CN113047797A - 一种钻具及具有该钻具的岩土取芯设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钻具，目的是解决现有钻具取放取芯筒时操作繁琐的技术问题。所采用的技术方案是：一种钻具，包括：头杆、连接于头杆顶部的加长杆、连接于加长杆顶部的尾杆、设于头杆内的取芯筒；其中，所述头杆、加长杆、尾杆均为空心杆，所述头杆具有对取芯筒底端构成支撑的凸台部；所述取芯筒与滑块滑动连接，并设置沿水平方向将滑块部分推出取芯筒外周的第一弹簧；所述头杆的内壁固接有限位件，所述限位件对滑块支出取芯筒外周部分的上表面构成限位；所述头杆内设有将滑块推回取芯筒外周范围内的顶推机构；所述取芯筒的顶部连接有用于将取芯筒向上拉出的第一拉绳。另外，本发明还提供了具有前述钻具结构的岩土取芯设备。

Description

一种钻具及具有该钻具的岩土取芯设备

技术领域

本发明涉及地质勘探设备技术领域，具体涉及一种钻具及具有该钻具的岩土取芯设备。

背景技术

取芯是指为了解地层地质情况，对所钻地层进行岩石取样的过程。随着技术的不断发展，各种岩土取芯设备层出不穷，但现有的岩土取芯设备在进行取芯操作时仍存在着诸多不便。

例如，现有的取芯设备在取芯时往往需要将钻杆从钻井内起出，从而拆下取芯筒进行取芯操作；当需要在原有深度的基础上继续向下取芯时，则需要重新安装取芯筒并重新组装钻杆，然后将钻杆重新放入钻井内进行二次下钻。如此繁琐的操作会导致作业人员的工作量与劳动强度大大增加，不利于工作效率的提高，并进而导致作业进度发生延缓。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钻具，其取放取芯筒时无需将钻杆从钻井内起出，操作更加简便，有利于工作效率的提高。基于相同的发明构思，本发明的另一个目的在于提供一种具有上述钻具的岩土取芯设备。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种钻具，包括：头杆、连接于头杆顶部的加长杆、连接于加长杆顶部的尾杆、设于头杆内的取芯筒；其中，所述头杆、加长杆、尾杆均为空心杆，所述头杆具有对取芯筒底端构成支撑的凸台部；所述取芯筒与滑块滑动连接，并设置沿水平方向将滑块部分推出取芯筒外周的第一弹簧；所述头杆的内壁固接有限位件，所述限位件对滑块支出取芯筒外周部分的上表面构成限位；所述头杆内设有将滑块推回取芯筒外周范围内的顶推机构；所述取芯筒的顶部连接有用于将取芯筒向上拉出的第一拉绳。

可选的，所述取芯筒的上部设置沿径向贯穿取芯筒的限位通道，所述第一弹簧与所述滑块限位于限位通道内；所述滑块设置两个，分别位于第一弹簧的两端；所述顶推机构设置两组，与滑块一一对应。

可选的，所述顶推机构包括在动力源的驱动下沿上下方向移动的顶推件；所述顶推件具有对应于头杆内壁的弧面，以及与弧面相对用于将滑块推回取芯筒外周范围内的支撑面；所述顶推件的顶推端具有从支撑面斜向延伸至弧面的顶推面，所述弧面在顶推端超出支撑面。

可选的，所述顶推机构还包括固接于头杆内壁的支撑块；所述支撑块的顶部具有向上延伸的套筒；所述顶推件的上部具有翼肋，所述翼肋底部具有与套筒对应的插杆。

可选的，所述套筒的外周套设有第二弹簧，所述第二弹簧构成驱动顶推件向上复位的动力源；所述顶推件的弧面在上部设置用于连接第二拉绳的第二锚固部，所述头杆内壁在第二锚固部的下方设置一定滑轮；与第二锚固部连接的拉绳在绕过定滑轮后沿头杆内壁向上延伸。

可选的，所述滑块朝向顶推件的一面在上部与下部分别设置一坡面。

可选的，所述取芯筒由对扣的两个半壳构成；两半壳的相对边对应设置有连接块，并通过穿设于连接块的螺栓固接；所述头杆与加长杆的内壁分别设置沿竖直方向延伸的限位槽，所述连接块限位于限位槽内，所述限位槽通过对连接块的限位来阻止取芯筒转动。

可选的，所述第一拉绳包括第一绳主体以及设于第一绳主体两端的第一挂扣，所述第二拉绳包括第二绳主体以及设于第二绳主体两端的第二挂扣；所述第一拉绳与所述第二拉绳分别设置多根。

可选的，所述尾杆的底部设置用于悬挂第一挂扣与第二挂扣的第一锚固部。

本申请还提供了一种岩土取芯设备，其具有前述结构的钻具。

本发明的工作原理为：当需要取出取芯筒时，通过顶推机构将滑块沿水平方向推回取芯筒的外周范围内，从而使滑块脱离限位件的限位；通过第一拉绳向上提拉取芯筒，即可将取芯筒向上拉出。当需要重新放入取芯筒时，通过第一拉绳将取芯筒向下放入头杆内，并通过顶推机构将滑块沿水平方向推回取芯筒的外周范围，从而使随取芯筒同步向下移动的滑块能顺利经过限位件到达限位件的下方，接着令顶推机构松开对滑块的顶推，从而使滑块在第一弹簧的作用下被部分推出取芯筒的外周范围；如此，限位件即可对滑块位于取芯筒外周范围的部分的上表面构成限位，从而完成对取芯筒的限位锁定。

由此可知，本发明的有益效果是：无需将钻杆从钻井内起出，即可完成对取芯筒的取放，并进而完成取芯操作，操作更加简便，有利于工作效率的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为头杆与取芯筒的装配示意图；

图3为图2的剖视图；

图4为图3中A部的放大图；

图5为顶推件与取芯筒进行配合的示意图；

图6为头杆与顶推件的装配示意图；

图7为头杆设置限位件的示意图；

图8为顶推件的结构示意图；

图9为顶推件另一个角度的示意图；

图10为滑块的结构示意图；

图11为取芯筒的结构示意图；

图12为半壳的结构示意图；

图13为尾杆设置第一锚固部的示意图；

附图标记：1、头杆；2、加长杆；3、尾杆；4、取芯筒；5、凸台部；6、滑块；7、第一弹簧；8、限位件；9、限位通道；10、顶推件；11、弧面；12、支撑面；13、顶推面；14、支撑块；15、套筒；16、插杆；17、第二弹簧；18、第二锚固部；19、定滑轮；20、坡面；21、半壳；22、连接块；23、限位槽；24、第一锚固部。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图1～13对本发明的实施例进行详细说明。

本发明实施例提供了一种钻具，该钻具包括：头杆1、连接于头杆1顶部的加长杆2、连接于加长杆2顶部的尾杆3、设于头杆1内的取芯筒4。应当理解的是，头杆1、加长杆2、尾杆3设有相适配的内外螺纹，以螺纹连接的方式首尾连接，共同构成钻杆；此外，可在头杆1的底端设置钻头，加长杆2可设置首尾连接的多根。尾杆3用于连接驱动电机，在增加加长杆2或取放取芯筒4时，将最顶端的加长杆2与尾杆3进行分拆，即可加装加长杆2或取放取芯筒4。其中，所述头杆1、加长杆2、尾杆3均为空心杆，所述头杆1具有对取芯筒4底端构成支撑的凸台部5；所述取芯筒4与滑块6滑动连接，并设置沿水平方向将滑块6部分推出取芯筒4外周的第一弹簧7；所述头杆1的内壁固接有限位件8，所述限位件8对滑块6支出取芯筒4外周部分的上表面构成限位；所述头杆1内设有将滑块6推回取芯筒4外周范围内的顶推机构；所述取芯筒4的顶部连接有用于将取芯筒4向上拉出的第一拉绳。应当理解的是，可在钻井口附近设置一绞盘，通过人力或电机进行驱动；当需要取出取芯筒4时，将第一拉绳的顶端与设置在钻井的绞盘连接，通过绞盘收卷第一拉绳，即可将取芯筒4向上拉出；反之，通过绞盘放卷第一拉绳，即可将取芯筒4向下放入头杆1内；当取芯筒4放置在头杆1内时，可将第一拉绳的上端与绞盘断开连接，卷收并固定在尾杆3内。此外，还可在头杆1或取芯筒4的底部设置卡具或卡簧，用于切断岩芯或防止岩芯脱落，此为本领域现有技术，在此不再赘述其结构及原理。

下面阐述本发明的具体实施方式，当需要取出取芯筒4时，通过顶推机构将滑块6沿水平方向推回取芯筒4的外周范围内，从而使滑块6脱离限位件8的限位；通过第一拉绳向上提拉取芯筒4，即可将取芯筒4向上拉出。当需要重新放入取芯筒4时，通过第一拉绳将取芯筒4向下放入头杆1内，并通过顶推机构将滑块6沿水平方向推回取芯筒4的外周范围，从而使随取芯筒4同步向下移动的滑块6能顺利经过限位件8到达限位件8的下方，接着令顶推机构松开对滑块6的顶推，从而使滑块6在第一弹簧7的作用下被部分推出取芯筒4的外周范围；如此，限位件8即可对滑块6位于取芯筒4外周范围的部分的上表面构成限位，从而完成对取芯筒4的限位锁定。本发明无需将钻杆从钻井内起出，即可完成对取芯筒4的取放，并进而完成取芯操作，操作更加简便，有利于工作效率的提高。

在本申请公开的一个实施例中，所述取芯筒4的上部设置沿径向贯穿取芯筒4的限位通道9，所述第一弹簧7与所述滑块6限位于限位通道9内；所述滑块6设置两个，分别位于第一弹簧7的两端；所述顶推机构设置两组，与滑块6一一对应。应当理解的是，也可在限位通道9的中部设置隔断，在隔断的两侧分别设置一个第一弹簧7，并在第一弹簧7的外端设置一滑块6。

在本申请公开的一个实施例中，所述顶推机构包括在动力源的驱动下沿上下方向移动的顶推件10；所述顶推件10具有对应于头杆1内壁的弧面11，以及与弧面11相对用于将滑块6推回取芯筒4外周范围内的支撑面12；所述顶推件10的顶推端具有从支撑面12斜向延伸至弧面11的顶推面13，所述弧面11在顶推端超出支撑面12。应当理解的是，顶推件10可设置在限位件8的下方，其上端构成顶推端，顶推件10向上移动，即可将滑块6推回取芯筒4的外周范围，令顶推件10回到滑块6的下方，即可松开对滑块6的推赶。顶推件10也可设置在限位件8的上方，其上下两端分别构成顶推端；向下放入取芯筒4时，顶推件10的上端将滑块6推回取芯筒4的外周范围，从而使随取芯筒4同步下降的滑块6能顺利到达限位件8的下方；顶推件10向上复位，即可松开对滑块6的推赶；当需要将取芯筒4向上取出时，令顶推件10向下移动，其下端会将滑块6推回取芯筒4的外周范围，从而使滑块6脱离限位件8的限位。此外，可在顶推件10的下方设置作为动力源的气缸或电缸，并适配用于供电的蓄电池。

在本申请公开的一个实施例中，所述顶推机构还包括固接于头杆1内壁的支撑块14；所述支撑块14的顶部具有向上延伸的套筒15；所述顶推件10的上部具有翼肋，所述翼肋底部具有与套筒15对应的插杆16。应当理解的是，通过套筒15与插杆16的配合，可以更好地对顶推件10进行限位。

在本申请公开的一个实施例中，所述套筒15的外周套设有第二弹簧17，所述第二弹簧17构成驱动顶推件10向上复位的动力源；所述顶推件10的弧面11在上部设置用于连接第二拉绳的第二锚固部18，所述头杆1内壁在第二锚固部18的下方设置一定滑轮19；与第二锚固部18连接的拉绳在绕过定滑轮19后沿头杆1内壁向上延伸。应当理解的是，向上拉动第二拉绳，通过定滑轮19改变力的方向，即可令顶推件10在第二拉绳的拉动下向下移动；减小对第二拉绳的拉力，即可减小第二拉绳对顶推件10的拉力，在第二弹簧17的作用力下，顶推件10即可向上移动。如此一来，无需在头杆1内设置用于作为动力源的气缸或电缸，避免了供电的麻烦。第二锚固部18通常是挂环结构，也可以是挂钩结构或挂杆机构。第二拉绳可通过人力向上拉动，也可通过在钻井口附近设置电气设备来向上拉动。当钻具在钻井内转动进行下钻时，第二拉绳的上端可卷收固定在尾杆3内。

在本申请公开的一个实施例中，所述滑块6朝向顶推件10的一面在上部与下部分别设置一坡面20。应当理解的是，该坡面20可以是斜平面或弧面11。

在本申请公开的一个实施例中，所述取芯筒4由对扣的两个半壳21构成；两半壳21的相对边对应设置有连接块22，并通过穿设于连接块22的螺栓固接；所述头杆1与加长杆2的内壁分别设置沿竖直方向延伸的限位槽23，所述连接块22限位于限位槽23内，所述限位槽23通过对连接块22的限位来阻止取芯筒4转动。

在本申请公开的一个实施例中，所述第一拉绳包括第一绳主体以及设于第一绳主体两端的第一挂扣，所述第二拉绳包括第二绳主体以及设于第二绳主体两端的第二挂扣；所述第一拉绳与所述第二拉绳分别设置多根。应当理解的是，第一拉绳与第二拉绳的长度宜与加长杆2的长度适配，每增加一节加长杆2，即增加一根第一拉绳与一根第二拉绳，更加方便。

在本申请公开的一个实施例中，所述尾杆3的底部设置用于悬挂第一挂扣与第二挂扣的第一锚固部24。应当理解的是，当钻具进行工作时，可将第一拉绳的顶端与第二拉绳的顶端悬挂在第一锚固部24，更加方便。当第二拉绳的顶端悬挂在第一锚固部24时，第二拉绳处于拉直状态，以使第一锚固部24承担第二拉绳的重力。第一锚固部24可以是挂环结构或挂钩结构，也可以是两端分别与尾杆3内壁固接的挂杆结构。

本申请还提供了一种岩土取芯设备，其具有前述任一结构的钻具。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种钻具，其特征在于，包括：

头杆（1）；及

连接于头杆（1）顶部的加长杆（2）；及

连接于加长杆（2）顶部的尾杆（3）；及

设于头杆（1）内的取芯筒（4）；

其中，所述头杆（1）、加长杆（2）、尾杆（3）均为空心杆，所述头杆（1）具有对取芯筒（4）底端构成支撑的凸台部（5）；

所述取芯筒（4）与滑块（6）滑动连接，并设置沿水平方向将滑块（6）部分推出取芯筒（4）外周的第一弹簧（7）；

所述头杆（1）的内壁固接有限位件（8），所述限位件（8）对滑块（6）支出取芯筒（4）外周部分的上表面构成限位；

所述头杆（1）内设有将滑块（6）推回取芯筒（4）外周范围内的顶推机构；所述取芯筒（4）的顶部连接有用于将取芯筒（4）向上拉出的第一拉绳。

2.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于：所述取芯筒（4）的上部设置沿径向贯穿取芯筒（4）的限位通道（9），所述第一弹簧（7）与所述滑块（6）限位于限位通道（9）内；所述滑块（6）设置两个，分别位于第一弹簧（7）的两端；所述顶推机构设置两组，与滑块（6）一一对应。

3.根据权利要求1或2所述的钻具，其特征在于：所述顶推机构包括在动力源的驱动下沿上下方向移动的顶推件（10）；所述顶推件（10）具有对应于头杆（1）内壁的弧面（11），以及与弧面（11）相对用于将滑块（6）推回取芯筒（4）外周范围内的支撑面（12）；所述顶推件（10）的顶推端具有从支撑面（12）斜向延伸至弧面（11）的顶推面（13），所述弧面（11）在顶推端超出支撑面（12）。

4.根据权利要求3所述的钻具，其特征在于：所述顶推机构还包括固接于头杆（1）内壁的支撑块（14）；所述支撑块（14）的顶部具有向上延伸的套筒（15）；所述顶推件（10）的上部具有翼肋，所述翼肋底部具有与套筒（15）对应的插杆（16）。

5.根据权利要求4所述的钻具，其特征在于：所述套筒（15）的外周套设有第二弹簧（17），所述第二弹簧（17）构成驱动顶推件（10）向上复位的动力源；所述顶推件（10）的弧面（11）在上部设置用于连接第二拉绳的第二锚固部（18），所述头杆（1）内壁在第二锚固部（18）的下方设置一定滑轮（19）；与第二锚固部（18）连接的拉绳在绕过定滑轮（19）后沿头杆（1）内壁向上延伸。

6.根据权利要求3所述的钻具，其特征在于：所述滑块（6）朝向顶推件（10）的一面在上部与下部分别设置一坡面（20）。

7.根据权利要求1所述的钻具，其特征在于：所述取芯筒（4）由对扣的两个半壳（21）构成；两半壳（21）的相对边对应设置有连接块（22），并通过穿设于连接块（22）的螺栓固接；所述头杆（1）与加长杆（2）的内壁分别设置沿竖直方向延伸的限位槽（23），所述连接块（22）限位于限位槽（23）内，所述限位槽（23）通过对连接块（22）的限位来阻止取芯筒（4）转动。

8.根据权利要求5所述的钻具，其特征在于：所述第一拉绳包括第一绳主体以及设于第一绳主体两端的第一挂扣，所述第二拉绳包括第二绳主体以及设于第二绳主体两端的第二挂扣；所述第一拉绳与所述第二拉绳分别设置多根。

9.根据权利要求8所述的钻具，其特征在于：所述尾杆（3）的底部设置用于悬挂第一挂扣与第二挂扣的第一锚固部（24）。

10.一种岩土取芯设备，其特征在于：具有权利要求1～9中任意一项所述的钻具。

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