CN109653696B - 天然气水合物回转式保压取心器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天然气水合物回转式保压取心器，包括外管总成和安装在外管总成内部的内管总成，外管总成的底端设有钻头；所述内管总成包括内管总成a和内管总成b，内管总成b安装于内管总成a的内部且可沿着内管总成a轴向移动，内管总成a包括由上到下依次连接的打捞矛头、弹卡机构、配长管、中管短节、短接头、密封短节、连接管、中管和保压球阀翻转密封机构；内管总成b包括由上到下依次连接的提引装置、弹卡悬挂机构、弹性销短节、单动机构、转换接头、调节接头、连接管、密封机构、连接长管、连接长管短节和岩心管。本发明实现回转式保压取样，能够适应第四系沉积地层和基岩，应用范围更广。

Description

天然气水合物回转式保压取心器

技术领域

本发明涉及钻探技术领域，具体是一种天然气水合的天然气水合物回转式保压取心器。

背景技术

天然气水合物是资源丰富的高效清洁能源，是未来全球能源发展的战略制高点，天然气水合物赋存于深海大陆坡海底以下或埋藏于极地地区的沉积物中，由于天然气水合物需要在稳定的保压状态下才能不被分解，因此需要采用保压的方式进行采集，而普通的取心器一般不具有密闭性，不能够保压，这样的取心器通常的取心效果都不理想。另外，普通的取心器结构复杂，零部件众多，导致维护困难不便，且使用寿命较短，同时，常见的取心器由于取心钻头的原因，而难以在硬质地层进行取心，应用范围小。因此提供一种保压效果良好、能适应硬质地层且维护方便的取心器是本领域内急需解决的一个问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种天然气水合物回转式保压取心器，其能够实现保压取心，且维护更方便和能适应硬质地层进行取心。

本发明的技术方案为：一种天然气水合物回转式保压取心器，其特征在于：

进一步地，所述内管总成包括内管总成a和内管总成b，内管总成b安装于内管总成a的内部且可沿着内管总成a向上轴向移动，通过弹卡悬挂机构轴向固定在内管总成a内，内管总成b轴向保持不移动，内管总成b完成脱卡后才可以向上轴向移动，内管总成a包括由上到下依次连接的打捞矛头、弹卡机构、配长管、中管短节、短接头、密封短节、连接管、中管和保压球阀翻转密封机构；内管总成b包括由上到下依次连接的提引装置、弹卡悬挂机构、弹性销短节、单动机构、转换接头、调节接头、连接管、密封机构、连接长管、连接长管短节和岩心管；

所述弹卡机构和弹卡悬挂机构相互配合，使得岩心管在打捞取心之前保持轴向固定；

所述岩心管位于中管内部；

所述保压球阀翻转密封机构包括弹簧限位环、球阀驱动短节、弹簧、球阀驱动短节弹簧台肩、球阀管台肩、上球阀座密封圈、上球阀座、球阀管、球阀、球阀翻转驱动插销、球阀轴、球阀翻转滑动槽、球阀管长圆孔、球阀管窗口、下球阀座、下球阀座密封圈、承重弹簧和球阀下压盖；球阀上设有球阀轴和球阀翻转滑动槽，球阀上设有用于岩心管穿过的通孔；

球阀管的上端与中管的下端连接，球阀管密封圈设置在球阀管与中管的连接处，球阀管的中空内部设有球阀管窗口，球阀管中部设有球阀管长圆孔，位于球阀管长圆孔内的球阀翻转驱动插销固定在球阀管上，球阀翻转驱动插销伸入至球阀上的球阀翻转滑动槽内；

球阀通过球阀轴固定设置在球阀管上的球阀管窗口内，球阀轴的一端连接球阀，另一端伸入至球阀管长圆孔内，且可在球阀管长圆孔内转动和滑动；

球阀管的内部设有上球阀座和下球阀座，上球阀座和下球阀座均可在球阀管内轴向滑动，球阀管的上端设有球阀管台肩，球阀管与中管连接；

上球阀座的上端与球阀驱动短节的下端连接，上球阀座的下端与球阀的上端接触，球阀驱动短节位于连接长管短节的下方，且球阀驱动短节位于岩心管与中管之间，在球阀驱动短节与中管之间还设有弹簧，弹簧套设在球阀驱动短节上，弹簧的上端与弹簧限位环接触，弹簧限位环通过凹凸配合被中管台肩限制住，弹簧限位环位于岩心管与中管之间，弹簧的下端与球阀驱动短节弹簧台肩接触并被球阀驱动短节弹簧台肩顶住，球阀驱动短节弹簧台肩通过弹簧顶住弹簧限位环，球阀驱动短节弹簧台肩位于球阀管台肩的上方；

保压球阀翻转密封机构与岩心管相互配合实现球阀向下滑动并翻转90°；

所述单动机构位于中管短节的内部，且位于弹性销短节的下方，单动机构通过轴承外套与转换接头连接，转换接头与调节接头的上端连接，调节接头上套设有调节机构锁紧螺母，调节机构锁紧螺母设置在转换接头的下端，调节接头位于短接头的内壁，调节接头的下端与连接管的上端连接，连接管的下端与密封机构连接；所述密封机构位于连接管的内部且可以沿着连接管轴向移动。

进一步地，所述保压球阀翻转密封机构与岩心管相互配合实现球阀向下滑动并翻转90°的具体实现过程是这样的：

在还未取心及打捞之前，岩心管从球阀的通孔内向下穿过，球阀边缘紧贴岩心管，岩心管限制住球阀向下翻转，同时球阀被岩心管接触而使得球阀向上顶着上球阀座，上球阀座向上顶着球阀驱动短节向上移，球阀驱动短节上的球阀驱动短节弹簧台肩也相应的向上移，并使得弹簧限位环被中管上的中管台肩限位，弹簧被压缩而弹性势能增加；当取心完成并进行打捞，岩心管从球阀的通孔内向上提拉出来后，岩心管不再限制球阀向下翻转，具有足够弹性势能的弹簧，弹簧推力大于承重弹簧推力，使得此时球阀在弹簧给的推力下而整体沿着球阀管长圆孔下移，在球阀下移的过程中，促使球阀翻转滑动槽绕着球阀管上固定的球阀翻转驱动销进行滑动和转动的复合运动，同时给予球阀翻转扭矩并驱动球阀翻转90°，球阀到达下行极限位置时，承重弹簧被压缩至下球阀座与球阀下压盖接触。

进一步地，所述保压球阀翻转密封机构的下端连接设有对岩心管进行冲洗的冲洗机构，出水流道为外管钻头与中管钻头间隙以及岩心管与中管钻头间隙。

进一步地，所述密封机构包括快插单向阀测压接头、压力通道、密封接头密封圈、密封接头和密封接头台肩，密封接头的上端与连接管的下端连接，密封接头中部设有轴向的压力通道，快插单向阀测压接头伸入至压力通道内，密封接头上套设有密封接头密封圈，密封接头两侧设有密封接头台肩，密封接头的下端与连接长管的上端连接。

进一步地，所述球阀管与上球阀座的贴合处设有上球阀座密封圈，球阀管与下球阀座的贴合处设有下球阀座密封圈；下球阀座从上至下设有承重弹簧和球阀下压盖，承重弹簧上下两端分别与下球阀座和球阀下压盖连接，下球阀座的上端与球阀的下端接触。

进一步地，所述球阀与和下球阀座之间为浮动接触。

进一步地，所述弹卡机构包括弹卡a、弹卡托架a、脱卡管、进水口、弹卡托架管长销孔、弹卡托架管a、脱卡管倾斜部，弹卡a设置在所述弹卡室内，且与弹卡托架a连接，弹卡托架a连接设置在脱卡管内部，脱卡管与打捞矛头固定连接，脱卡管的底端设有用于将弹卡从弹卡室脱卡出来的脱卡管倾斜部，脱卡管的侧壁上设有进水口，弹卡托架管长销孔设置在弹卡托架管a的中腔内部。

进一步地，所述提引装置包括提引管、提引管长销孔和第一弹性销，提引管长销孔设置在提引管的内部；第一弹性销贯穿弹卡托架管长销孔和提引管长销孔后固定设置在脱卡管上，弹卡托架管长销孔和提引管长销孔的中心轴线在同一条直线上，提引管、弹卡托架管a和脱卡管之间为套装连接。

进一步地，所述弹卡悬挂机构包括弹卡托架管b、弹卡托架管出水口、弹卡托架b、弹卡腔、弹片开孔、弹卡b、弹卡腔室、弹卡托架管倾斜部和剪切铜销；弹卡悬挂机构的上部设置在配长管的内部，下部设置在中管短节的内部。

本发明的有益效果为：本发明具有以下有益技术效果：

1、通告保压球阀翻转密封机构的球阀向下滑动并翻转90°，球阀与上球阀座密封接触，实现球阀上部区域的保压效果，此时岩心管位于球阀上方的保压区域，使得岩心管内的取心样品处于保压状态，实现取心器的保压取样，提高取心成功率；

另外，实现球阀翻转90°的保压球阀翻转密封机构是通过弹簧和球阀驱动短节来实现，使得保压球阀翻转密封机构的结构大为简化，使得使用操作更加简略方便且可靠性大幅提高，并使得后续的维护也变得更加快速方便；

通过钻头与中管钻头一起配合进行岩心样品取心，采用这种双钻头取心的方式，使得本发明能够适应第四系沉积地层和基岩，应用范围更广；

通过弹卡机构和弹卡悬挂机构的相互配合，在打捞取心之前实现岩心管轴向固定和保持岩心管单动效果，即实现回转式取心，简单快捷；

通过在剪切铜销的外侧设置剪切铜销保护套，使得剪断后的较短部分的剪切铜销始终留在弹卡托架管倾斜部内，而不会掉落在内管总成a内，有效防止取心过程中卡死的发生。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为图1中A段区域的放大示意图；

图3为图1中B段区域的放大示意图；

图4为图1中C段区域的放大示意图；

图5为图1中D段区域的放大示意图；

图2至图5为构成图1的分段结构示意图，图2的下端连接图3的上端，图3的下端连接图4的上端，图4的下端连接图5的上端；

图6是外管总成的结构示意图；

图7是内管总成的结构示意图；

图8是内管总成a的结构示意图；

图9是内管总成b的结构示意图；

图10是取心完成后进行打捞脱卡过程中的状态示意图之一(第一弹性销到达提引管长销孔的顶端)；

图11是图10中A处的放大示意图；

图12是取心完成后进行打捞脱卡过程中的状态示意图之一(弹卡悬挂机构完成脱卡动作)；

图13图12中B处的放大示意图；

图14图12中C处的放大示意图；

图15是球阀翻转过程中的状态示意图之一(岩心管已从球阀通孔提拉出来)；

图16是图15中D处的放大示意图；

图17是图15中E处的放大示意图；

图18是图15中G处的放大示意图；

图19是图15中F处的放大示意图；

图20是图2中A-A1线剖视结构示意图；

图21是图5中B-B1线剖视结构示意图；

图中，10-外管总成、20-内管总成、201-内管总成a、202-内管总成b、110-弹卡室、120-座环、130-扶正环、140-外管钻头、141-传扭凸肩、21-打捞矛头、22-弹卡机构、221-弹卡a、222-弹卡托架a、223-脱卡管、224-进水口、225-弹卡托架管长销孔、226-弹卡托架管a、227-脱卡管倾斜部、23-提引装置、231-提引管、232-提引管长销孔、233-第一弹性销、24-悬挂环、25-配长管、250-配长管出水口、26-弹卡悬挂机构、261-弹卡托架管b、262-弹卡托架管出水口、263-弹卡托架b、264-弹卡腔、265-弹片开孔、266-弹卡b、267-弹卡腔室、268-弹卡托架管倾斜部、27-底座块、28-中管短节、281-中管短节台肩、29-剪切铜销、30-剪切铜销保护套、31-弹性销短节、310-弹性销长圆孔、311-第二弹性销、312-坐落台肩、32-单动机构、321-上推力轴承、322-心轴、323-铜套、324-轴承外套、325-下推力轴承、326-锁紧螺母、33-短接头、34-转换接头、35-调节机构锁紧螺母、36-调节接头、37-密封短节、371-密封短节台肩、38-蓄能器、39-连接管、40-密封机构、401-快插单向阀测压接头、402-压力通道、403-密封接头密封圈、404-密封接头、405-密封接头台肩、41-单向球阀腔体、42-单向球阀、43-球阀座、44-连接管、45-温压测试室、46-连接长管、47-连接长管短节、48-岩心管、49-中管、491-中管台肩、50-保压球阀翻转密封机构、5001-弹簧限位环、5002-球阀驱动短节、5003-弹簧、5004-球阀驱动短节弹簧台肩、5005-球阀管台肩、5006-上球阀座密封圈、5007-上球阀座、5008-球阀管、5009-球阀、5010-球阀翻转驱动插销、5011-球阀轴、5012-球阀翻转滑动槽、5013-球阀管长圆孔、5014-球阀管窗口、5015-下球阀座、5016-下球阀座密封圈、5017-承重弹簧、5018-球阀下压盖、51-冲洗进水口、52-冲洗出水口、53-传扭花键、54-出水口、55-花瓣拦簧、56-中管钻头。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

如图1至21所示，一种天然气水合物回转式保压取心器，包括外管总成10和安装在外管总成10内部的内管总成20，外管总成10的内壁上从上至下依次设有弹卡室110、座环120和扶正环130，外管总成10的底端设有钻头140；

所述内管总成20包括内管总成a 201和内管总成b 202，内管总成b 202安装于内管总成a 201的内部且可沿着内管总成a 201轴向移动，内管总成a 201包括由上到下依次连接的打捞矛头21、弹卡机构22、配长管25、中管短节28、短接头33、密封短节37、连接管44、中管49和保压球阀翻转密封机构50；内管总成b 202包括由上到下依次连接的提引装置23、弹卡悬挂机构26、弹性销短节31、单动机构32、转换接头34、调节接头36、连接管39、密封机构40、连接长管46、连接长管短节47和岩心管48；

打捞矛头21、弹卡机构22、配长管25、中管短节28、短接头33、密封短节37、连接管44、中管49和保压球阀翻转密封机构50上的球阀管5008之间均采用螺纹连接或一体结构；提引装置23和弹卡悬挂机构26之间，以及弹性销短节31、单动机构32、转换接头34、调节接头36、连接管39、密封机构40、连接长管46、连接长管短节47和岩心管48之间均采用螺纹连接、一体结构或其他的固定连接方式，比如稳定的卡接、扣接、焊接等连接方式均可；

中管钻头56的短节外壁(图中未示出)与扶正环130的内壁接触，优选为密封接触且钻井液不能通过；

弹卡机构22包括弹卡a 221、弹卡托架a 222、脱卡管223、进水口224、弹卡托架管长销孔225、弹卡托架管a 226、脱卡管倾斜部227，弹卡a 221设置在所述弹卡室110内，且与弹卡托架a 222连接，弹卡托架a 222连接设置在脱卡管223内部，脱卡管223与打捞矛头21固定连接，脱卡管223的底端设有用于将弹卡221从弹卡室110脱卡出来的脱卡管倾斜部227，脱卡管223的侧壁上设有进水口224，弹卡托架管长销孔225设置在弹卡托架管a 226的中腔内部；

提引装置23包括提引管231、提引管长销孔232和第一弹性销233，提引管长销孔232设置在提引管231的内部；

设置于内管总成a 201内的第一弹性销233贯穿弹卡托架管长销孔225和提引管长销孔232后固定设置在脱卡管223上，由于弹卡托架管长销孔225和提引管长销孔232的中心轴线在同一条直线上，第一弹性销233可同时在弹卡托架管长销孔225和提引管长销孔232内自由滑动，实现提引管231、弹卡托架管a 226和脱卡管223之间的套装连接，从而实现提引装置23与弹卡机构22的连接；

提引管231的上部设置在弹卡托架管a 226的内部且可以沿着弹卡托架管a226进行轴向移动，下部设置在配长管25的内部；提引管231的顶端位于弹卡托架管长销孔225的下方；

配长管25上设有倾斜设置的配长管出水口250，配长管25的上端与弹卡托架管a226的下端连接，配长管25的下端与中管短节28的上端连接，中管短节28上设有中管短节台肩281；

弹卡托架管a 226与配长管25的连接处设有悬挂环24，悬挂环24坐落在座环120上，内管总成20通过悬挂环24悬挂安装在外管总成10的内部，也即使得整个内管总成20的重量落在外管总成10上；

弹卡悬挂机构26包括弹卡托架管b 261、弹卡托架管出水口262、弹卡托架b 263、弹卡腔264、弹片开孔265、弹卡b 266、弹卡腔室267、弹卡托架管倾斜部268和剪切铜销29；

弹卡悬挂机构26的上部设置在配长管25的内部，下部设置在中管短节28的内部；

弹卡托架管b 261设置在配长管25的内部，且弹卡托架管b 261的上端与提引管231的下端连接，弹卡托架管b 261的下端设有用于将弹卡b 266从弹卡腔室267脱卡出来的弹卡托架管倾斜部268，且弹卡托架管倾斜部268设置在中管短节28的内部，弹卡托架管倾斜部268与弹卡托架管b 261之间还设有弹片开孔265，弹卡托架管b 261上还设有若干呈阵列设置的弹卡托架管出水口262，弹卡托架管出水口262位于弹卡托架b 263的上方，弹卡托架b 263横向设置在弹卡托架管出水口262的内部，弹卡托架b 263下方设有弹卡腔264，弹卡腔264下方设有两个弹卡b 266，两个弹卡b 266的上端通过连接件(图中未示出)固定在弹卡腔264上，两个弹卡b 266位于弹卡腔室267内，弹卡腔室267位于中管短节28的内部，且弹卡b 266的下端设置在下方的底座块27上，底座块27设置在中管短节28的内部，弹卡b266在张开一定角度时被中管短节28的凸肩(图中未示出)顶住而使得弹卡b 266不能向上轴向移动，也即使得弹卡悬挂机构26被中管短节28的凸肩顶住而不能向上轴向移动；

本实施例中，所有的“向上”均是指朝向打捞矛头21的向上方向，“向下”则是指由打捞矛头21朝下的向下方向；

底座块27的下方设有弹性销短节31，弹性销短节31的上部位于弹卡托架管倾斜部268的内部，剪切铜销29设置在弹性销短节31的上部，剪切铜销29横向贯穿于弹性销短节31的上部，且剪切铜销29的两端伸入至弹卡托架管倾斜部268的内部；弹卡托架管倾斜部268与中管短节28之间设有剪切铜销保护套30，弹卡托架管倾斜部268的外壁、剪切铜销29的末端均与剪切铜销保护套30的内壁贴合，即剪切铜销29未伸入至剪切铜销保护套30内，剪切铜销保护套30的外壁与中管短节28的内壁贴合；

在本实施例中，弹性销短节31与弹卡托架b263是一个整体结构；

弹性销短节31内设有轴向设置的弹性销长圆孔310，弹性销长圆孔310内设有第二弹性销311，第二弹性销311贯穿弹性销长圆孔310和弹性销短节31后固定设置在弹卡托架管倾斜部268上，且第二弹性销311可在弹性销长圆孔310内自由滑动；

弹卡托架管倾斜部268和剪切铜销保护套30均坐落在弹性销短节31的坐落台肩312上，从而使得弹卡托架管倾斜部268可相对于弹性销短节31进行相对向上轴向移动；

弹性销短节31的下部位于中管短节28的内部，且坐落在中管短节28的中管短节台肩281上，从而使得弹性销短节31被中管短节28顶住而不能向下轴向移动，进而使得弹卡悬挂机构26不能向下轴向移动；

中管短节28的内部还设有单动机构32，单动机构32位于弹性销短节31的下方；

单动机构32包括上推力轴承321、心轴322、铜套323、轴承外套324、下推力轴承325和锁紧螺母326，心轴322的上端与弹性销短节31的底端螺纹连接，轴承外套324套设在心轴322上，轴承外套324与心轴322之间设有铜套323，铜套323上下两端分别设有上上推力轴承321和下推力轴承325，心轴322的底端设有锁紧螺母326，下推力轴承325位于锁紧螺母326上方；

单动机构32通过轴承外套324与转换接头34连接，转换接头34与调节接头36的上端连接，调节接头36上套设有调节机构锁紧螺母35，调节机构锁紧螺母35设置在转换接头34的下端，调节接头36位于短接头33的内壁，调节接头36的下端与连接管39的上端连接，连接管39的下端与密封机构40连接；

短接头33的上部与中管短节28连接，下部与密封短节37的上端连接，密封短节37的下端与连接管44的上端连接；

单动机构32避免岩心管48跟着外管总成10转动，而造成岩心磨损；

密封机构40包括快插单向阀测压接头401、压力通道402、密封接头密封圈403、密封接头404和密封接头台肩405，

密封接头404的上端与连接管39的下端连接，密封接头404中部设有轴向的压力通道402，快插单向阀测压接头401伸入至压力通道402内，密封接头404上套设有密封接头密封圈403，密封接头404两侧设有密封接头台肩405，密封接头404的下端与连接长管46的上端连接，优选为螺纹连接；

密封机构40位于连接管44的内部且可以沿着连接管44轴向移动，密封机构40到达上行极限位置时，密封接头台肩405接触密封短节37，则密封机构40停止向上移动，密封机构40到达下行极限位置时，调节接头36接触连接管39，则密封机构40停止向下移动；

密封机构40下方连接有单向球阀42，单向球阀42设置在单向球阀腔体41内，单向球阀腔体41设置在密封接头404的内部，设置单向球阀42使得气流只能从下往上通过单向球阀42流向密封机构40的压力通道402内；

单向球阀42的下端设置在球阀座43上，球阀座43上设有轴向通道，球阀座43与密封接头404固定连接，球阀座43位于连接长管46内；

连接长管46的下端与连接长管短节47的上端连接，连接长管短节47的下端与岩心管48的上端固定连接，优选为螺纹连接，岩心管48的下端连接有用于获取并固定岩心样品的花瓣拦簧55，岩心管48位于中管49的内部；

保压球阀翻转密封机构50包括弹簧限位环5001、球阀驱动短节5002、弹簧5003、球阀驱动短节弹簧台肩5004、球阀管台肩5005、上球阀座密封圈5006、上球阀座5007、球阀管5008、球阀5009、球阀翻转驱动插销5010、球阀轴5011、球阀翻转滑动槽5012、球阀管长圆孔5013、球阀管窗口5014、下球阀座5015、下球阀座密封圈5016、承重弹簧5017和球阀下压盖5018；球阀5009上设有球阀轴5011和球阀翻转滑动槽5012，球阀5009上设有用于岩心管48穿过的通孔；

内管总成a 201上的球阀管5008上从上至下依次设有球阀管密封圈(图中未示出)、球阀翻转驱动插销5010和球阀管长圆孔5013；

球阀管5008的上端与中管49的下端连接，优选为球阀管5008的上端通过螺纹连接与中管49的下端连接，球阀管密封圈设置在球阀管5008与中管49的连接处，球阀管5008的中空内部设有球阀管窗口5014，球阀管5008中部设有球阀管长圆孔5013，位于球阀管长圆孔5013内的球阀翻转驱动插销5010固定在球阀管5008的内壁上，球阀翻转驱动插销5010伸入至球阀5009上的球阀翻转滑动槽5012内；

球阀5009通过球阀轴5011固定设置在球阀管5008上的球阀管窗口5014内，球阀轴5011的一端连接球阀5009，另一端伸入至球阀管长圆孔5013内，且可在球阀管长圆孔5013内沿轴向方向自由滑动；

球阀管5008的内部设有上球阀座5007和下球阀座5015，球阀管5008与上球阀座5007的贴合处设有上球阀座密封圈5006，球阀管5008与下球阀座5015的贴合处设有下球阀座密封圈5016，通过将上球阀座密封圈5006设置在上球阀座5007与球阀管5008的内壁间隙，使得上球阀座5007与球阀管5008之间形成密封接触，同理，通过将下球阀座密封圈5016设置在下球阀座5015与球阀管5008的内壁间隙，使得下球阀座5015与球阀管5008之间形成密封接触，球阀管5008的上端设有球阀管台肩5005，球阀管5008的中部通过凹凸配合与中管49接触并顶住中管49，再加上球阀管5008的下部与中管49连接，优选为螺纹连接，确保中管49与球阀管5008的连接更加牢固；

上球阀座5007的上端与球阀驱动短节5002的下端连接，下端与球阀5009的上端接触，球阀驱动短节5002位于连接长管短节47的下方，且球阀驱动短节5002位于岩心管48与中管49之间，在球阀驱动短节5002与中管49之间还设有弹簧5003，弹簧5003套设在球阀驱动短节5002上，弹簧5003的上端与弹簧限位环5001接触并被弹簧限位环5001压住，即弹簧5003张开的上限位置被弹簧限位环5001限制住，弹簧限位环5001通过凹凸配合被中管台肩491限制住，进而通过弹簧限位环5001将弹簧限位环5001压缩，弹簧限位环5001位于岩心管48与中管49之间，弹簧限位环5001的下端与球阀驱动短节弹簧台肩5004接触并被球阀驱动短节弹簧台肩5004顶住，球阀驱动短节弹簧台肩5004与弹簧限位环5001接触并顶住弹簧限位环5001，球阀驱动短节弹簧台肩5004可为球阀驱动短节5002的外侧凸出块或与球阀驱动短节5002固定连接的挡块，球阀驱动短节弹簧台肩5004位于球阀管台肩5005的上方；

通过将弹簧5003设置在弹簧限位环5001与球阀驱动短节弹簧台肩5004之间，使得弹簧5003处于压缩状态，球阀管台肩5005位于球阀驱动短节5002与中管49之间，且在上球阀座5007的上方；

下球阀座5015从上至下设有承重弹簧5017和球阀下压盖5018，承重弹簧5017上下两端分别与下球阀座5015和球阀下压盖5018连接，下球阀座5015的上端与球阀5009的下端接触；

承重弹簧5017，实现球阀5009与下球阀座5015的浮动接触；

通过球阀管5008的上端与中管49的下端连接，实现保压球阀翻转密封机构50与中管49的连接，压缩状态下的弹簧5003通过球阀驱动短节5002推动保压球阀翻转密封机构50的球阀5009向下滑动并翻转90°。

在具体使用时，如图5所示，在还未取心及打捞之前，也即在使用本发明进行取心安装时，岩心管48从球阀5009的通孔内向下穿过，岩心管48紧贴球阀5009，岩心管安装完成后，由于弹卡机构22被限制在弹卡室110内而不能向上越过弹卡室110，以及弹卡悬挂机构26被限制在中管短节28内而不能越过中管短节28，从而使得此时的内管总成b 202不能轴向移动，从而使得岩心管48不能轴向移动，即保持轴向固定；球阀5009受到压缩状态下的弹簧5003通过球阀驱动短节5002传递的推力，由于此时的球阀5009被岩心管48紧贴，相当于岩心管48给球阀5009一个横向阻力，使得球阀5009不会因为受到弹簧5003给的推力而向下翻转，即岩心管48限制住球阀5009向下翻转，同时球阀5009被岩心管48接触而使得球阀5009向上顶着上球阀座5007，上球阀座5007向上顶着球阀驱动短节5002向上移，球阀驱动短节5002上的球阀驱动短节弹簧台肩5004也相应的向上移，并使得弹簧限位环5001被中管49上的中管台肩491限位，因此使得弹簧被压缩而弹性势能增加；而当取心完成并进行打捞后，如图15和图18所示，岩心管48从球阀5009的通孔内向上提拉出来后，岩心管48给球阀5009的横向阻力消失，即岩心管48不再限制球阀5009向下翻转，由于弹簧的弹性势能足够，而使得此时球阀5009在弹簧5003给的推力下而整体沿着球阀管长圆孔5013下移，当与球阀5009连接的球阀轴5011接触到球阀翻转驱动插销5010，由弹簧5003产生的推力，推动球阀翻转驱动插销5010，由于球阀翻转驱动插销5010被球阀5009上的球阀翻转滑动槽5012顶住，使得球阀翻转驱动插销5010对球阀5009给予一个扭矩，实现球阀5009向下滑动并翻转90°，球阀5009下滑过程中，球阀5009向下推动下球阀座5015，下球阀座5015压缩承重弹簧5017向下移直至下球阀座5015与球阀下压盖接触，也即球阀5009到达下行极限位置时，下球阀座5015与球阀下压盖接触；

通过以上的操作，保压球阀翻转密封机构与岩心管相互配合实现球阀向下滑动并翻转90°；

球阀5009与上球阀座5007密封接触，实现球阀5009上部区域的保压效果，此时岩心管48位于球阀5009上方的保压区域，使得岩心管48内的取心样品处于保压状态，实现取心器的保压取样。

进一步地，在调节接头36下方与密封机构40的上方之间设有蓄能室，且蓄能室位于连接管39的内部，蓄能室内设有蓄能器38，蓄能器38与快插单向阀测压接头401连接，蓄能器38用于维持压力平稳。

进一步地，在球阀座43的下方与连接长管短节47的上方之间设有温压测试室45，且温压测试室45位于连接长管46的内部，温压测试室45内装有用于测量温压参数的设备。

进一步地，保压球阀翻转密封机构50的下端连接设有对岩心管48进行冲洗的冲洗机构(图中未示出)，冲洗机构安装有内管总成a 201上，冲洗机构避免岩心管48上的岩屑等污染物带入取心器内，特别是被带入保压区域，进而影响到保压效果，甚至有可能实现不了保压；

冲洗机构包括冲洗进水口51和冲洗出水口52，处于高压的钻井液从冲洗进水口51进入后，对岩心管48上的岩屑进行高压快速冲洗，钻井液随后从冲洗出水口52排出，冲洗机构与球阀管5008的下端螺纹连接，且与球阀下压盖5018的下端连接。

在本实施例中，冲洗机构设有两个出水流道，分别为外管钻头140与中管钻头56的间隙构成的第一出水流道以及岩心管48与中管钻头56的间隙构成的第二出水通道，钻井液从进水口224进入内管总成b 202内，然后从弹卡托架管出水口262流出，并进入内管总成a201与内管总成b 202之间，随后从配长管出水口250流出，并进入外管总成10与内管总成20之间的区域，由于扶正环130与冲洗机构为密封接触，位于外管总成10与内管总成20之间之间的钻井液经过冲洗进水口51进入冲洗机构，从冲洗进水口51进入冲洗机构内的钻进液一路从第一出水流道排出，即从外管钻头140与中管钻头56的间隙排出，另一路从第二出水流道排出，即从岩心管48与中管钻头56的间隙排出，共同实现钻井液通过冲洗机构对岩心管48的冲洗。

在本实施例中，中管钻头56与冲洗机构连接并处于冲洗机构下方，中管钻头56为五翼硬质合金刮刀钻头或PDC钻头或其他材质制成的钻头均可，中管钻头56通过与冲洗机构连接、冲洗机构与球阀管5008连接和球阀管5008与中管49连接，从而实现中管钻头56与中管49连接，进而实现中管钻头56与内管总成20连接，即内管总成20能够带动中管钻头56转动。

在本实施例中，外管钻头140上设有向内突出的传扭凸肩141，传扭凸肩141与设置在中管钻头56上向外突出的传扭花键53相互咬合，从而实现外管钻头140给中管钻头56传递扭矩并带动中管钻头56相互配合一起转动，使得外管钻头140与中管钻头56一起配合进行岩心样品取心，采用这种双钻头取心的方式，使得本发明能够适应硬质地层，应用范围更广；花瓣拦簧55与中管钻头56之间设有一定的间隙，且花瓣拦簧55的内径大于中管钻头56的内径，使得在回转取心过程中，中管钻头56回转进尺，花瓣拦簧55不转动而保持单动，有利于中管钻头56回转修整的岩心样品进入花瓣拦簧55和岩心管48内。

在具体使用时，当内管总成20成功安装在外管总成10内部时，此时：弹卡机构22上的弹卡a 221处于张开状态且被限制在弹卡室110内，使得弹卡机构22被弹卡室110限制住而不能向上轴向移动；

弹卡悬挂机构26通过弹卡悬挂机构26上的弹卡b 266处于张开状态且被中管短节28限制，从而将弹卡悬挂机构26限制住而使得弹卡悬挂机构26不能向上轴向移动；整个内管总成20由于被悬挂环24限制住而不能向下轴向移动，内管总成到达下行极限位置，再加上弹卡机构22和弹卡悬挂机构26将内管总成20限制住，而使得内管总成20不能向上轴向移动。

当内管总成20成功安装在外管总成10内部后，开始进行打捞取心过程：打捞矛头21带动脱卡管223及脱卡管223上的第一弹性销233沿着提引管长销孔232和弹卡托架管长销孔225向上轴向移动，并使得第一弹性销233上行至接触提引管长销孔232的顶部，然后，在脱卡管223的带动下，第一弹性销233继续沿着弹卡托架管长销孔225向上轴向移动，并带着提引管231向上轴向移动，从而使得打捞矛头21通过弹卡机构22带着提引装置23向上轴向移动；

在第一弹性销233接触至弹卡托架管长销孔225的上端之前，第一弹性销233通过提引装置23的提引管231带动弹卡托架管b 261向上移动，弹卡托架管b 261带动弹卡托架管倾斜部268向上轴向移动，在弹卡托架管倾斜部268接触弹卡b 266之前，弹卡托架管倾斜部268受到向上的拉力，从而将剪切铜销29剪断，剪切铜销29被剪断成较长的一段和较短的两段，剪切铜销29中较短的两段留在弹卡托架管倾斜部268内并跟着弹卡托架管倾斜部268一起向上轴向移动，从而使得弹卡托架管倾斜部268可以带动与弹卡托架管倾斜部268连接的第二弹性销311沿着弹性销长圆孔310向上轴向移动，直至第二弹性销311接触弹性销长圆孔310的顶端，在第二弹性销311接触弹性销长圆孔310的顶端的同时，弹卡托架管倾斜部268也接触到弹卡b 266，在弹卡托架管b 261继续带动弹卡托架管倾斜部268向上轴向移动下，使得接触弹卡b 266断开与中管短节28的接触，完成脱卡动作；

在剪切铜销29中较短的两段留在弹卡托架管倾斜部268内并跟着弹卡托架管倾斜部268一起向上轴向移动的过程中，被剪断的剪切铜销29的较短的部分始终未越过剪切铜销保护套30的最顶端部位，从而使得被剪断的剪切铜销29的较短的部分不会掉落在内管总成b 202与内管总成a 201之间的区域，从而可以防止卡死的发生；

然后，使得整个弹卡悬挂机构26可以向上轴向移动，进而使得弹卡悬挂机构26通过第二弹性销311依次带动单动机构32、密封机构40、岩心管48和花瓣拦簧55向上轴向移动；

打捞矛头21通过脱卡管223继续带动弹卡悬挂机构26、单动机构32、密封机构40、岩心管48和花瓣拦簧55向上轴向移动，岩心管48和花瓣拦簧55继续向上轴向移动，直至密封机构40的密封接头台肩405接触密封短节37的密封短节台肩371而停止向上移动，也即岩心管48到达上行极限位置时，密封接头台肩405接触密封短节台肩371，如图18所示；

在脱卡管倾斜部227接触弹卡a 221之前，岩心管48和花瓣拦簧55先于从球阀5009的通孔内向上提拉出来，从而将岩心管48给球阀5009的横向阻力消失，即岩心管48没有阻断球阀5009向下翻转，此时球阀5009在弹簧5003给的推力下而整体沿着球阀管长圆孔5013下移，在球阀5009下移的过程中，促使球阀翻转滑动槽5012绕着球阀管5008上固定的球阀翻转驱动销5010进行滑动和转动的复合运动，同时给予球阀5009翻转扭矩并驱动球阀5009翻转90°；

在球阀5009向下滑动并翻转90°后，脱卡管倾斜部227接触弹卡a 221，使得弹卡a221断开与弹卡室110的接触，完成脱卡动作；完成脱卡动作后，打捞矛头21带动脱卡管223继续向上轴向移动，使得整个内管总成20可以从外管总成10内拉出，也即在内管总成b 202完成脱卡后，内管总成b才能在打捞矛头的带动下向上轴向移动，进而取出内管总成20的岩心样品，完成取心的整个过程。

球阀5009与上球阀座5007接触的以上部位至密封接头台肩405与密封短节37接触的以下部位之间的区域为稳定的保压区域，装有岩心样品的岩心管48位于保压区域内，保证了岩心处于保压区域内，使得岩心处于高压下的保压状态，实现了保压取心。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种天然气水合物回转式保压取心器，其特征在于：包括外管总成和安装在外管总成内部的内管总成，外管总成的底端设有钻头；

所述内管总成包括内管总成a和内管总成b，内管总成b安装于内管总成a的内部且可沿着内管总成a向上轴向移动，通过弹卡悬挂机构轴向固定在内管总成a内，内管总成b轴向保持不移动，内管总成b完成脱卡后才可以向上轴向移动，内管总成a包括由上到下依次连接的打捞矛头、弹卡机构、配长管、中管短节、短接头、密封短节、连接管、中管和保压球阀翻转密封机构；内管总成b包括由上到下依次连接的提引装置、弹卡悬挂机构、弹性销短节、单动机构、转换接头、调节接头、连接管、密封机构、连接长管、连接长管短节和岩心管；

所述弹卡机构和弹卡悬挂机构相互配合，使得岩心管在打捞取心之前保持轴向固定；

所述岩心管位于中管内部；

所述保压球阀翻转密封机构包括弹簧限位环、球阀驱动短节、弹簧、球阀驱动短节弹簧台肩、球阀管台肩、上球阀座密封圈、上球阀座、球阀管、球阀、球阀翻转驱动插销、球阀轴、球阀翻转滑动槽、球阀管长圆孔、球阀管窗口、下球阀座、下球阀座密封圈、承重弹簧和球阀下压盖；球阀上设有球阀轴和球阀翻转滑动槽，球阀上设有用于岩心管穿过的通孔；

球阀管的上端与中管的下端连接，球阀管密封圈设置在球阀管与中管的连接处，球阀管的中空内部设有球阀管窗口，球阀管中部设有球阀管长圆孔，位于球阀管长圆孔内的球阀翻转驱动插销固定在球阀管上，球阀翻转驱动插销伸入至球阀上的球阀翻转滑动槽内；

球阀通过球阀轴固定设置在球阀管上的球阀管窗口内，球阀轴的一端连接球阀，另一端伸入至球阀管长圆孔内，且可在球阀管长圆孔内转动和滑动；

球阀管的内部设有上球阀座和下球阀座，上球阀座和下球阀座均可在球阀管内轴向滑动，球阀管的上端设有球阀管台肩，球阀管与中管连接；

上球阀座的上端与球阀驱动短节的下端连接，上球阀座的下端与球阀的上端接触，球阀驱动短节位于连接长管短节的下方，且球阀驱动短节位于岩心管与中管之间，在球阀驱动短节与中管之间还设有弹簧，弹簧套设在球阀驱动短节上，弹簧的上端与弹簧限位环接触，弹簧限位环通过凹凸配合被中管台肩限制住，弹簧限位环位于岩心管与中管之间，弹簧的下端与球阀驱动短节弹簧台肩接触并被球阀驱动短节弹簧台肩顶住，球阀驱动短节弹簧台肩通过弹簧顶住弹簧限位环，球阀驱动短节弹簧台肩位于球阀管台肩的上方；

保压球阀翻转密封机构与岩心管相互配合实现球阀向下滑动并翻转90°；

所述单动机构位于中管短节的内部，且位于弹性销短节的下方，单动机构通过轴承外套与转换接头连接，转换接头与调节接头的上端连接，调节接头上套设有调节机构锁紧螺母，调节机构锁紧螺母设置在转换接头的下端，调节接头位于短接头的内壁，调节接头的下端与连接管的上端连接，连接管的下端与密封机构连接；所述密封机构位于连接管的内部且可以沿着连接管轴向移动，

所述弹卡机构包括弹卡a、弹卡托架a、脱卡管、进水口、弹卡托架管长销孔、弹卡托架管a、脱卡管倾斜部，弹卡a设置在弹卡室内，且与弹卡托架a连接，弹卡托架a连接设置在脱卡管内部，脱卡管与打捞矛头固定连接，脱卡管的底端设有用于将弹卡从弹卡室脱卡出来的脱卡管倾斜部，脱卡管的侧壁上设有进水口，弹卡托架管长销孔设置在弹卡托架管a的中腔内部，

所述提引装置包括提引管、提引管长销孔和第一弹性销，提引管长销孔设置在提引管的内部；第一弹性销贯穿弹卡托架管长销孔和提引管长销孔后固定设置在脱卡管上，弹卡托架管长销孔和提引管长销孔的中心轴线在同一条直线上，提引管、弹卡托架管a 和脱卡管之间为套装连接，

所述弹卡悬挂机构包括弹卡托架管b、弹卡托架管出水口、弹卡托架b 、弹卡腔、弹片开孔、弹卡b 、弹卡腔室、弹卡托架管倾斜部和剪切铜销；弹卡悬挂机构的上部设置在配长管的内部，下部设置在中管短节的内部，

所述单动机构包括上推力轴承、心轴、铜套、轴承外套、下推力轴承和锁紧螺母，心轴的上端与弹性销短节的底端螺纹连接，轴承外套套设在心轴上，轴承外套与心轴之间设有铜套，铜套上下两端分别设有上推力轴承和下推力轴承，心轴的底端设有锁紧螺母，下推力轴承位于锁紧螺母上方。

2.根据权利要求1所述的天然气水合物回转式保压取心器，其特征在于：当所述岩心管从球阀的通孔内向下穿过，球阀边缘紧贴岩心管，岩心管限制住球阀向下翻转，同时球阀被岩心管接触而使得球阀向上顶着上球阀座，弹簧限位环被中管上的中管台肩限位；当岩心管从球阀的通孔内向上提拉出来，球阀脱离岩心管而翻转90°，球阀到达下行极限位置时，承重弹簧被压缩至下球阀座与球阀下压盖接触。

3.根据权利要求1所述的天然气水合物回转式保压取心器，其特征在于：所述保压球阀翻转密封机构的下端连接设有对岩心管进行冲洗的冲洗机构，冲洗机构设有出水流道，出水流道为外管钻头与中管钻头间隙以及岩心管与中管钻头间隙。

4.根据权利要求1所述的天然气水合物回转式保压取心器，其特征在于：所述密封机构包括快插单向阀测压接头、压力通道、密封接头密封圈、密封接头和密封接头台肩，密封接头的上端与连接管的下端连接，密封接头中部设有轴向的压力通道，快插单向阀测压接头伸入至压力通道内，密封接头上套设有密封接头密封圈，密封接头两侧设有密封接头台肩，密封接头的下端与连接长管的上端连接。

5.根据权利要求1所述的天然气水合物回转式保压取心器，其特征在于：所述球阀管与上球阀座的贴合处设有上球阀座密封圈，球阀管与下球阀座的贴合处设有下球阀座密封圈；下球阀座从上至下设有承重弹簧和球阀下压盖，承重弹簧上下两端分别与下球阀座和球阀下压盖连接，下球阀座的上端与球阀的下端接触。

6.根据权利要求1或5所述的天然气水合物回转式保压取心器，其特征在于：所述球阀与和下球阀座之间为浮动接触。