CN109505548A - 取芯钻具驱动结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种取芯钻具驱动结构，包括驱动马达、外筒和取芯钻具，驱动马达包括外转子和内定子，外转子内壁和内定子外壁有相互配合的凸棱，外转子与内定子间隙配合，外转子与内定子之间的间隙为驱动液流道，外转子长度小于内定子长度，外转子在内定子前、后两端之间，所述外转子连接外筒，外筒前端连接取芯钻具，所述内定子后端与联轴器连接。本发明提供的取芯钻具驱动结构，可与地面设备配合控制取芯钻机井下设备按取芯步骤工作，实现远距离泥浆驱动钻进取芯，驱动系统高功率、无极变速、微扰动，可以提高钻进速度，提高取芯效率。

Description

取芯钻具驱动结构

技术领域

本发明涉及钻井取芯系统，尤其涉及一种取芯钻具驱动结构。

背景技术

在油田勘探过程中，岩芯是发现油气层和研究地层、生油层、储油层、盖层、构造等的重要资料，通过对岩芯的观察研究，可以直接地了解地下岩层的岩性、物性和含油、气、水产状特征。油田投入开发后，要通过岩芯进一步研究和认识油层沉积特征，储层的物性、孔隙结构、润湿性、相对渗透率、岩相特征，油层物理模拟和油层水淹规律；认识和掌握不同开发阶段、不同含水阶段油层水淹特征，搞清剩余油分布，为油田开发方案设计，层系、井网调整和加密井提供科学依据。

取岩芯是在钻井过程中使用特殊的取芯工具把地下岩石成块地取到地面上来，这种成块的岩石叫做岩芯，通过它可以测定岩石的各种性质，直观地研究地下构造和岩石沉积环境，了解其中的流体性质等。在矿产勘探和开发过程中，需要按地质设计的地层层位和深度，开展钻进工作，向井内下入取芯工具，钻取出的岩石样品。

井下温度高，电气设备无法使用，需采用机械结构来控制钻机设备的各步骤工作，现有的取芯钻头，钻进速度较慢，取芯效率低。

发明内容

本发明旨在提供一种取芯钻具驱动结构，可与地面设备配合控制取芯钻机井下设备按取芯步骤工作，实现远距离泥浆驱动钻进取芯，驱动系统高功率、无极变速、微扰动，可以提高钻进速度，提高取芯效率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明公开的取芯钻具驱动结构，包括驱动马达、外筒和取芯钻具，驱动马达包括外转子和内定子，外转子内壁和内定子外壁有相互配合的凸棱，外转子与内定子间隙配合，外转子与内定子之间的间隙为驱动液流道，外转子长度小于内定子长度，外转子在内定子前、后两端之间，所述外转子连接外筒，外筒前端连接取芯钻具，所述内定子后端与联轴器连接。

进一步的，驱动液流道后方连接液压泵，外筒开有驱动液出口，所述驱动液出口在外转子前方。

进一步的，所述内定子前后贯通，还包括中心杆，中心杆穿过内定子和联轴器内腔，中心杆连接有取芯筒，取芯筒在内定子前方。

进一步的，还包括液道启动模块、外筒、外筒解锁模块和分流模块，中心杆由后至前穿过液道启动模块、外筒解锁模块和分流模块内腔，液道启动模块在外筒后方，液道启动模块与外筒解锁模块相连，分流模块在外筒解锁模块前方，分流模块前方连接驱动马达，所述外筒外壁固连有扶正器，所述外筒前端连接取芯钻具。

进一步的，所述扶正器包括多个扶正块，多个扶正块沿圆周均匀固定于外筒外壁，扶正块外侧面弧度与和外筒外壁相同，扶正块外侧到外筒轴线的距离大于外筒半径，所有扶正块到外筒后端的距离相等，所有扶正块厚度相同，所述扶正块材质为铜。

进一步的，所述扶正器在驱动段前方，扶正器在驱动液出口后方。

进一步的，所述液道启动模块在内定子后方，液道启动模块包括锁体、锁定杆、启动剪销，锁定杆在锁体内，锁定杆和锁体通过启动剪销连接，中心杆在锁定杆内，锁体包括密封段A，锁定杆包括密封段B，所述密封段A与密封段B密封配合，所述密封段B与中心杆密封配合，中心杆与锁定杆之间有液道A，锁定杆开有流出孔A，流出孔A连通液道A，流出孔A在密封段B后方，锁体与锁定杆间有液道B，液道B在密封段A前方，启动剪销剪断前，流出孔A出口在密封段A处，液道A前端密封，启动剪销剪断后，锁定杆前移，流出孔A出口位于密封段A前方，液道A与液道B通过流出孔A连通。

进一步的，所述外筒解锁模块包括连接管和锁销，连接管后端与锁体连接，锁销后端与锁定杆连接，中心杆穿过锁销内腔，锁销在连接管内，连接管前段外径小于外筒内径，连接管前段侧壁有解锁孔，所述锁销外壁有凹槽A，所述外筒内壁有凹槽B，还包括销钉，销钉长度大于解锁孔深度，销钉在解锁孔内，所述销钉外端倒角处理和/或凹槽B侧面为斜面，凹槽A的宽度不小于销钉内端宽度，凹槽B的宽度不小于销钉外端宽度，启动剪销剪断前，连接管前端在外筒内，销钉在凹槽A前方，销钉内端面与锁销外壁滑动配合，销钉外端嵌入凹槽B内，启动剪销剪断后，锁定杆带动锁销前移，解锁孔与凹槽A正对，销钉内端嵌入凹槽A内，销钉内端面到外筒内壁的距离大于销钉长度。

进一步的，所述分流模块包括阀门壳体、锁外壳和触发机构，中心杆穿过阀门壳体内腔，阀门壳体在锁外壳内，锁外壳后方与连接管连接，阀门壳体由后至前包括密封段C和导流段，锁外壳由后至前包括流入段B和流出段B，中心杆与流入段B间有液道D，中心杆外壁与阀门壳体内壁之间有液道E，液道D后端连通液道B，液道E与液道D连通，液道E与前方取芯钻具的冷却液回路孔连通，所述流入段B内径大于密封段C外径，密封段C外径大于导流段外径，所述流出段B内径等于密封段C外径，流出段B开有流出孔B，流出孔B出口连通驱动马达的驱动液流道，停钻前，密封段C前端在流入段B，液道D与流出孔B连通，停钻后，密封段C与流出段B密封配合，液道D与流出孔B隔断，锁外壳前端与联轴器后端连接。

进一步的，所述阀门壳体还包括锁紧段A，锁紧段A与导流段前端连接，所述锁外壳还包括锁紧段B，锁紧段B与流出段B前端相连，所述外筒内壁连有安全齿轮，所述触发机构包括锁紧套、固定环和安全齿轮，锁外壳穿过锁紧套内腔，所述锁紧段A外壁开有锁紧槽A，锁紧段B上有锁紧孔A和锁紧孔B，锁紧孔B在锁紧孔A前方，锁紧孔A和锁紧孔B均为通孔，锁紧孔A和锁紧孔B尺寸相同，锁紧孔A和锁紧孔B内均有锁紧球，锁紧球直径大于锁紧孔A深度，锁紧套由后至前包括冲击段和锁紧段C，锁紧段C内壁有锁紧槽B和锁紧槽C，锁紧槽C在锁紧槽B前方，锁紧槽B与锁紧槽C之间的距离等于锁紧孔A与锁紧孔B之间的距离，所述固定环固定在锁紧段B外壁，固定环在锁紧孔A后方，冲击段内径大于固定环外径，锁紧段C在固定环前方，安全齿轮由后至前包括卡紧部和挤压部，挤压部前端面内径小于冲击段外径，挤压部内径不小于固定环外径，卡紧部前端面内径小于固定环后端面外径，中心杆有限位部，限位部在锁紧段B内，限位部在锁紧段A前方，限位部外壁开有锁紧槽D，锁紧槽D在锁紧槽A前方，限位部内部开有液道F，液道E通过液道F与前方取芯钻具冷却液回路孔连通，卡紧部前端面到挤压部前端面的轴向距离等于停钻前锁紧孔A孔心到锁紧槽B中心的轴向距离，停钻前密封段C后端到流出孔B后端的距离大于停钻后锁紧孔A孔心到锁紧槽A中心的轴向距离，停钻后锁紧孔A孔心到锁紧槽A中心的轴向距离大于停钻前密封段C前端到流出孔B前端的距离。

进一步的，所述中心杆与锁销和锁定杆之间有液道C，锁定杆侧壁开有流入孔，液道B和液道C通过流入孔连通，液道C与液道D连通，连接管由后至前包括泄压段和阻流段，锁销与阻流段密封配合，阻流段内径小于泄压段内径，泄压段开有泄压孔，泄压孔为通孔，液道B内有剪切柱塞，剪切柱塞内径大于锁销和锁定杆外径，剪切柱塞通过结束剪销与锁体连接，剪切柱塞由后至前包括剪切段和反冲段，剪切段外壁与锁体内壁密封配合，反冲段外径等于泄压段泄压孔前方部分内径，停钻前，反冲段前端在泄压孔前端前方，反冲段与泄压段泄压孔前方部分密封配合，停钻后，前方液体回流冲击剪切柱塞前端，剪切柱塞后移，反冲段前端在泄压孔前端后方，液道B与泄压孔连通。

进一步的，所述锁定杆外壁和锁体内壁有相互配合的限位台阶。

进一步的，还包括锁紧螺母，锁紧螺母在锁体后方，锁紧螺母前后贯通，中心杆穿过锁紧螺母内腔，锁紧螺母前端与锁体后端螺纹连接，启动剪销穿过锁体后端螺纹处。

进一步的，所述锁紧螺母包括固定段和螺纹段，锁定杆台阶后方外径小于固定段内径，固定段内径小于锁定杆台阶处外径，螺纹段内与锁体后端连接。

进一步的，所述锁紧螺母轴向开有固定孔A，所述固定孔A为通孔，锁体后端面有固定孔B，固定孔B为盲孔，固定孔A和固定孔B配对，还包括固定螺钉，固定螺钉长度大于固定孔A深度，固定螺钉在固定孔A内，固定螺钉前端穿过固定孔A嵌入固定孔B内。

进一步的，所述取芯钻具包括空心的钻头，所述钻头包括用于钻孔的第一级刀片和用于扩孔的第二级刀片。

进一步的，所述钻头包括内钻头和外钻头，所述内钻头安装在外钻头内，第一级刀片位于内钻头前端，第二级刀片位于外钻头外壁，外钻头上对应第一级刀片的位置有第一级刀片避让缺口，第一级刀片避让缺口开口于外钻头的前端面。

进一步的，取芯钻具还包括外芯管，外芯管后端与外筒前端连接，所述钻头安装在外芯管前端，所述外芯管和钻头外壁均设有螺旋槽，钻头上的螺旋槽与外芯管上的螺旋槽连续。

优选地，所述第一级刀片在圆周方向等间隔设有三个。

优选地，第二级刀片在圆周方向等间隔设有三个。

进一步的，钻头上第一级刀片和第二级刀片处均设有冷却液回路孔。

优选地，第二级刀片处的冷却液回路孔为条形孔。

优选地，第一级刀片处的冷却液回路孔为弧形孔，弧形孔开口于钻头的前端面。

进一步的，钻头内壁设有密封圈，利用高弹性的环向密封圈，实现取芯过程中对岩芯的包裹，达到隔离保质效果，达到保湿、保质目标。

其中，钻头为PCD刀具。

本发明具有以下有益效果：

1、驱动马达包括内定子和外转子，外转子在驱动液的驱动下带动外筒转动，内定子后端连接联轴器，使内定子随外转子微扰动，后方液压泵提供的液压能泵入驱动液道，可达到高功率、无级变速的效果；

2、钻头分为二级刀片，由最前端的刀片首先钻小孔，再由后方的刀片扩孔，可以提高钻进速度，提高取芯效率；利用硬质合金锐口薄唇钻头切割岩层，减少取芯过程对地层的扰动，保证取芯完整度和质量；

3、启动前，启动剪销将锁定杆固定在锁体上，流出孔A在密封段A，流出孔A外壁开口被封死，液道隔断，连接管与锁体连接，销钉外端嵌入凹槽B中，将外筒锁定在连接管上，当后方液压泵提供的液压达到启动值，冲断启动剪销，锁定杆前移，液体经液道A通过流出孔A进入液道B，再经流入孔流入液道C，流经分流模块，一部分液体经液道D、液道E和液道F到达取芯钻具冷却液回路孔冷却取芯钻具，一部分液体经过液道D通过流出孔B与前方驱动马达的驱动液流道连通，启动驱动马达，锁定杆前移带动锁销前移，使凹槽A与解锁孔正对，外筒自身重力向前，凹槽B与销钉外端接触面为斜面，将销钉挤入凹槽A内，解除对外筒的约束，外筒连接取芯钻具等工作部件，使取芯钻具向前运动；

4、停钻前，锁紧球在锁紧孔A和锁紧槽A内，使阀门壳体锁定，保持液道D通过流出孔B与前方驱动马达的驱动液流道连通，外筒向前移动到停机位置时，外筒带动安全齿轮撞击锁紧套，使锁紧套前移，锁紧槽B与锁紧孔A正对，解除锁紧球径向约束，液体冲击阀门壳体后端，锁紧球被挤压进入锁紧槽B内，阀门壳体前移，密封段C将液道D与流出孔B隔断，停止向前方驱动马达供能，驱动马达停转，由于液道D被阻断，液体后涌，流回液道B，反冲剪切柱塞前端，剪切柱塞受向后的力，剪切柱塞后移，反冲段前端移到泄压孔后方，液道B通过泄压孔与外部连通，液体从泄压孔排出；

5、扶正器使钻取结构竖向正放于牙钻内，扶正器外侧面与牙钻内壁接触，驱动马达驱动外筒转动时，扶正器外侧面与牙钻内壁摩擦，外筒其他部分不与牙钻内壁接触，减小了摩擦面，防止外筒的磨损，扶正器磨损后可重新更换，延长了钻取结构的使用寿命。

附图说明

图1为取芯系统示意图；

图2为牙钻和取芯系统联锁时示意图；

图3为A-B面剖视图；

图4为锁闩示意图；

图5为扶正器位置图；

图6为驱动马达示意图；

图7为液道启动模块启动后示意图；

图8为外筒解锁模块启动前示意图；

图9为外筒解锁模块停钻后示意图；

图10为分流模块停钻前示意图；

图11为分流模块停钻后示意图；

图12是钻头的结构示意图；

图13是外钻刀体的结构示意图；

图14是内钻刀体的结构示意图；

图15是钻头安装在外芯管上时的结构示意图；

图中：11-锁体、111-锁定段、112-密封段A、113-液道段、12-锁定杆、121-连接段、122-流出段A、1221-流出孔A、123-密封段B、124-流入段A、1241-流入孔、13-启动剪销、14-中心杆、15-锁紧螺母、151-固定段、152-螺纹段、16-固定螺钉、17-密封钢圈、21-连接管、211-连接段、212-泄压段、2121-泄压孔、213-阻流段、22-锁销、221-凹槽A、23-外筒、231-凹槽B、232-安全齿轮、2321-卡紧部、2322-挤压部、24-销钉、25-结束剪销、26-剪切柱塞、261-剪切段、262-反冲段、31-阀门壳体、311-密封段C、312-导流段、313-锁紧段A、3131-锁紧槽A、32-锁外壳、321-流入段B、322-流出段B、3221-流出孔B、323-锁紧段B、3231-锁紧孔A、3232-锁紧孔B、33-锁紧套、331-冲击段、332-锁紧段C、3321-锁紧槽B、3322-锁紧槽C、34-锁紧球、35-固定环、36-限位部、361-锁紧槽D、37-卡环、41-液道A、42-液道B、43-液道C、44-液道D、45-液道E、46-液道F、5-牙钻、51-第一钻管、52-第二钻管、53-第三钻管、54-弹簧、55-锁闩、551-锁闩后端面、552-锁闩第一斜面、553-锁闩第二斜面、554-锁闩轴向面、555-锁闩孔、56-锁闩槽、57-锁定槽、58-销轴、59-弹簧孔、6-取芯筒、7-驱动马达、71-扶正块、72-驱动液出口、73-外转子、74-驱动液流道、75-内定子、76-联轴器、77-凸棱、8-取芯钻具、81-钻头、82-第一级刀片、83-第二级刀片、84-螺旋槽、85-外芯管、86-冷却液回路孔、87-第一级刀片避让缺口、88-岩心密封圈、811-内钻头、812-外钻头、8111-内钻刀体、8112-第一级刀片安装槽、8121-外钻刀体、8122-第二级刀片安装槽。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。

如图1-图7，取芯钻机钻包括牙钻5和取芯系统，牙钻5中空，取芯系统在牙钻5内，取芯系统外壁与牙钻5内壁滑动配合，牙钻5从后到前包括第一钻管51、第二钻管52和第三钻管53，第一钻管51与第二钻管52可拆卸连接，第二钻管52和第三钻管53可拆卸连接，第一钻管51前端为公头，第二钻管52后端为母头、前端为公头，第三钻管53后端为母头，第二钻管52内壁有锁定槽57，锁定槽57沿轴向设置，锁定槽57贯穿第二钻管52前后端，锁定槽57有两个，两个锁定槽57正对。

取芯系统外壁有锁闩槽56，锁闩槽56有两个，两个锁闩槽56正对，锁闩槽56沿轴向设置，锁闩槽56内有锁闩55，锁闩槽56两侧壁间连有销轴58，销轴58为定位销钉，锁闩55上有锁闩孔555，锁闩孔555为通孔，锁闩孔555与销轴58适配，销轴58穿过锁闩孔555，锁闩55与销轴58转动配合，锁闩孔555到锁闩55后端的距离大于锁闩孔555到锁闩55前端的距离，锁闩55内侧面有弹簧孔59，弹簧孔59为圆孔，弹簧孔59为盲孔，弹簧孔59到锁闩55后端的距离小于弹簧孔59到锁闩55前端的距离，锁闩槽56槽底有与弹簧孔59相对应的凹陷，弹簧54安装在弹簧孔59和凹陷内，弹簧54与取芯系统外壁和锁闩55接触，弹簧54弹起时，锁闩55部分嵌入锁定槽57内。

锁闩55外侧面包括锁闩轴向面554、锁闩第一斜面552和锁闩第二斜面553，锁闩第一斜面552后端与锁闩后端面551连接，锁闩第一斜面552前端连接锁闩第二斜面553后端，锁闩第二斜面553前端与锁闩轴向面554后端连接，锁闩轴向面554前端连接锁闩前端面，锁闩后端面551为平面，锁闩前端面为弧面，弹簧孔59和凹陷在锁闩第二斜面553向锁闩55内侧面的投影范围内，锁闩孔555孔心到锁闩55内侧面和外侧面的距离相等，锁闩55总长度为131mm，锁闩轴向面554与锁闩第二斜面553连接处到锁闩后端面551的距离为42mm，锁闩第一斜面552与径向截面夹角为40°，锁闩第二斜面553与径向截面夹角为85°，锁闩前端面弧面半径为11mm，锁闩孔555直径为10mm，锁闩前端面弧面的圆心与锁闩孔555中心重合，弹簧孔59直径为13mm，深12mm，弹簧孔59孔心到锁闩后端面551的距离为20mm，锁闩55宽和厚均为20mm。

取芯系统从后向前移动，当锁定槽57与锁闩槽56正对时，锁闩55弹起，将取芯系统与牙钻5卡接，锁闩55左右侧壁与锁定槽57配合，限制取芯系统后端周向运动，锁闩轴向面554倾斜，与第三钻管53后端内壁卡接，限制取芯系统向前移动。

取芯系统包括取芯钻具驱动结构，取芯钻具驱动结构包括驱动马达7、外筒23、中心杆14和取芯钻具8，驱动马达7包括外转子73和内定子75，外转子73内壁和内定子75外壁有相互配合的凸棱77，外转子73与内定子75间隙配合，外转子73与内定子75之间的间隙为驱动液流道74，驱动液流道74后方连接液压泵，外转子73长度小于内定子75长度，外转子73在内定子75前、后两端之间，外转子73连接外筒23，外筒23前端连接取芯钻具8，外筒23开有驱动液出口72，驱动液出口72在外转子73前方，内定子75后端与联轴器76连接，内定子75前后贯通，中心杆14穿过内定子75和联轴器76的内腔，中心杆14连接有取芯筒6，取芯筒6在内定子75前方。

取芯钻具驱动结构还包括液道启动模块、外筒23、外筒解锁模块和分流模块，中心杆14由后至前穿过液道启动模块、外筒解锁模块和分流模块内腔，液道启动模块在外筒23后方，液道启动模块与外筒解锁模块相连，分流模块在外筒解锁模块前方，分流模块前方连接驱动马达7，外筒23外壁固连有扶正器，扶正器在外转子73前方，扶正器在驱动液出口72后方，扶正器包括多个扶正块71，多个扶正块71沿圆周均匀固定于外筒23外壁，相邻两块扶正块71间有间隙，扶正块71外侧面弧度与外筒23外壁弧度相同，扶正块71外侧到外筒23轴线的距离大于外筒23半径，所有扶正块71到外筒23后端的距离相等，所有扶正块71厚度相同，扶正块71材质为铜，扶正块71与牙钻5内壁接触，在驱动马达7启动前，将取芯钻具驱动结构竖直扶正，驱动马达7启动后，扶正块71外侧面于牙钻5内壁摩擦，外筒23其他部位与牙钻5内壁不接触，摩擦面小，既减小了系统摩擦力，减少能量损耗，又保护了外筒23外壁其他部分免受摩擦，防止损坏。

液道启动模块包括锁体11、锁定杆12、启动剪销13，锁体11前后贯通，锁闩槽56在锁体11外壁，锁体11在锁闩槽56后方部分外径比锁体11在锁闩槽56前方部分外径小，锁体11从后至前依次为锁定段111、密封段A112和液道段113，锁定段111侧壁有启动剪销孔，启动剪销孔为通孔，启动剪销13长度大于启动剪销孔深度，锁定杆12前后贯通，锁定杆12在锁体11内，锁定杆12从后至前依次为连接段121、流出段A122、密封段B123和流入段A124，连接段121与流出段A122螺纹连接，密封段B123和流入段A124焊接，连接段121外壁有启动剪销槽，启动剪销槽为环形槽，启动剪销13在启动剪销孔和启动剪销槽内，流出段A122侧壁开有流出孔A1221，流入段A124侧壁开有流入孔1241，流出孔A1221由内向外向前倾斜，流出孔A1221有多个，多个流出孔A1221在同一轴向位置沿圆周均匀分布，流入孔1241有多个，流入孔1241在不同侧面前后分布，锁定段111内径大于密封段A112内径，连接段121外壁有台阶，台阶外径大于密封段A112内径，连接段121台阶前方外径等于密封段A112内径，启动剪销槽在台阶外壁，中心杆14在锁定杆12内，密封段A112与密封段B123密封配合，液道段113内径大于锁定杆12外径，连接段121、流出段A122和流入段A124的内径大于中心杆14外径，密封段B123与中心杆14密封配合，密封段A112前端到锁体11后端的轴向距离小于密封段B123前端到锁体11后端的轴向距离，启动剪销13穿过启动剪销孔嵌入启动剪销槽，流出孔A1221外壁开口到锁体11后端的轴向距离小于液道段113后端到锁体11后端的轴向距离，还包括锁紧螺母15和密封钢圈17，密封钢圈17与锁体11连接，密封钢圈17连接在锁闩槽56后方，密封钢圈17外径与锁体11在锁闩槽56前方部分外径相同，密封钢圈17后段内壁与锁体11外壁接触，密封钢圈17后段内径小于其前方锁体11外径，密封钢圈17前段内径从后到前逐渐增大，密封钢圈17前段内壁与径向截面夹角为45°，密封钢圈17前端面在锁闩槽56后端面前方且在锁闩第二斜面553后方，锁闩槽56后端面处密封钢圈17的内径大于此处锁体11外径，锁闩55外侧面与密封钢圈17内壁接触，密封钢圈17外径为99.6mm，内径为82mm，密封钢圈17长度为23mm，密封钢圈17后端外壁有3mm×45°的倒角，锁体11在锁闩槽56后方部分外径为82mm，锁紧螺母15在密封钢圈17后方，锁紧螺母15将密封钢圈17压紧，锁紧螺母15前后贯通，中心杆14穿过锁紧螺母15内腔，锁紧螺母15前端与锁体11后端螺纹连接，启动剪销孔开在锁体11后端螺纹处，锁紧螺母15内壁到启动剪销槽底的径向距离不小于启动剪销13长度，锁紧螺母15包括固定段151和螺纹段152，连接段121台阶后方外径小于固定段151内径小于台阶处外径，螺纹段152内径等于锁定段111外径，锁紧螺母15轴向开有固定孔A，固定孔A为通孔，锁体11后端面有固定孔B，固定孔B为盲孔，固定孔A和固定孔B配对，还包括固定螺钉16，固定螺钉16长度大于固定孔A深度，固定螺钉16在固定孔A内，固定螺钉16前端穿过固定孔A嵌入固定孔B内，供液后，锁定杆12前移，启动剪销13剪断，启动剪销头在启动剪销孔内，启动剪销尾在启动剪销槽内，启动剪销头包括大头和小头，大头朝外，大头外径大于小头外径，启动剪销孔包括外段和内段，外段孔径不小于启动剪销头大头外径，内段孔径不小于启动剪销头小头外径，内段孔径小于大头外径，外段深度不小于大头长度，小头与启动剪销尾长度的和大于内段深度；

如图8、图9所示，外筒解锁模块包括连接管21和锁销22，连接管21后端与锁体11螺纹连接，锁销22后端与锁定杆12螺纹连接，中心杆14穿过锁销22内腔，中心杆14外径小于锁销22内径，中心杆14、连接管21、外筒23和锁销22同轴，锁销22在连接管21内，连接管21前段外径小于外筒23内径，连接管21前段侧壁有解锁孔，解锁孔有多个，多个解锁孔在同一轴向位置沿圆周均匀分布，锁销22外壁有凹槽A221，外筒23内壁有凹槽B231，凹槽A221和凹槽B231均为环形槽，还包括销钉24，销钉24长度大于解锁孔深度，销钉24在解锁孔内，销钉24外端倒角处理，凹槽B231侧面为斜面，销钉24外端倒角与径向截面夹角和凹槽B231侧面与径向截面的夹角互余，凹槽A221的宽度不小于销钉24内端宽度，凹槽B231的宽度不小于销钉24外端宽度，销钉24包括钉头和钉身，钉头在内侧，解锁孔分为钉头段和钉身段，钉头段在内，钉头段内径不小于钉头外径，钉身段内径不小于钉身外径，钉头长度小于钉头段深度，钉身长度大于钉身段深度，启动后，销钉24内端嵌入凹槽A221内，销钉24内端面到外筒23内壁的距离大于销钉24长度。

连接管21由后至前包括连接段211、泄压段212和阻流段213，锁销22外径等于阻流段213内径，阻流段213内径小于泄压段212内径，泄压段212开有泄压孔2121，泄压孔2121为通孔，锁体11内壁径向开有结束剪销孔，结束剪销孔内有结束剪销25，结束剪销25长度大于结束剪销孔深度，还包括剪切柱塞26，剪切柱塞26内径大于锁销22和锁定杆12外径，剪切柱塞26由后至前包括剪切段261和反冲段262，剪切段261外壁与锁体11内壁密封配合，锁体11内壁开有密封槽B，密封槽B内有密封圈，密封槽B在结束剪销孔前方，反冲段262外径等于泄压段212泄压孔2121前方部分内径，反冲段262外壁开有密封槽A，密封槽A内有密封圈，剪切段261外壁开有结束剪销槽，连接管21外壁开有导流槽，导流槽在泄压孔2121正前方，导流槽轴向设置，导流槽与泄压孔2121连通，停钻前，反冲段262前端在泄压孔2121前端前方，反冲段262与泄压段212泄压孔2121前方部分密封配合，结束剪销25内端嵌入结束剪销槽内，停钻后，反冲段262前端在泄压孔2121前端后方，结束剪销25剪断。

如图10、图11所示，分流模块包括阀门壳体31、锁外壳32、锁紧套33和固定环35，中心杆14、阀门壳体31、锁外壳32、锁紧套33、固定环35和外筒23同轴，中心杆14穿过阀门壳体31内腔，阀门壳体31在锁外壳32内，锁外壳32穿过锁紧套33内腔，锁外壳32后方与连接管21连接，阀门壳体31由后至前包括密封段C311、导流段312和锁紧段A313，锁紧段A313外壁开有锁紧槽A3131，锁紧槽A3131为环形槽，锁外壳32由后至前包括流入段B321、流出段B322和锁紧段B323，流入段B322内径大于密封段C311外径，密封段C311外径大于导流段312外径，流出段B322内径等于密封段C311外径，流出段B322开有流出孔B3221，锁紧段B323上有锁紧孔A3231和锁紧孔B3232，锁紧孔B3232在锁紧孔A3231前方，流出孔B3221、锁紧孔A3231和锁紧孔B3232均为通孔，尺寸相同，锁紧孔A3231和锁紧孔B3232内均有锁紧球34，锁紧球34直径大于锁紧孔A3231深度，锁紧套33由后至前包括冲击段331和锁紧段C332，锁紧段C332内壁有锁紧槽B3321和锁紧槽C3322，锁紧槽B3321和锁紧槽C3321均为环形槽，尺寸相同，锁紧槽C3322在锁紧槽B3321前方，锁紧槽B3321与锁紧槽C3322之间的距离等于锁紧孔A3231与锁紧孔B3232之间的距离，锁紧槽A3131槽底到锁紧段B323内壁的距离小于锁紧球34直径，锁紧槽A3232槽底到锁紧段B323外壁的距离不小于锁紧球34直径，锁紧槽B3321和锁紧槽C3322槽底到锁紧段B323外壁的距离小于锁紧球34直径，锁紧槽B3321和锁紧槽C3322槽底到锁紧段B323内壁的距离不小于锁紧球34直径，固定环35固定在锁紧段B323外壁，固定环35在锁紧孔A3231后方，冲击段331内径大于固定环35外径，锁紧段C332在固定环35前方，外筒23内径大于锁外壳32和锁紧套33的外径，外筒23内壁连有安全齿轮232，安全齿轮232由后至前包括卡紧部2321和挤压部2322，挤压部2322前端面内径小于冲击段331外径，挤压部2322内径不小于固定环35外径，卡紧部2321前端面内径小于固定环35后端面外径，中心杆14有限位部36，限位部36在锁紧段B323内，限位部36在锁紧段A313前方，限位部36外壁开有锁紧槽D361，锁紧槽D361为环形槽，锁紧槽D361在锁紧槽A3131前方，限位部36外壁与锁外壳32内壁的间隙小于锁紧段A313前端厚度，卡紧部2321前端面到挤压部2322前端面的轴向距离等于停钻前锁紧孔A3231孔心到锁紧槽B3321中心的轴向距离，停钻前密封段C311后端到流出孔B3221后端的距离大于停钻后锁紧孔A3231孔心到锁紧槽A3131中心的轴向距离，停钻后锁紧孔A3231孔心到锁紧槽A3131中心的轴向距离大于停钻前密封段C311前端到流出孔B3221前端的距离，锁外壳32与阀门壳体31通过锁紧孔A3231内的锁紧球34锁紧或解除约束，锁外壳32与锁紧套33通过锁紧孔A3231内的锁紧球34锁紧或解除约束，锁外壳32与中心杆14通过锁紧孔B3232内的锁紧球34锁紧或解除约束，还包括卡环37，卡环37外径大于固定环35内径，卡环37内径小于固定环35内径，卡环37嵌入锁紧段B323外壁的卡槽内，固定环35卡接在卡环37后端和流出段B322前端之间，锁紧段C332前端通过弹簧支撑，停钻前，锁外壳32与阀门壳体31锁紧，保持液道通畅，外筒23内置安全齿轮232，外筒23前移到限定位置时，外筒23带动安全齿轮232撞击锁紧套33，使锁紧孔A3231内的锁紧球34外移，解除对阀门壳体31的约束，阀门壳体31前移，封闭液体流道，停钻，此时锁紧槽D361、锁紧孔B3232和锁紧槽C3322正对，锁紧孔B3232内的锁紧球34外移，解除对中心杆14的约束。

连接段121内壁、流出段A122内壁、密封段B123后端面与中心杆14外壁围成液道A41，锁体11内壁与锁定杆12外壁围成液道B42，锁定杆12内壁与中心杆外14壁围成液道C43，锁销22内壁与中心杆14外壁围成液道D44，中心杆14外壁与阀门壳体31内壁之间有液道E45，限位部36内开有液道F46，液道B42与液道C43通过流入孔1241连通，液道C43与液道D44连通，液道E45后方与液道D44连通，液道E45前方与液道F46连通，液道A41后方连通供液设备，流出孔B3221前方连通驱动马达7的驱动液流道74，液道F46连通前方取芯钻具8的冷却液回路孔86。

如图12-图15所示，取芯钻具8包括空心的钻头81，钻头81为PCD刀具。钻头81包括用于钻孔的第一级刀片82和用于扩孔的第二级刀片83。

钻头81包括内钻头811和外钻头812，内钻头811包括第一级刀片82和空心的内钻刀体8111。如图14所示，内钻刀体8111下端有用于安装第一级刀片82的第一级刀片安装槽8112，第一级刀片安装槽8112开口于内钻刀体8111的下端面，内钻刀体8111上第一级刀片安装槽8112处有冷却液回路孔86，该冷却液回路孔86为弧形孔，弧形孔开口于钻头81的前端面并且与第一级刀片安装槽8112连通。内钻刀体8111上在圆周方向等间隔设有三个第一级刀片安装槽8112，每个第一级刀片安装槽8112处均设有冷却液回路孔86，每个第一级刀片安装槽8112中均安装有第一级刀片82。内钻刀体8111内壁设有岩心密封圈88，利用高弹性的环向岩心密封圈88，实现取芯过程中对岩芯的包裹，达到隔离保质效果，达到保湿、保质目标。

外钻头812包括第二级刀片83和空心的外钻刀体8121。如图13所示，第二级刀片83外壁有用于安装第二级刀片83的第二级刀片安装槽8122，外钻刀体8121上第二级刀片安装槽8122处有冷却液回路孔86，该冷却液回路孔86为条形孔，条形孔与第二级刀片安装槽8122连通。外钻刀体8121上在圆周方向等间隔设有三个第二级刀片安装槽8122，每个第二级刀片安装槽8122处均设有冷却液回路孔86，每个第二级刀片安装槽8122中均安装有第二级刀片83。

内钻头811安装在外钻头812内，外钻刀体8121上对应第一级刀片82的位置有第一级刀片避让缺口87，第一级刀片避让缺口87开口于外钻头812的前端面，第一级刀片82的切削刃从第一级刀片避让缺口87处外露于外钻刀体8121。本实施方式中刀片的厚度为3.2mm。

取芯钻具8中的钻头81分为二级刀片，由最下端的第一级刀片82首先钻小孔，再由上方的第二级刀片83扩孔，可以提高钻进速度。在刀片部位均设置通孔作为冷却液回路孔86，冷却液可以通过该通孔喷出，来冷却刀片，利用硬质合金锐口薄唇钻头81切割岩层，减少取芯过程对地层的扰动，保证取芯完整度和质量。

如图15所示，取芯钻具8还包括外芯管85，钻头81安装在外芯管85前端，外芯管85后端与外筒23前端连接，外钻刀体8121的后端与外芯管85的前端连接，外芯管85和外钻刀体8121外壁均设有螺旋槽84，外钻刀体8121上的螺旋槽84与外芯管85上的螺旋槽84连续。外壁设置螺旋槽84的外芯管85相当于螺旋外钻，随着外芯管85旋入岩层，外芯管85给取芯工具创造一个密闭空间，岩心密封圈88在取芯过程中对岩芯的包裹，防止保真舱被污染

将取芯系统放入牙钻5内，锁体11外壁连接的锁闩55与牙钻5锁死，使取芯钻具驱动结构上方固定，取芯钻具驱动结构由后方泥浆泵供能启动，启动前，启动剪销13穿过启动剪销孔嵌入启动剪销槽，锁定杆12通过启动剪销13固定在锁体11内，流出孔A1221外壁开口到锁体11后端的轴向距离小于液道段113后端到锁体11后端的轴向距离，流出孔A1221外壁开口被密封段A112封闭，液体不能向前流动，连接管21前端在外筒23内，销钉24在凹槽A221前方，销钉24内端面与锁销22外壁滑动配合，销钉24外端嵌入凹槽B231内，外筒23通过销钉24固定在连接管21外，后方泥浆泵提供的液压达到启动值后，冲击锁定杆12后端，减断启动剪销13，启动剪销13断为启动剪销头和启动剪销尾，启动剪销头在启动剪销孔内，启动剪销尾在启动剪销槽内，锁定杆12前移，流出孔A1221外壁开口到锁体11后端的轴向距离大于液道段113后端到锁体11后端的轴向距离，液道A41与液道B42通过流出孔A1221连通，液道A41、液道B42、液道C43、液道D44、液道E45和液道F46连通，液道D44通过流出孔B3221连通驱动马达7的驱动液流道74，液道F46前方连通取芯钻具8的冷却液回路孔86，液道A41后方泥浆泵提供的液压能通过液道A41、液道B42、液道C43、液道D44、液道E45和液道F46传送到前方驱动马达7和取芯钻具8，使外转子73转动，冷却取芯钻具8，锁定杆12带动锁销22前移，销钉24内端与锁销22外壁滑动配合，当凹槽A221向前滑到与销钉24在同一轴向位置时，外筒23利用自身重力，产生向前的压力，凹槽B231与销钉22接触面为斜面，凹槽B231挤压销钉24斜面，销钉24从凹槽B231中退出，被压入凹槽A221中，解除对外筒23的约束，外筒23带动前方连接的工作部件向前移动。

外筒23连接驱动马达7的外转子73，外筒23前端连接取芯钻具8，外筒23外壁连接的扶正器与牙钻5内壁接触，使外筒23竖直扶正，钻机工作时，外筒23由后至前移动，液体通过液道A41、液道B42、液道C43流入液道D44，液道D44通过流出孔B3221连通前方驱动马达7的驱动液流道74，液道D44通过液道E45和液道F46与前方取芯钻具8的冷却液回路孔86连通，锁紧球34在锁紧槽A3131和锁紧孔A3231中，限制阀门壳体31前移，外筒23带动安全齿轮232前移，外筒23移动到限定位置后，安全齿轮232撞击锁紧套33，使锁紧槽B与锁紧孔A正对，液道D44中的液体冲击阀门壳体31后端，挤压锁紧球34进入锁紧槽B，阀门壳体31解除约束，向前移动，密封段C311移动到流出段B322内，阻断液道D44与流出孔B3221之间的通路，截断液道，驱动马达7停止转动，液体回涌，流回液道B42，反冲反冲段262，使反冲段262向后移动，剪断结束剪销25，连通液道B42和泄压孔2121通路，通过泄压孔2121泄压。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种取芯钻具驱动结构，其特征在于：包括驱动马达(7)、外筒(23)和取芯钻具(8)，驱动马达(7)包括外转子(73)和内定子(75)，外转子(73)内壁和内定子(75)外壁有相互配合的凸棱(77)，外转子(73)与内定子(75)间隙配合，外转子(73)与内定子(75)之间的间隙为驱动液流道(74)，外转子(73)长度小于内定子(75)长度，外转子(73)在内定子(75)前、后两端之间，所述外转子(73)连接外筒(23)，外筒(23)前端连接取芯钻具(8)，所述内定子(75)后端与联轴器(76)连接。

2.根据权利要求1所述的取芯钻具驱动结构，其特征在于：所述外筒(23)开有驱动液出口(72)，所述驱动液出口(72)在外转子(73)前方。

3.根据权利要求1所述的取芯钻具驱动结构，其特征在于：所述内定子(75)前后贯通，还包括中心杆(14)，中心杆(14)穿过内定子(75)和联轴器(76)内腔，中心杆(14)连接有取芯筒(6)，取芯筒(6)在内定子(75)前方。

4.根据权利要求1所述的取芯钻具驱动结构，其特征在于：还包括液道启动模块，液道启动模块在内定子(75)后方，所述液道启动模块包括锁体(11)、锁定杆(12)和启动剪销(13)，锁定杆(12)在锁体(11)内，锁定杆(12)和锁体(11)通过启动剪销(13)连接，所述中心杆(14)在锁定杆(12)内，锁体(11)的密封段A(112)与锁定杆(12)的密封段B(123)密封配合，所述密封段B(123)与中心杆(14)密封配合，中心杆(14)与锁定杆(12)之间有液道A(41)，锁定杆(12)上有连通液道A(41)和外壁的流出孔A(1221)，流出孔A(1221)在密封段B(123)后方，锁体(11)与锁定杆(12)间有液道B(42)，液道B(42)在密封段A(112)前方，流出孔A(1221)出口在密封段A(112)处，液道A(41)前端密封，锁体(11)前方与内定子(75)连接，液道B(42)前方与驱动液流道(74)连通。

5.根据权利要求4所述的取芯钻具驱动结构，其特征在于：还包括外筒解锁模块，所述外筒解锁模块包括连接管(21)和锁销(22)，连接管(21)后端与锁体(11)连接，锁销(22)后端与锁定杆(12)连接，中心杆(14)穿过锁销(22)内腔，锁销(22)在连接管(21)内，连接管(21)前段连接在外筒(23)内，连接管(21)前段侧壁有解锁孔，所述锁销(22)外壁有凹槽A(221)，所述外筒(23)内壁有凹槽B(231)，销钉(24)设置在解锁孔内，销钉(24)长度大于解锁孔深度，凹槽A(221)的宽度不小于销钉(24)内端宽度，凹槽B(231)的宽度不小于销钉(24)外端宽度，连接管(21)前端在外筒(23)内，销钉(24)在凹槽A(221)前方，销钉(24)内端面与锁销(22)外壁滑动配合，销钉(24)外端嵌入凹槽B(231)内。

6.根据权利要求5所述的取芯钻具驱动结构，其特征在于：所述分流模块包括阀门壳体(31)、锁外壳(32)和触发机构，中心杆(14)穿过阀门壳体(31)内腔，阀门壳体(31)在锁外壳(32)内，锁外壳(32)后方与连接管(21)连接，阀门壳体(31)由后至前包括密封段C(311)和导流段(312)，锁外壳(32)由后至前包括流入段B(321)和流出段B(322)，中心杆(14)与流入段B(321)间有液道D(44)，中心杆(14)外壁与阀门壳体(31)内壁之间有液道E(45)，液道D(44)后端连通液道B(42)，液道E(45)与液道D(44)连通，液道E(45)与前方取芯钻具(8)的冷却液回路孔(86)连通，所述流入段B(322)内径大于密封段C(311)外径，密封段C(311)外径大于导流段(312)外径，所述流出段B(322)内径等于密封段C(311)外径，流出段B(322)开有流出孔B(3221)，流出孔B(3221)连通驱动马达(7)的驱动液流道(74)，密封段C(311)前端在流入段B(321)，液道D(44)与流出孔B(3221)连通，锁外壳(32)前端与联轴器(77)后端连接。

7.根据权利要求6所述的取芯钻具驱动结构，其特征在于：所述阀门壳体(31)还包括锁紧段A(313)，锁紧段A(313)与导流段(312)前端连接，所述锁外壳(32)还包括锁紧段B(323)，锁紧段B(323)与流出段B(322)前端相连，所述外筒(23)内壁连有安全齿轮(232)，所述触发机构包括锁紧套(33)、固定环(35)和安全齿轮(232)，锁外壳(32)穿过锁紧套(33)内腔，所述锁紧段A(313)外壁开有锁紧槽A(3131)，锁紧段B(323)上有锁紧孔A(3231)和锁紧孔B(3232)，锁紧孔B(3232)在锁紧孔A(3231)前方，锁紧孔A(3231)和锁紧孔B(3232)均为通孔，锁紧孔A(3231)和锁紧孔B(3232)内均有锁紧球(34)，锁紧球(34)直径大于锁紧孔A(3231)深度，锁紧套(33)由后至前包括冲击段(331)和锁紧段C(332)，锁紧段C(332)内壁有锁紧槽B(3321)和锁紧槽C(3322)，锁紧槽C(3322)在锁紧槽B(3321)前方，锁紧槽B(3321)与锁紧槽C(3322)之间的距离等于锁紧孔A(3231)与锁紧孔B(3232)之间的距离，所述固定环(35)固定在锁紧段B(323)外壁，固定环(35)在锁紧孔A后方，冲击段(331)内径大于固定环(35)外径，安全齿轮(232)由后至前包括卡紧部(2321)和挤压部(2322)，挤压部(2322)前端面内径小于冲击段(331)外径，挤压部(2322)内径不小于固定环(35)外径，卡紧部(2321)前端面内径小于固定环(35)后端面外径，中心杆(14)前端有限位部(36)，限位部(36)在锁外壳(32)的锁紧段B(323)内，限位部(36)外壁开有锁紧槽D(361)，限位部(36)内部开有液道F(46)，液道F(46)有孔与液道E(45)连通。

8.根据权利要求7所述的取芯钻具驱动结构，其特征在于：所述中心杆(14)与锁销(22)和锁定杆(12)之间有液道C(43)，锁定杆(12)侧壁开有流入孔(1241)，液道B(42)和液道C(43)通过流入孔(1241)连通，液道C(43)与液道D(44)连通，连接管(21)由后至前包括泄压段(212)和阻流段(213)，锁销(22)与阻流段(213)密封配合，阻流段(213)内径小于泄压段(212)内径，泄压段(212)开有泄压孔(2121)，泄压孔(2121)为通孔，液道B(42)内有剪切柱塞(26)，剪切柱塞(26)内径大于锁销(22)和锁定杆(12)外径，剪切柱塞(26)通过结束剪销(25)与锁体(11)连接，剪切柱塞(26)由后至前包括剪切段(261)和反冲段(262)，剪切段(261)外壁与锁体(11)内壁密封配合，反冲段(262)外径等于泄压段(212)泄压孔(2121)前方部分内径。

9.根据权利要求1所述的取芯钻具驱动结构，其特征在于：所述取芯钻具(8)包括空心的钻头(81)，所述钻头(81)包括用于钻孔的第一级刀片(82)和用于扩孔的第二级刀片(83)。

10.根据权利要求9所述的取芯钻具驱动结构，其特征在于：所述钻头(81)包括内钻头(811)和外钻头(812)，所述内钻头(811)安装在外钻头(812)内，第一级刀片(82)位于内钻头(811)下端，第二级刀片(83)位于外钻头(812)外壁。