CN111706283A - 一种绳索取心钻具的岩心管单向阀机构 - Google Patents

Abstract

一种绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，包括岩心管接头、推力套、可升降式阀座、圆柱销和钢球；所述岩心管接头设有上下贯通的内孔及与内孔垂直贯通的排液孔，在岩心管接头外面套装推力套，并在岩心管接头的侧壁中部对称设置两个圆柱销避让孔；所述推力套为圆柱状套管，在推力套上配装圆柱销；所述可升降式阀座为下端设有圆锥型收口的套管，置于岩心管接头的内孔中，并可轴向上下运动，在可升降式阀座的侧壁上设置轴向长孔，当可升降式阀座处于下位时，轴向长孔与岩心管接头下部的排液孔贯通；所述钢球放置在可移动式阀座中。本发明通过对各组成零部件结构及其配合关系的优化设计，达到了保证岩心的品质和采取率、提高工作效率的目的。

Description

一种绳索取心钻具的岩心管单向阀机构

技术领域

本发明涉及一种绳索取心钻具，尤其是一种绳索取心钻具的岩心管单向阀机构。

背景技术

特深科学钻探是通过特深孔取心、再利用获取的岩心开展地质学研究的一种科学探索活动，为提高取心钻进效率及岩心采取质量、降低钻探成本，特深科学钻探大多选择绳索取心钻进工艺。

在绳索取心钻进工艺流程中，岩心进入岩心管时需通过单向阀排除岩心管内部的冲洗液，打捞内管时再通过单向阀的关闭来防止冲洗液对管内岩心造成冲蚀，因此在绳索取心钻具中设置了岩心管单向阀机构。现有技术中，岩心管单向阀机构采用钢球与固定式阀座配合的方式，钻进过程中随着岩心进入岩心管，推动钢球向上移动与阀座分离，单向阀处于打开状态，岩心管内部的冲洗液被排除；打捞内管时，在冲洗液及自身重力作用下，钢球回落至阀座中，单向阀关闭，管内岩心处于封闭保压状态。由于上述岩心管单向阀机构中阀座与钢球配合的内锥度较小，而在地表出心作业时，为使出心便捷，一般保持钻具在垂直方向上较小的倾斜角度，此时钢球与固定式球座仍处于贴合状态，造成岩心管内部负压，增加了出心难度和作业时间，降低了工作效率。

发明内容

本发明提供一种绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，旨在通过优化各组成零部件结构及其配合关系，达到保证岩心的品质和采取率、提高工作效率的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，包括岩心管接头、推力套、可升降式阀座、圆柱销和钢球；所述岩心管接头设有上下贯通的内孔及与内孔垂直贯通的排液孔，其上、下两端分别与绳索取心钻具内管总成的连接套及岩心管装配，在岩心管接头外面套装推力套，并在岩心管接头的侧壁中部对称设置两个圆柱销避让孔；所述推力套为圆柱状套管，在推力套上配装圆柱销；所述圆柱销两端穿过岩心管接头的圆柱销避让孔后与推力套侧壁上设置的销孔装配；所述可升降式阀座为下端设有圆锥型收口的套管，置于岩心管接头的内孔中，并可轴向上下运动，在可升降式阀座的侧壁上设置轴向长孔，当可升降式阀座处于下位时，轴向长孔与岩心管接头下部的排液孔贯通；所述钢球放置在可移动式阀座中，钢球与可升降式阀座下端的圆锥型收口配合实现密封功能。

上述绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，还设有可升降式阀座定位组件，所述可升降式阀座定位组件包括换位套和设置在岩心管接头外壁上的轴向插槽，所述换位套套装在岩心管接头外侧，位于推力套的下面，在换位套侧壁上对称设置与岩心管接头外壁上轴向插槽配合的两个向下延伸的定位插块；所述设置在岩心管接头外壁上的轴向插槽包括两组，其中一组为位于排液孔上方的高位插槽，另一组为与高位插槽呈90º旋转角的低位插槽。

上述绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，还设有可升降式阀座复位及压紧组件，所述可升降式阀座复位及压紧组件包括复位弹簧和堵头；所述堵头固定在岩心管接头的上端；所述复位弹簧套装在岩心管接头的内孔中，以预压缩方式安装在堵头底面与可升降式阀座上端面之间。

上述绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，在所述岩心管接头内孔的底部设置密封环槽，并在所述密封环槽中安装弹性密封圈。

上述绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，所述岩心管接头上、下两端分别通过螺纹连接结构与绳索取心钻具内管总成的连接套及岩心管装配，在岩心管接头中部外圆面上对称设置至少四个安装工具夹持面。

上述绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，在所述推力套的外侧壁上设有矩形握持槽。

上述绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，在所述换位套外侧壁上设有环状握持槽。

上述绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，所述堵头以螺纹连接方式与岩心管接头固定装配。

本发明为一种绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，它可通过钢球与可升降式阀座的配合来控制单向阀的开闭，通过可升降式阀座位置的变化实现岩心管保压和泄压功能的切换。在绳索取心钻具钻进过程中，安装在推力套上的圆柱销搭载于岩心管接头的圆柱销避让孔底部，换位套的两个定位插块卡入岩心管接头的两个低位插槽中，可升降式阀座在自身和钢球重力、复位弹簧预压缩力作用下处于低位，此时岩心管被封堵，随着岩心进入岩心管，推动钢球向上移动与可升降式阀座分离，单向阀被打开，岩心管内部的冲洗液被排除；打捞内管时，在冲洗液及自身重力作用下，钢球回落至可升降式阀座的圆锥型收口部位，单向阀关闭，管内岩心处于封闭保压状态；在地表出心作业时，操作人员可通过一只手向上移动推力套，由推力套带动圆柱销至圆柱销避让孔顶部，此时通过圆柱销将可升降阀座举升至高位，复位弹簧被进一步压缩，然后另一只手向上推动换位套，使换位套的两个定位插块与岩心管接头的两个低位插槽分离，然后将换位套旋转90度，将换位套的两个定位插块滑入到岩心管接头高位插槽中，随后两只手分别松开推力套和换位套，推力套、可升降式阀座在复位弹簧弹力的作用下向下移动，直至推力套接触换位套，此时岩心管上端处于开放状态，泄压通道被打通，消除岩心管上端可能产生的负压，使复杂地层钻取的岩心更易出管。由此可见，本发明通过对各组成零部件结构及其配合关系的优化设计，达到了保证岩心的品质和采取率、提高工作效率的目的。

附图说明

图1是本发明所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构示意图；

图2是岩心管接头剖面结构示意图；

图3是图2中A-A剖面结构示意图；

图4是图2中B-B剖面结构示意图；

图5是推力套剖面结构示意图；

图6是图5中C-C剖面结构示意图；

图7是换位套剖面结构示意图；

图8是图7中D-D剖面结构示意图；

图9是可升降式阀座剖面结构示意图；

图10是图9的侧视图；

图11是本发明在地表出心作业时工作过程示意图。

图中各标号清单为：

1、堵头；

2、岩心管接头，2-1、安装工具夹持面，2-2、圆柱销避让孔，2-3、高位插槽，2-4、排液孔，2-5、低位插槽，2-6、密封环槽，2-7、内孔；

3、推力套，3-1、矩形握持槽,3-2、销孔；

4、换位套，4-1、环状握持槽，4-2、定位插块；

5、可升降式阀座，5-1、轴向长孔，5-2、圆锥型收口；

6、弹性密封圈；

7、岩心管；

8、钢球；

9、圆柱销；

10、复位弹簧；

11、连接套。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

参看图1、图2、图3、图5、图6、图9、图10，本发明所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，包括岩心管接头2、推力套3、可升降式阀座5、圆柱销9和钢球8；所述岩心管接头2设有上下贯通的内孔2-7及与内孔垂直贯通的排液孔2-4，在岩心管接头2的内孔2-7的底部设置密封环槽2-6，并在所述密封环槽2-6中安装弹性密封圈6，岩心管接头2上、下两端分别通过螺纹连接结构与绳索取心钻具内管总成的连接套11及岩心管7装配，在岩心管接头2中部外圆面上对称设置至少四个安装工具夹持面2-1，在岩心管接头2外面套装推力套3，在岩心管接头2的侧壁中部对称设置两个圆柱销避让孔2-2；所述推力套3为圆柱状套管，在推力套上配装圆柱销9，并在所述推力套3的外侧壁上设有矩形握持槽3-1；所述圆柱销9两端穿过岩心管接头2的圆柱销避让孔2-2后与推力套3侧壁上设置的销孔3-2装配；所述可升降式阀座5为下端带有圆锥型收口5-2的套管，置于岩心管接头2的内孔2-7中，并可轴向上下运动，在可升降式阀座5的侧壁上设置轴向长孔5-1，当可升降式阀座5处于下位时，轴向长孔5-1与岩心管接头2下部的排液孔2-4贯通；所述钢球8放置在可移动式阀座5中，钢球8与可升降式阀座5下端的圆锥型收口5-2配合实现密封功能。

参看图1、图2、图3、图4、图7、图8，本发明所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，还设有可升降式阀座定位组件，所述可升降式阀座定位组件包括换位套4和设置在岩心管接头2外壁上的轴向插槽，所述换位套4套装在岩心管接头2外侧，位于推力套3的下面，在所述换位套4外侧壁上设有环状握持槽4-1，并在换位套4侧壁上对称设置与岩心管接头外壁上轴向插槽配合的两个向下延伸的定位插块4-2；所述设置在岩心管接头外壁上的轴向插槽包括两组，其中一组为位于排液孔2-4上方的高位插槽2-3，另一组为与高位插槽2-3呈90º旋转角的低位插槽2-5。

参看图1、图2，本发明所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，还设有可升降式阀座复位及压紧组件，所述可升降式阀座复位及压紧组件包括复位弹簧10和堵头1；所述堵头1以螺纹连接方式固定在岩心管接头2的上端；所述复位弹簧10套装在岩心管接头2的内孔2-7中，以预压缩方式安装在堵头1底面与可升降式阀座5上端面之间。

参看图1至图11，本发明所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，其工作原理是：在绳索取心钻具钻进过程中，安装在推力套3上的圆柱销9搭载于岩心管接头2的圆柱销避让孔2-2底部，换位套4的两个定位插块4-2卡入岩心管接头2的两个低位插槽2-5中，可升降式阀座5在自身和钢球8重力、复位弹簧10预压缩力作用下处于低位，此时岩心管7被封堵（如附图1所示），随着岩心进入岩心管7，推动钢球8向上移动与可升降式阀座5圆锥型收口5-2分离，单向阀被打开，岩心管7内部的冲洗液被排除。打捞内管时，在冲洗液及自身重力作用下，钢球8回落至可升降式阀座5的圆锥型收口5-2处，单向阀关闭，管内岩心处于封闭保压状态。在地表出心作业时，被打捞至地面上的岩心管单向阀机构中可升降式阀座5处于低位，钢球8位于可升降式阀座5的圆锥型收口5-2处，单向阀关闭，换位套4的两个定位插块4-2卡入岩心管接头2的两个低位插槽2-5中（如图11中状态Ⅰ所示）；操作人员可一只手通过推力套3外壁上的矩形握持槽3-1向上移动推力套3，由推力套3带动圆柱销9移动至圆柱销避让孔2-2顶部，此时通过圆柱销9将可升降阀座5举升至高位，复位弹簧10被进一步压缩（如图11中状态Ⅱ所示），然后操作人员另一只手通过换位套4外壁上环状握持槽4-1向上推动换位套4，使换位套4的两个定位插块4-2与岩心管接头2的两个低位插槽2-5分离，再将换位套4旋转90度，将换位套4的两个定位插块4-2滑入到岩心管接头高位插槽2-3中（如图11中状态Ⅲ所示），随后操作人员的两只手分别松开推力套3和换位套4，推力套3、可升降式阀座5在复位弹簧10弹力的作用下向下移动，直至推力套3接触到换位套4（如图11中状态Ⅳ所示），此时岩心管7上端处于开放状态，泄压通道被打通，消除岩心管上端可能产生的负压，使复杂地层钻取的岩心更易出管。

Claims (8)

1.一种绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，其特征是，它包括岩心管接头（2）、推力套（3）、可升降式阀座（5）、圆柱销（9）和钢球（8）；所述岩心管接头（2）设有上下贯通的内孔（2-7）及与内孔垂直贯通的排液孔（2-4），其上、下两端分别与绳索取心钻具内管总成的连接套（11）及岩心管（7）装配，在岩心管接头（2）外面套装推力套（3），并在岩心管接头（2）的侧壁中部对称设置两个圆柱销避让孔（2-2）；所述推力套（3）为圆柱状套管，在推力套上配装圆柱销（9）；所述圆柱销（9）两端穿过岩心管接头（2）的圆柱销避让孔（2-2）后与推力套（3）侧壁上设置的销孔（3-2）装配；所述可升降式阀座（5）为下端设有圆锥型收口（5-2）的套管，置于岩心管接头（2）的内孔（2-7）中，并可轴向上下运动，在可升降式阀座（5）的侧壁上设置轴向长孔（5-1），当可升降式阀座（5）处于下位时，轴向长孔（5-1）与岩心管接头（2）下部的排液孔（2-4）贯通；所述钢球（8）放置在可移动式阀座（5）中，钢球（8）与可升降式阀座（5）下端的圆锥型收口（5-2）配合实现密封功能。

2.根据权利要求1所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，其特征是，它还设有可升降式阀座定位组件，所述可升降式阀座定位组件包括换位套（4）和设置在岩心管接头外壁上的轴向插槽，所述换位套（4）套装在岩心管接头（2）外侧，位于推力套（3）的下面，在换位套（4）侧壁上对称设置与岩心管接头外壁上轴向插槽配合的两个向下延伸的定位插块（4-2）；所述设置在岩心管接头（2）外壁上的轴向插槽包括两组，其中一组为位于排液孔（2-4）上方的高位插槽（2-3），另一组为与高位插槽（2-3）呈90º旋转角的低位插槽（2-5）。

3.根据权利要求1或2所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，其特征是，它还设有可升降式阀座复位及压紧组件，所述可升降式阀座复位及压紧组件包括复位弹簧（10）和堵头（1）；所述堵头（1）固定在岩心管接头（2）的上端；所述复位弹簧（10）套装在岩心管接头（2）的内孔（2-7）中，以预压缩方式安装在堵头（1）底面与可升降式阀座（5）上端面之间。

4.根据权利要求3所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，其特征是，在所述岩心管接头（2）的内孔（2-7）的底部设置密封环槽（2-6），并在所述密封环槽（2-6）中安装弹性密封圈（6）。

5.根据权利要求4所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，其特征是，所述岩心管接头（2）上、下两端分别通过螺纹连接结构与绳索取心钻具内管总成的连接套（11）及岩心管（7）装配，在岩心管接头（2）中部外圆面上对称设置至少四个安装工具夹持面（2-1）。

6.根据权利要求4所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，其特征是，在所述推力套（3）的外侧壁上设有矩形握持槽（3-1）。

7.根据权利要求4所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，其特征是，在所述换位套（4）外侧壁上设有环状握持槽（4-1）。

8.根据权利要求4所述的绳索取心钻具的岩心管单向阀机构，其特征是，所述堵头（1）以螺纹连接方式与岩心管接头（2）固定装配。

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