CN103277062A - 深冰下基岩取芯钻具反扭装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深冰下基岩取芯钻具反扭装置，是由外管、承扭刀下支座、承扭刀中支座、承扭刀上支座、弹簧座、弹簧导杆、承扭刀、调整拉杆、弹簧和调整螺母组成，其中承扭刀通过第一连杆、第二连杆和第三连杆分别与承扭刀上支座、承扭刀中支座和承扭刀下支座相铰接，弹簧置于承扭刀上支座与弹簧座之间，调整拉杆上部轴段与下部轴段之间的轴肩与承扭刀上支座底部端面接触，调整拉杆的顶端螺接有调整螺母，通过调整螺母的转动能够带动调整拉杆、承扭刀上支座沿轴向移动，有益效果：通过改变承扭刀的刀翼形状、结构形式能够保证冰下基岩钻进时对反扭力矩的需求。

Description

深冰下基岩取芯钻具反扭装置

技术领域

本发明专利涉及钻探技术领域取芯钻具反扭装置，特别是涉及一种深冰下基岩取芯钻具反扭装置。

背景技术

在极地钻探技术领域中，铠装电缆式电动机械取芯钻具应用广泛。在钻具钻进过程中，反扭装置起到平衡钻进时产生的扭矩的重要作用，一旦反扭装置失效，不但无法保证有效钻进，而且有可能导致铠装电缆随钻具回转而扭结甚至断裂。目前，常用的反扭装置主要有叶片式、双叶片式等反扭装置，其中叶片式、双叶片式反扭装置结构简单，通过叶片进入钻孔内发生变形产生对孔壁的挤压力，使叶片边缘切进孔壁，从而提供钻进所需的反扭矩；双叶片式反扭装置也是由于叶片进入孔内发生变形来产生反扭矩；但是由于上述反扭装置所承受的扭矩小，只适用于冰层钻进，难以满足冰下基岩钻进时所需的反扭矩。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的极地深冰心铠装电缆式电动机械钻具反扭装置无法满足冰下基岩钻进时所需的较大反扭矩而无法工作的问题而提供的一种深冰下基岩取芯钻具反扭装置。

本发明所述的深冰下基岩取芯钻具反扭装置是由外管、承扭刀下支座、承扭刀中支座、承扭刀上支座、弹簧座、弹簧导杆、承扭刀、调整拉杆、弹簧和调整螺母组成，其中承扭刀通过第一连杆、第二连杆和第三连杆分别与承扭刀上支座、承扭刀中支座和承扭刀下支座相铰接，承扭刀中支座和承扭刀下支座固定在外管上，承扭刀上支座与外管内孔形成滑动配合，调整拉杆下部轴段与承扭刀下支座、承扭刀中支座上设置的中心孔滑动配合、调整拉杆上部轴段与弹簧座上设置的中心孔滑动配合，弹簧置于承扭刀上支座与弹簧座之间，弹簧导杆分别插设在承扭刀上支座和弹簧座上设置的孔内，通过弹簧导杆确定弹簧的位置，调整拉杆上部轴段与下部轴段之间的轴肩与承扭刀上支座底部端面接触，调整拉杆的顶端螺接有调整螺母，通过调整螺母的转动能够带动调整拉杆、承扭刀上支座沿轴向移动，同时牵拉第三连杆带动承扭刀平移，从而改变承扭刀刃部外接圆直径的大小。

上面所述的承扭刀、承扭刀下支座、承扭刀中支座、承扭刀上支座、第一连杆、第二连杆、第三连杆形成六杆连杆机构，承扭刀刃部外接圆直径的调整通过六杆连杆机构实现。

承扭刀围绕外管成120°角的间隔设有三个，弹簧对应承扭刀也设置三个。

承扭刀的外侧设有两个刀刃。

第一连杆、第二连杆和第三连杆的长度相同，承扭刀下支座、承扭刀中支座固定在外管上形成的铰接孔轴线之间的距离与承扭刀相对应的铰接孔轴线距离相等。

外管上下两端分别设有上接头和下接头，外管与钻具其他部分的连接采用插接，通过上接头和下接头可同时实现钻具悬挂和单向传扭及钻具的快速拆接。

本发明的工作原理：

本发明主要利用承扭刀与承扭刀上支座、承扭刀中支座、承扭刀下支座以及第一连杆、第二连杆和第三连杆构成的六杆连杆机构的运动特性，在旋转调整螺母时，带动调整拉杆与承扭刀、承扭刀上支座沿轴向移动，同时牵拉第三连杆带动承扭刀平移，使三个承扭刀相互平行扩张或收缩，实现三个承扭刀刀刃外接圆直径的变化，用来平衡在冰下基岩钻进时产生的反扭力矩，有利于承扭刀与孔壁的完全接触，为反扭装置提供较大的反扭力矩。另外，承扭刀的外侧设有两个刀刃，即承扭刀的双刀刃完全切入冰孔内壁时，有利于提高承扭刀与冰孔内壁之间的接触面积，保证反扭装置正常工作时与冰孔壁无相对转动。

本发明的有益效果：

本发明针对深冰下基岩钻进钻压、扭矩大、转速和能量消耗高等特点，通过改变承扭刀的刀翼形状、结构形式而设计的反扭装置可使用来平衡冰下基岩钻进时产生的反扭力矩大幅提高，能够保证冰下基岩钻进时对反扭力矩的需求。

附图说明

图1为本发明剖视结构示意图。

图2为本发明去除外管后承扭刀设置立体示意图。

图3为本发明所述承扭刀结构示意图。

1、承扭刀    2、调整拉杆   3、外管    4、弹簧    5、第一连杆

6、第二连杆    7、第三连杆    8、承扭刀上支座   9、承扭刀中支座

10、承扭刀下支座    11、弹簧座  13、调整螺母   14、刀刃     

15、弹簧导杆    16、上接头    17、下接头。

具体实施方式

请参阅图1、图2和图3所示：

本发明所述的深冰下基岩取芯钻具反扭装置是由外管3、承扭刀下支座10、承扭刀中支座9、承扭刀上支座8、弹簧座11、弹簧导杆15、承扭刀1、调整拉杆2、弹簧4和调整螺母13组成，其中承扭刀1通过第一连杆5、第二连杆6和第三连杆7分别与承扭刀上支座8、承扭刀中支座9和承扭刀下支座10相铰接，承扭刀中支座9和承扭刀下支座10固定在外管3上，承扭刀上支座8与外管3内孔形成滑动配合，调整拉杆2下部轴段与承扭刀下支座10、承扭刀中支座9上设置的中心孔滑动配合、调整拉杆2上部轴段与弹簧座11上设置的中心孔滑动配合，弹簧4置于承扭刀上支座8与弹簧座11之间，弹簧导杆15分别插设在承扭刀上支座8和弹簧座11上设置的孔内，通过弹簧导杆15确定弹簧4的位置，调整拉杆2上部轴段与下部轴段之间的轴肩与承扭刀上支座8底部端面接触，调整拉杆2的顶端螺接有调整螺母13，通过调整螺母13的转动能够带动调整拉杆2、承扭刀上支座8沿轴向移动，同时牵拉第三连杆7带动承扭刀1平移，从而改变承扭刀1刃部外接圆直径的大小。

上面所述的承扭刀1、承扭刀下支座10、承扭刀中支座9、承扭刀上支座8、第一连杆5、第二连杆6、第三连杆7形成六杆连杆机构，承扭刀1刃部外接圆直径的调整通过六杆连杆机构实现。

承扭刀1围绕外管3成120°角的间隔设有三个，弹簧4对应承扭刀1也设置三个。

承扭刀1的外侧设有两个刀刃14。

第一连杆5、第二连杆6和第三连杆7的长度相同，承扭刀下支座10、承扭刀中支座9固定在外管3上形成的铰接孔轴线之间的距离与承扭刀1相对应的铰接孔轴线距离相等。

外管3上下两端分别设有上接头16和下接头17，外管3与钻具其他部分的连接采用插接，通过上接头16和下接头17可同时实现钻具悬挂和单向传扭及钻具的快速拆接。

本发明的工作原理：

本发明主要利用承扭刀1与承扭刀上支座8、承扭刀中支座9、承扭刀下支座10以及第一连杆5、第二连杆6和第三连杆7构成的六杆连杆机构的运动特性，在旋转调整螺母13时，带动调整拉杆2与承扭刀1、承扭刀上支座8沿轴向移动，同时牵拉第三连杆7带动承扭刀1平移，使三个承扭刀1相互平行扩张或收缩，实现三个承扭刀1的刀刃14外接圆直径的变化，用来平衡在冰下基岩钻进时产生的反扭力矩，有利于承扭刀1与孔壁的完全接触，为反扭装置提供较大的反扭力矩。另外，承扭刀1的外侧设有两个刀刃14，即承扭刀1的双刀刃14完全切入冰孔内壁时，有利于提高承扭刀1与冰孔内壁之间的接触面积，保证反扭装置正常工作时与冰孔壁无相对转动。

Claims (5)

1.一种深冰下基岩取芯钻具反扭装置，其特征在于：是由外管、承扭刀下支座、承扭刀中支座、承扭刀上支座、弹簧座、弹簧导杆、承扭刀、调整拉杆、弹簧和调整螺母组成，其中承扭刀通过第一连杆、第二连杆和第三连杆分别与承扭刀上支座、承扭刀中支座和承扭刀下支座相铰接，承扭刀中支座和承扭刀下支座固定在外管上，承扭刀上支座与外管内孔形成滑动配合，调整拉杆下部轴段与承扭刀下支座、承扭刀中支座上设置的中心孔滑动配合、调整拉杆上部轴段与弹簧座上设置的中心孔滑动配合，弹簧置于承扭刀上支座与弹簧座之间，弹簧导杆分别插设在承扭刀上支座和弹簧座上设置的孔内，通过弹簧导杆确定弹簧的位置，调整拉杆上部轴段与下部轴段之间的轴肩与承扭刀上支座底部端面接触，调整拉杆的顶端螺接有调整螺母，通过调整螺母的转动能够带动调整拉杆、承扭刀上支座沿轴向移动，同时牵拉第三连杆带动承扭刀平移，从而改变承扭刀刃部外接圆直径的大小。

2.根据权利要求1所述的深冰下基岩取芯钻具反扭装置，其特征在于：所述的承扭刀、承扭刀下支座、承扭刀中支座、承扭刀上支座、第一连杆、第二连杆、第三连杆形成六杆连杆机构，承扭刀刃部外接圆直径的调整通过六杆连杆机构实现。

3.根据权利要求1所述的深冰下基岩取芯钻具反扭装置，其特征在于：所述的承扭刀的外侧设有两个刀刃。

4.根据权利要求1所述的深冰下基岩取芯钻具反扭装置，其特征在于：所述的第一连杆、第二连杆和第三连杆的长度相同，承扭刀下支座、承扭刀中支座固定在外管上形成的铰接孔轴线之间的距离与承扭刀相对应的铰接孔轴线距离相等。

5.根据权利要求1所述的深冰下基岩取芯钻具反扭装置，其特征在于：所述的外管上下两端分别设有上接头和下接头，外管与钻具其他部分的连接采用插接。

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