻头在钻机带动回转的同时耦合了高频的冲击，形成了高效的绳索金刚石冲击回转钻进工艺。目前的绳索取芯内管总成投放到位后，由于结构上的因素，到位悬挂定位的绳索内管总成与外管的连接在轴向上存在着一定的间隙，这个间隙使得内管总成有一定的浮动量，该浮动不仅对绳索取芯的采样有一定的扰动，而且更重要的是影响了冲击器冲击功的有效输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，是一种双弹卡的悬挂定位机构，具有上、下弹卡到位锁定、上弹卡自动补偿悬挂间隙的功能；下弹卡在投放到位时，有缓冲弹簧的保护，避免了刚性接触对下弹卡、弹卡弹性销、外管座环等零件的直接撞击。

本发明的技术方案是这样实现的：一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，由捞矛头、捞矛头弹簧、卡块、弹性销、芯轴、半圆卡、弹簧挡套、回位弹簧、传力套、楔套、上弹卡、 弹卡套、锁定钢珠、缓冲弹簧、滚珠套、活动套筒、下弹卡、下弹卡弹性销、张簧、分水接头、密封圈、浮动密封环、调整套、上档接头、弹卡室外管、扩孔器、扶正环、外管组成；其中上档接头、弹卡室外管、扩孔器、扶正环、外管以及岩心管外管共同构成了绳索取芯钻具外管总成，捞矛头套在卡块上，内部有捞矛头弹簧，捞矛头与捞矛头弹簧、卡块构成常规捞矛机构；芯轴顶端通过弹性销与捞矛头铰接，在芯轴的上部由上至下分别套有弹簧挡套、回位弹簧和楔套，其特征在于：楔套的下端面靠在芯轴的轴肩上，弹簧挡套的外圆表面，嵌入半圆卡的内孔，将半圆卡撑起，并将半圆卡卡在弹卡套顶端的一环形卡槽内，在弹簧力的作用下，弹簧挡套的上端面紧在半圆卡的台阶上，这样芯轴连同楔套被限制在弹卡套内但可在弹卡套内上下移动，向上移动压缩回位弹簧，向下移动回位弹簧回位，传力套通过半圆卡固定在弹卡套上，弹卡套为套筒状，是该机构的壳体，其圆周表面开有安装工艺孔，在其上下部位分别布置有卡槽，用于装配上下弹卡，下端通过螺纹与分水接头联接；上弹卡布置在弹卡套上部的卡槽内，下弹卡通过下弹卡弹性销与活动套筒铰接在一起，下弹卡的翼片安置在弹卡套下部的卡槽内，下弹卡内侧设有张簧，活动套筒安装在弹卡套下部的内孔中，可以轴向移动，活动套筒的上端，装有一缓冲弹簧，在活动套筒内装有滚珠套，芯轴的下部从滚珠套内穿过，活动套筒的内壁上有环槽，滚珠套沿周向均布两排圆孔，孔内放置了锁定钢珠，芯轴的下部也有环槽，弹卡套下端螺纹连接的是分水接头，分水接头连接液动冲击器，上档接头、弹卡室外管、扩孔器、外管以及岩心管之间螺纹连接，扶正环被固定在扩孔器和外管之间，调整套以及O型密封圈安装在分水接头上用于密封连接。

所述楔套套在芯轴上，其表面沿圆周方向均布2~3个带有斜面的导槽，中间有一台阶面，当芯轴带动楔套向上移动压缩回位弹簧一定距离时，该台阶面与传力套下端面接触。

所述上弹卡，安装在弹卡套上部的卡槽内，其伸出和缩回是沿径向方向，两上弹卡内测为斜面结构，与楔套导槽内斜面配合，其外侧有一小斜面与上档接头一台阶斜面配合。

所述的下弹卡，在其肩部有一平面，当下弹卡投放到位并撑开时，其肩部平面与弹卡套下部的卡槽平面接触；下弹卡的尾部，在投放时，卡在弹卡套的锁定卡槽内，投放到位后，下弹卡的尾部进入弹卡套的内孔中。

所述的分水接头上安装的浮动密封环与分水接头为大间隙配合，其外圆尺寸是所有悬挂定位机构内管总成零件的最大直径，并与扶正环的内径尺寸相同，内管总成投放到位后，与扶正环密封配合。

 本发明的积极效果是：具有锁定功能的上、下弹卡，增加了双弹卡悬挂定位机构工作的可靠性；可移动带缓冲弹簧的下弹卡，缓解了下弹卡投放到位悬挂时的冲击，保护了悬挂机构，提高了双弹卡内管总成的使用寿命；采用带有斜面沿径向移动的上弹卡，消除了内管悬挂定位存在的间隙，有效的防止绳索内管总成的浮动，有利于绳索冲击器冲击功的有效输出和传递。

附图说明

图1为本发明的结构剖视图。

图2为本发明的实施例图。

图3为本发明的弹卡套结构示意图。

图4为本发明的下弹卡轴测图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：如图1、2、3、4所示，一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，由捞矛头1、捞矛头弹簧2、卡块3、弹性销4、芯轴5、半圆卡6、弹簧挡套7、回位弹簧8、传力套9、楔套10、上弹卡11、 弹卡套12、锁定钢珠13、缓冲弹簧14、滚珠套15、活动套筒16、下弹卡17、下弹卡弹性销18、张簧19、分水接头20、密封圈21、23、25、浮动密封环22、调整套24、上档接头26、弹卡室外管27、扩孔器28、扶正环29、外管30组成；其中上档接头26、弹卡室外管27、扩孔器28、扶正环29、外管30以及岩心管外管共同构成了绳索取芯钻具外管总成，捞矛头1套在卡块3上，内部有捞矛头弹簧2，捞矛头1与捞矛头弹簧2、卡块3构成常规捞矛机构；芯轴5顶端通过弹性销4与捞矛头1铰接，在芯轴5的上部由上至下分别套有弹簧挡套7、回位弹簧8和楔套10，其特征在于：楔套10的下端面靠在芯轴5的轴肩上，弹簧挡套7的外圆表面，嵌入半圆卡6的内孔，将半圆卡6撑起，并将半圆卡6卡在弹卡套12顶端的一环形卡槽内，在弹簧力的作用下，弹簧挡套7的上端面紧在半圆卡6的台阶上，这样芯轴5连同楔套10被限制在弹卡套内但可在弹卡套内上下移动，向上移动压缩回位弹簧8，向下移动回位弹簧8回位，传力套9通过半圆卡6固定在弹卡套12上，当芯轴5压缩回位弹簧向上移动一定距离后，楔套10的上一轴肩端面与传力套9端面接触，限制了芯轴5的上移距离；弹卡套12为套筒状，是该机构的壳体，其圆周表面开有安装工艺孔，在其上下部位分别布置有卡槽，用于装配上、下弹卡，下端通过螺纹与分水接头20联接；上弹卡11布置在弹卡套12上部的卡槽内，下弹卡17通过下弹卡弹性销18与活动套筒16铰接在一起，下弹卡17的翼片安置在弹卡套12下部的卡槽内，下弹卡17内侧设有张簧19，活动套筒16安装在弹卡套12下部的内孔中，可以轴向移动，在活动套筒16的上端，有一缓冲弹簧14，活动套筒16向上移动时压缩缓冲弹簧14，活动套筒16内装有滚珠套15，芯轴5的下部从滚珠套15内穿过，活动套筒16的内壁上有环槽，滚珠套15沿周向均布两排圆孔，孔内放置了锁定钢珠13，芯轴5的下部也有环槽，弹卡套12下端螺纹连接的是分水接头20，分水接头20连接液动冲击器，也可直接连接绳索取芯的其他单动机构、到位报警机构等共同构成常规绳索取芯机具；上档接头26、弹卡室外管27、扩孔器28、外管30以及岩心管之间螺纹连接，扶正环29被固定在扩孔器28和外管30之间，其内径小于其他外管零件内径尺寸，安装在分水接头20上的浮动密封环22与分水接头20间大间隙配合，其外圆尺寸是所有悬挂定位机构内管总成零件的最大直径，并与扶正环29的内径尺寸相同，内管总成投放到位后，与扶正环29密封配合；调整套24以及O型密封圈21、23、25安装在分水接头上用于密封连接。

实施例

如图1、2所示，机构中有上下弹卡，上弹卡11用于定位防止内管总成上窜，下弹卡17用于内管总成的悬挂支撑。

上弹卡11布置在弹卡套12上部的卡槽内，上弹卡11可在卡槽内沿径向移动，伸出时与上档接头26配合可以实现内管总成定位，缩回时用于投放和提拉绳索内管总成；上弹卡11的内侧是斜面，也是上弹卡11移动的驱动面，该斜面与套在芯轴5上的楔套10的斜面接触，当楔套10沿其轴向向下移动时，上弹卡11向外扩张，扩张后靠上弹卡11外侧的小斜面与弹卡室处的上档接头26斜面台阶定位，当楔套10沿其轴向向上移动时，斜面分离，上弹卡11处于自由状态。

回位弹簧8套在芯轴5上，其下端抵在楔套10的上端面，当楔套10随心轴5沿其轴向向上移动时，压缩弹簧。

机构中的下弹卡17通过下弹卡弹性销18与活动套筒16铰接在一起，下弹卡17的翼片安置在弹卡套12下部的卡槽内，其内侧设有张簧19，使下弹卡17一直受到扩张力矩的作用；活动套筒16装在弹卡套12下部的内孔中，可在内孔中滑动，活动套筒16的上端布置一缓冲弹簧14，当下弹卡17随活动套筒16向上移动时，便压缩缓冲弹簧14 。

活动套筒16内装有滚珠套15芯轴5的下部从滚珠套15内穿过，活动套筒16的内壁上有环槽，滚珠套15沿周向均布两排若干圆孔，孔内放置了锁定钢珠13，芯轴5的下部也有环槽，通过活动套筒16，滚珠套15，锁定钢珠13和芯轴5的相关配合能实现互锁功能；芯轴5锁紧时，锁定钢珠13位于滚珠套15的圆孔和芯轴5的环槽内，当下弹卡17随活动套筒16向上移动至上止点时，活动套筒16的环槽与滚珠套15的两排圆孔对齐，这时移动芯轴5，锁定钢珠13由芯轴5的环槽内退出，进入到活动套筒16的环槽内，芯轴5解锁释放，可沿轴向自由移动，而活动套筒16被锁定钢珠13锁定在上止点的位置，芯轴5上的楔套10便在弹簧力的作用下，通过其斜面将沿轴向的力转换为驱动上弹卡11扩张伸出的水平力，实现了上弹卡11的定位；并通过斜面的自锁和增力特性锁定了上弹卡11的伸出状态。

捞矛头1与芯轴5铰接，提拉捞矛头1，芯轴5向上移动至上止点时，芯轴5下部的环槽与滚珠套15的圆孔对齐，锁定钢珠13进入到芯轴5的环槽内，被锁定钢珠13锁死的活动套筒16解锁释放，继续提拉捞矛头1、芯轴5，压缩回位弹簧8，楔轴10的上一轴肩端面与传力套9端面接触，传力套9是通过半圆卡6固定在弹卡套12上的，继续拉动捞矛头1，就会将内管总成由悬挂定位的位置向上整体拉起，而下弹卡17则在缓冲弹簧力的作用下，随同解锁释放的活动套筒16相对于弹卡套12向下移动直至下止点。

所述的捞矛头1与捞矛头弹簧2卡块3构成常规捞矛机构；

所述的半圆卡6卡在弹卡套12顶端的一环形卡槽内，并由弹簧挡套7从其内孔撑起，而弹簧挡套7的下端有回位弹簧8的簧力作用，以防止弹簧挡套7从其半圆卡内6退出； 

下弹卡17在下止点的位置时，由于下弹卡17的外侧边缘受钻杆内径的约束而受限制，下弹卡17的尾部便抵在弹卡套12上的一锁定卡槽内，锁住了下弹卡17在轴向的位置。当内管总成投放到位时，下弹卡17在弹卡室内扩张，弹卡尾部便收缩，从锁定卡槽内退出，下弹卡17便可在弹卡套12下部的内孔中连同活动套筒16移动，同时由于弹卡尾部在径向受到弹卡套12内孔的约束和限制，锁定了在弹卡室内下弹卡17的扩张状态。

弹卡套12下端螺纹连接的是分水接头20，分水接头20连接液动冲击器，也可直接连接绳索取芯的其他单动机构、到位报警机构等共同构成常规绳索取芯机具使用，分水接头20上装有浮动密封环22和调整套24以及O型密封圈21、23、25。

双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位的机构工作过程是这样的。

内管总成投放时，先抵住下弹卡17，使下弹卡17连同活动套筒16克服弹簧力上移至上止点，这时锁定钢珠13进入到活动套筒16的环槽内，芯轴5解锁；拉动捞矛头1连同芯轴5上移压缩回位弹簧8至上止点，锁定钢球13进入到了芯轴5的环槽内，芯轴5锁定而活动套筒16解锁，并在弹簧力的作用下活动套筒16向下移动至下止点；芯轴5锁定后，套在芯轴5上的楔套10的作用斜面与上弹卡11的斜面分离，上弹卡11处于浮动自由状态。

而下弹17卡在张簧19作用下处于张开状态，投入钻杆内，下弹卡17的张开状态受钻杆内壁的限制，下弹卡17尾部便抵在弹卡套12的锁定卡槽内，下弹卡17沿轴向锁定在下止点的位置上，这样下弹卡17在钻杆内投放时不论遇到什么阻碍，都不会使下弹卡17相对于弹卡套12有相对向上的移动，确保了芯轴5的锁定，也能保证了下弹卡17投放到位时的有效缓冲。

内管投放到位时，由于下弹卡17被锁定在下止点的位置，下弹卡17率先到达弹卡室，进入弹卡室后，下弹卡17的张开程度变大，弹卡尾部便由锁定卡槽内缩回，下弹卡17的轴向锁定释放，下弹卡17的下端面抵在外管的的台阶上，保持悬挂静止不动，而内管总成则继续的下移，压缩活动套筒16上端的缓冲弹簧14，直到下弹卡17连同活动套筒16移到其上止点的位置，这时内管总成的全部重量才通过下弹卡17悬挂到外管上。这个悬挂过程由于采用了弹性缓冲机构，避免了下弹卡17与外管台阶间的直接刚性的撞击，同时由于下弹卡17尾部在径向受到弹卡套12内孔的约束和限制，锁定了下弹卡17在弹卡室内的扩张状态；下弹卡17在缓冲悬挂完成后，下弹卡17的背面与弹卡套12直接接触，并主要通过该面来完成内管总成悬挂支撑力的传递，改善了下弹卡弹性销18的受力状况。

内管总成的下弹卡17缓冲悬挂后，到达了其上止点，芯轴5解锁，芯轴5在重力及其惯性力作用下继续下移，芯轴5上的楔套10则在其回位弹簧力的作用下下移，通过其斜面作用在上弹卡11上，驱动上弹卡11沿径向扩张伸出，抵在上弹卡室的台阶斜面上，完成了上弹卡11的定位和锁死，并实现了间隙的自动补偿。

在内管总成悬挂定位后，除了拉动捞矛头1以外，任何扰动都不能改变上、下弹卡锁紧悬挂定位的状态，显著的提高了双弹卡绳索内管总成悬挂定位的可靠性。

提拉捞矛头1时，捞矛头1带动芯轴5、楔套10上移，压缩回位弹簧8，楔套10的斜面与上弹卡11斜面分离，上弹卡11呈浮动自由状态，继续提拉捞矛头1，芯轴5上移到其上止点，楔套10的轴肩端面与传力套端面接触，提升力通过传力套9、半圆卡6传递到整个内管总成，内管总成开始向上移动，这时下弹卡17及活动套筒16的轴向锁定解锁，虽然内管总成在向上移动，但在其缓冲弹簧力的作用下下弹卡17和活动套筒16依然停留在弹卡室悬挂的初始位置上，继续提拉内管总成，下弹卡17及其活动套筒16移到其下止点，并开始随内管总成一同向上运动，下弹卡17从弹卡室退出，受外管内径的限制和约束，下弹卡17克服其张簧张力收缩，下弹卡17的尾部进入弹卡套12的一锁定卡槽内，下弹卡17被锁定在其下止点的位置，继续提拉直至内管总成提升到地表。

Claims (5)

1.一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，由捞矛头、捞矛头弹簧、卡块、弹性销、芯轴、半圆卡、弹簧挡套、回位弹簧、传力套、楔套、上弹卡、 弹卡套、锁定钢珠、缓冲弹簧、滚珠套、活动套筒、下弹卡、下弹卡弹性销、张簧、分水接头、密封圈浮动密封环、调整套、上档接头、弹卡室外管、扩孔器、扶正环、外管组成；其中上档接头、弹卡室外管、扩孔器、扶正环、外管以及岩心管外管共同构成了绳索取芯钻具外管总成，捞矛头套在卡块上，内部有捞矛头弹簧，捞矛头与捞矛头弹簧、卡块构成常规捞矛机构；芯轴顶端通过弹性销与捞矛头铰接，在芯轴的上部由上至下分别套有弹簧挡套、回位弹簧和楔套，其特征在于：楔套的下端面靠在芯轴的轴肩上，弹簧挡套的外圆表面，嵌入半圆卡的内孔，将半圆卡撑起，并将半圆卡卡在弹卡套顶端的一环形卡槽内，在弹簧力的作用下，弹簧挡套的上端面紧在半圆卡的台阶上，这样芯轴连同楔套被限制在弹卡套内但可在弹卡套内上下移动，向上移动压缩回位弹簧，向下移动回位弹簧回位，传力套通过半圆卡固定在弹卡套上，弹卡套为套筒状，是该机构的壳体，其圆周表面开有安装工艺孔，在其上下部位分别布置有卡槽，用于装配上下弹卡，下端通过螺纹与分水接头联接；上弹卡布置在弹卡套上部的卡槽内，下弹卡通过下弹卡弹性销与活动套筒铰接在一起，下弹卡的翼片安置在弹卡套下部的卡槽内，下弹卡内侧设有张簧，活动套筒安装在弹卡套下部的内孔中，可以轴向移动，活动套筒的上端，装有一缓冲弹簧，在活动套筒内装有滚珠套，芯轴的下部从滚珠套内穿过，活动套筒的内壁上有环槽，滚珠套沿周向均布两排圆孔，孔内放置了锁定钢珠，芯轴的下部也有环槽，弹卡套下端螺纹连接的是分水接头，分水接头连接液动冲击器，上档接头、弹卡室外管、扩孔器、外管以及岩心管之间螺纹连接，扶正环被固定在扩孔器和外管之间，调整套以及O型密封圈安装在分水接头上用于密封连接。

2.根据权利要求1所述一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，其特征在于所述楔套套在芯轴上，其表面沿圆周方向均布2~3个带有斜面的导槽，中间有一台阶面，当芯轴带动楔套向上移动压缩回位弹簧一定距离时，该台阶面与传力套下端面接触。

3.根据权利要求1所述一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，其特征在于所述上弹卡，安装在弹卡套上部的卡槽内，其伸出和缩回是沿径向方向，两上弹卡内测为斜面结构，与楔套导槽内斜面配合，其外侧有一小斜面与上档接头一台阶斜面配合。

4.根据权利要求1所述一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，其特征在于所述的下弹卡，在其肩部有一平面，当下弹卡投放到位并撑开时，其肩部平面与弹卡套下部的卡槽平面接触；下弹卡的尾部，在投放时，卡在弹卡套的锁定卡槽内，投放到位后，下弹卡的尾部进入弹卡套的内孔中。

5.根据权利要求1所述一种双弹卡到位锁紧绳索取芯悬挂定位机构，其特征在于所述的分水接头上安装的浮动密封环与分水接头为大间隙配合，其外圆尺寸是所有悬挂定位机构内管总成零件的最大直径，并与扶正环的内径尺寸相同，内管总成投放到位后，与扶正环密封配合。

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