CN113389511B - 一种绳索取芯钻具及其取芯方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钻探取样设备领域，更具体地，涉及一种绳索取芯钻具及其取芯方法，其中绳索取芯钻具包括外管总成、设于外管总成内部的内管总成及用于对内管总成进行打捞的打捞机构；外管总成包括钻杆，内管总成包括设于钻杆内部的芯管和与芯管相连的连接头结构，连接头结构与钻杆的内壁抵接，打捞机构与连接头结构相连接；通过钩接内管总成、提取内管总成及释放内管总成这几个步骤完成取芯过程；本发明整体结构设置简单，结构之间配合稳定，故障率低，取样的过程中能够防止芯管在取样时的扰动，取芯的过程中又可轻易与钻杆脱离，避免了内管总成与外管总成卡死而发生无法取芯的情况，脱钩无需人工干预，即可完成自主脱钩，操作过程简单高效。

Description

一种绳索取芯钻具及其取芯方法

技术领域

本发明涉及钻探取样设备领域，更具体地，涉及一种绳索取芯钻具及其取芯方法。

背景技术

钻探取样是利用钻探设备在地层中获得样品的技术，通过分析样品成分来了解地层中蕴藏的资源情况，对于人类的未来发展十分重要，目前主要应用于陆地地质的勘探、海底深层钻探和空间资源探测。

为了提高钻进取芯效率，降低取样成本，大多数的钻探采用了绳索取芯的方法，尤其在复杂的钻探环境，样品的提取可能会受到钻探深度的影响，绳索取芯的优点在于其在取芯时不需要提取出所有钻管，而是通过专用的打捞器将装有样品的芯管打捞上来即可。

相比传统的频繁下钻以获得样品的方法，绳索取芯有着明显的优势，但是依然存在绳索取芯机构失效的情况，普通的钻具在钻探取样的过程中经常遇到特殊地层而导致卡钻或者塌孔的情况，严重影响了取样的进度。主要的原因在于现有的钻具系统存在以下问题：钻具的功能单一、钻进阻力大导致钻头容易损坏、卡芯机构对样品的扰动程度大、内管与外管的配合容易卡死造成打捞困难、打捞器的结构复杂或者需要人工辅助作业等实际问题。

现有技术如公告号CN108360993A的中国专利，该专利公开了一种勘探绳索取芯钻具，包括外管总成和与外管总成配合使用的内管总成，外管总成包括弹卡挡头、弹卡室、座环、外管和钻头；内管总成包括与弹卡挡头配合的捞矛头、弹卡架、与弹卡室配合卡接的弹卡钳、回收管、与座环配合悬挂的悬挂环、芯轴和内管，该专利设计长度更短，零件数目大幅度减少，成本低，虽然克服了上顶滑移现象，但是该专利中弹簧钳在长时间使用后弹簧会疲劳而导致弹性下降即仍会出现内管与外管卡死造成打捞困难的问题。

因此，提出一种结构简单、取芯方便、脱钩高效的绳索取芯钻具及其取芯方法，对于我国钻探取样的技术发展是极具意义的。

发明内容

本发明为克服上述现有技术钻具结构复杂、内管与外管的配合容易卡死造成取芯困难、脱钩需人工辅助的技术问题，提供一种结构简单、内管与外管不易卡死、脱钩高效的绳索取芯钻具及其取芯方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：包括外管总成、设于所述外管总成内部的内管总成及用于对所述内管总成进行打捞的打捞机构；所述外管总成包括钻杆；所述内管总成包括设于所述钻杆内部的芯管和与所述芯管相连的连接头结构；所述连接头结构与所述钻杆的内壁抵接；所述打捞机构与所述连接头结构相连接。

本发明取样过程中，可使连接头结构与钻杆抵接，可使得内管总成不会在外管总成内发生移动，使得样品能够顺利进入芯管中实现取样操作；取样结束后，可解除连接头结构与钻杆的抵接，通过打捞机构与连接头结构的配合可将内管总成从外管总成中取出实现取芯操作；通过这样的结构设置可在取样的过程中能够防止芯管在取样时的扰动，可有效防止芯管发生大幅度滑移而导致取样失败；而取芯的过程中又可轻易与钻杆脱离，避免了内管总成与外管总成卡死而无法取芯的情况；整个结构设置简单，无复杂的连接关系，故障率低，使用方便，高效稳定。

优选的，所述连接头结构包括一端与所述芯管可拆卸连接的套管、与所述钻杆内壁抵接的卡芯结构及与所述卡芯结构相连的捞矛头；所述卡芯结构设于所述套管内；所述捞矛头的一部分从套管的一端伸出；所述套管的另一端与芯管可拆卸连接；取样时卡芯结构张开时与钻杆内壁抵接，可使得在取样过程中芯管稳定的位于外管总成内，以便于顺利取样，而取芯时卡芯结构收缩，能够轻易解除内管总成与钻杆之间的限位，避免了内管总成与钻杆卡死而无法取芯的情况，可使得内管总成能够从外管总成中顺利脱出，操作方便高效。

优选的，所述卡芯结构为由第一卡芯块、第二卡芯块、第二连接块及第一连接块首尾铰接形成的四连杆结构；所述第一连接块和第二连接块的铰接端与所述捞矛头固定连接；所述第一卡芯块和第二卡芯块的铰接端与所述套管固定连接；所述钻杆内壁设有与所述第一卡芯块滑动抵接的第一滑槽和与所述第二卡芯块滑动抵接的第二滑槽；四连杆结构的设置简单，通过推拉第一连接块和第二连接块的铰接端即可实现第一卡芯块和第二卡芯块的张开或收缩，使得第一卡芯块和第二卡芯块的张合稳定，进而使得内管总成与外管总成的抵接或脱离简单高效；该第一滑槽和第二滑槽的设置可使得在进样的过程中芯管有一定程度的滑动，即内管总成和外管总成之间的定位和固定对位置精度要求不高，允许一定的位置偏差。

优选的，所述外管总成还包括一端与所述钻杆可拆卸连接的第一钻头和与所述第一钻头另一端可拆卸连接的第二钻头；首先钻杆、第一钻头及第二钻头之间可拆卸配合便于定期对各部分进行清理和维护；其次两个钻头的配合涉及能够提高钻头的排屑速度提升钻进的速度。

优选的，所述第一钻头表面上沿第一钻头周向间隔均匀的设有多个第一切削齿，所述第一切削齿呈倾斜设置；这样的设置可便于第一切削齿插至土壤中，进而可提高钻进的速度。

优选的，所述第二钻头表面上沿第二钻头周向间隔均匀的设有多个第二切削齿；多个第二切削齿与多个第一切削齿的位置交错分布；所述第二钻头的下端内部设有第一凸台；所述第一凸台上设有多个出水孔；第二切削齿与第一切削齿的位置交错分布可提高钻进速度；出水孔的设置能降低钻头温度，减少钻进阻力及孔壁的破坏，并确保孔壁光滑完整和防止塌孔卡钻等问题。

优选的，所述打捞机构包括与所述捞矛头相钩接的打捞器、一端与所述打捞器相连的打捞绳、与所述打捞绳另一端相连的收卷结构及用于使打捞器与捞矛头脱离的脱钩结构；所述脱钩结构与所述打捞绳绕接；打捞器将捞矛头钩住后，通过收卷结构收卷打捞绳，进而打捞绳可带动打捞器将内管总成从外管总成中取出，内管总成取出后通过脱钩结构将打捞器与捞矛头分离，整个过程取芯稳定，操作简单。

优选的，所述打捞器包括与所述打捞绳一端相连的打捞体、可相互远离的第一打捞钩和第二打捞钩及用于第一打捞钩和第二打捞钩进行复位的复位件；所述第一打捞钩和第二打捞钩分别设于所述打捞体的相对侧面上；第一打捞钩和第二打捞钩相互远离时捞矛头部分结构进入第一打捞钩和第二打捞钩之间，并通过复位件的复位作用使得第一打捞钩和第二打捞钩迅速复位使得捞矛头钩接在两个打捞钩上，对接简单高效，对打捞钩的位置精度要求低，允许打捞钩有较大的位置偏差，并可以在任何时候实现外管和内管的分离。

优选的，所述脱钩结构包括滑槽臂、滑动设于所述滑槽臂内的移动臂、与所述移动臂一端相连的吊臂、用于驱动所述吊臂运动的第一驱动件、用于对打捞绳进行支撑导向的第一滑轮及用于对打捞绳进行限位固定的限位件；所述第一滑轮可转动的设于所述吊臂上；所述限位件活动设于所述吊臂的侧边；所述限位件包括上端部、一端与所述上端部相连的连接部及与所述连接部另一端相连的下端部；所述上端部所在平面与下端部所在平面的夹角为锐角；所述上端部所在平面与连接部所在平面的夹角为锐角；所述下端部所在平面与连接部所在平面的夹角为锐角；第一驱动件驱动吊臂移动，吊臂移动的过程中带动移动臂在滑槽臂内移动，该移动臂和滑槽臂的设置可提高吊臂移动的稳定性；第二滑轮的设置可压紧打捞绳，起定向和增大摩擦的作用；该限位件的设置还可有效避免芯管因收卷机构的失效而发生侧翻的情况，十分安全可靠。

一种使用绳索取芯钻具的取芯方法，包括如下步骤：

步骤一钩接内管总成：启动收卷结构工作，打捞器自由下落，第一打捞钩和第二打捞钩克服复位件的初始复位力相互远离，使捞矛头上端进入第一打捞钩和第二打捞钩之间，在复位件的作用下，第一打捞钩和第二打捞钩复位并将捞矛头钩接在第一打捞钩和第二打捞钩上，完成对内管总成的钩接操作；

步骤二提取内管总成：收卷结构继续工作，收拢打捞绳，打捞绳增加的张力不足以使打捞器脱离捞矛头，故捞矛头在打捞绳的牵引下向上运动，卡芯结构开始收紧，并与钻杆脱离，内管总成在打捞绳的牵引下完全脱离外管总成；

步骤三释放内管总成：启动脱钩结构工作，打捞器在吊臂的带动下移动，打捞绳的张力继续增大，增加的张力能够使第一打捞钩和第二打捞钩从捞矛头上脱离，实现内管总成与打捞器的脱离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明中卡芯结构的设置可在取样、取芯过程中根据需要张开或闭合，进而可实现内管总成与钻杆的抵接与否，通过这样的结构设置可在取样的过程中能够防止芯管在取样时的扰动，可有效防止芯管发生大幅度滑移而导致取样失败；而取芯的过程中在打捞绳的牵引下又可轻易与钻杆脱离，避免了内管总成与外管总成卡死而无法取芯的情况；

2)本发明中打捞器与捞矛头的对接简单，对打捞钩的位置精度要求低，允许打捞钩有较大的位置偏差，并可以在任何时候实现外管和内管的分离；

3)本发明中脱钩结构的设置不需人工干预，即可完成自主脱钩，操作过程简单高效，同时限位件和第二滑轮的设置还可有效避免芯管因收卷机构的失效而发生侧翻的情况，十分安全可靠；

4)本发明整体结构设置简单，结构之间配合稳定，故障率低，方便耐用，实用性强，适用范围广，具有非常高的应用价值。

附图说明

图1为本发明绳索取芯钻具的结构示意图；

图2为本发明外管总成、内管总成、打捞器配合的结构示意图；

图3为图2中A处的放大图；

图4为本发明第一钻头的结构示意图；

图5为本发明第二钻头的结构示意图；

图6为本发明第二钻头的内部结构示意图；

图7为本发明连接头结构的结构示意图；

图8为本发明连接头结构的正视图；

图9为本发明捞矛头和卡芯结构配合的结构示意图；

图10为本发明打捞器的结构示意图；

图11为本发明打捞器的仰视图；

图12为本发明脱钩结构的结构示意图；

图13为本发明限位件和吊臂配合的结构示意图；

图14为本发明限位件的立体图；

图15为本发明限位件的侧视图；

图16为本发明钩接内管总成的状态图；

图17为本发明提取内管总成的状态图；

图18为本发明释放内管总成的状态图。

附图中：11-钻杆，111-第一滑槽，112-第二滑槽，113-第一内螺纹，114-第一外螺纹，12-第一钻头，121-第一切削齿，1211-第一斜面，122-第二内螺纹，123-第二外螺纹，13-第二钻头，131-第二切削齿，1311-第二斜面，1312-第三斜面，132-第一凸台，133-第二凸台，134-出水孔，135-第三内螺纹，136-环形倒角，21-芯管，221-第四内螺纹，22-堆芯捕捉器，221-瓣片，31-套管，311-腰形通孔，312-圆形通孔，313-第一矩形开孔，314-第二矩形开孔，315-第四外螺纹，32-捞矛头，321-锥头部，322-第一径头部，323-第二径头部，324-圆盘部，325-圆筒部，326-圆台部，327-斜坡面，41-第一卡芯块，411-第一矩形通孔，412-第一矩形开槽，42-第二卡芯块，422-第二矩形通孔，43-第一连接块，432-第三矩形通孔，44-第二连接块，45-第一固定销轴，46-第二固定销轴，47-限位销轴，48-第三固定销轴，51-打捞体，511-导向槽，512-绳索紧固螺栓，52-第一打捞钩，521-第一销轴，522-第一矩形槽，523-第一凸台，524-第一细螺栓，53-第二打捞钩，531-第二销轴，532-第二矩形槽，533-第二凸台，534-第二细螺栓，54-复位件，6-打捞绳，71-第二驱动件，72-滚筒，73-支撑架，81-滑槽臂，82-移动臂，83-第一驱动件，84-吊臂，841-凸块，85-第一滑轮，851-粗螺栓，86-限位件，861-上端部，862-连接部，863-下端部，864-钩状卡口，87-第二滑轮，871-细螺栓，88-支撑框架，9-支架。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，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的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例

如图1-15所示为一种绳索取芯钻具的实施例，包括外管总成1、内管总成2、打捞机构及支架9；其中内管总成2设于外管总成1内，其中打捞机构用于将内管总成2从外管总成1中取出。

具体的，该外管总成1包括钻杆11、第一钻头12及第二钻头13，其中钻杆11的一端设有第一内螺纹113，另一端设有第一外螺纹114，这样设置可根据采样需求将多根钻杆通过螺纹连接起来，进而可满足不同的取样深度。

其中第一钻头12和第二钻头13均呈圆筒状，该第一钻头12的一端与钻杆11可拆卸配合，该第一钻头12的另一端与第二钻头13可拆卸配合，具体的，该第一钻头12的一端设有第二内螺纹122，另一端设有第二外螺纹123，第二钻头13的一端设有第三内螺纹135；该第一钻头12端部的第二内螺纹122与钻杆11端头的第一外螺纹114螺接实现第一钻头与钻杆的连接，该第一钻头12端部的第二外螺纹123与第二钻头13端头的第三内螺纹135螺接实现第一钻头12和第二钻头13的连接。

其中第一钻头12的表面设有多个第一切削齿121，具体的，该第一切削齿的上端面为第一斜面1211，外表面和两侧面为矩形设计；多个第一切削齿121沿第一钻头12的圆周方向间隔均匀的分布，该第一切削齿121的数量设置为偶数，且该第一切削齿121呈倾斜设置，该第一切削齿之间形成多个长条状的第一排屑槽。

其中第二钻头13另一端的内部设有第一凸台132和第二凸台133，该第一凸台132和第二凸台133均为环形凸台，该第一凸台132和第二凸台133之间通过环形倒角136过渡，该第一凸台132上间隔均匀的设有多个出水孔134。

该第二钻头13的表面设有多个第二切削齿131，具体的，该第二切削齿131的上端面与外表面之间通过第二斜面1311过渡，下端面与外表面之间通过第三斜面1312过渡，两侧面为平面，形状类似于“L”型；多个第二切削齿131沿第二钻头13的圆周方向间隔均匀的分布，该第二切削齿131的数量设置为偶数，且与第一切削齿的数量设置相同；该第二切削齿之间形成多个第二排屑槽。

当第一钻头12与第二钻头13装配在一起时，第一切削齿121和第二切削齿131交错布置，第一排屑槽和第二排屑槽错开分布；第一钻头12和第二钻头13的设置能够提高钻头的排屑速度，提升钻进的速度，同时出水孔134的设置能够降低钻头温度，减少转进阻力及对孔壁的破坏，确保孔壁光滑完整和防止塌孔卡钻的问题。

其中内管总成2设于该外管总成1内，具体的，该内管总成2包括芯管21、连接头结构3及堆芯捕捉器22，该芯管21一端与堆芯捕捉器22相连，该堆芯捕捉器22设有多个瓣片221，多个瓣片围设在一起，该瓣片221为弹性片，取样时该瓣片受到挤压展开，样品可进入芯管内，芯管内样品充满后，样品会施加向下的力使展开的瓣片恢复闭合，使得样品不会掉下；当内管总成置于外管总成内时，该堆芯捕捉器22的下端抵接在第二钻头13的第二环形凸台133上，即芯管21外壁与外管总成1内壁之间存在一定间隙。

该芯管21的另一端连接头结构3可拆卸配合，具体的，该芯管21的端部设有第四内螺纹211，该连接头结构3与所述钻杆11的内壁滑动抵接，具体的，该连接头结构3包括套管31、捞矛头32及卡芯机构4；其中套管31为圆筒状，该套筒31的一端设有第四外螺纹315，该芯管端部的第四内螺纹211与套管31的第四外螺纹315螺接实现芯管21与套管31的连接。

其中捞矛头32与该套筒31的一端相配合，具体的，该捞矛头32包括锥头部321、第一径头部322、第二径头部323、圆盘部324及圆筒部325，该锥头部321与第一径头部322一端相连，该第一径头部322另一端与第二径头部323的一端相连，该第二径头部323的另一端通过一圆台部326与圆盘部324的一端相连，该圆盘部324的另一端与圆筒部325的一端相连。

其中锥头部321为圆锥体，该第一径头部322为圆柱体，该第一径头部322的底面圆的直径与锥头部321的底面圆的直径相等；其中第二径头部323为圆柱体，该第二径头部323的底面圆的直径小于第一径头部322底面圆的直径，其中圆盘部324为圆柱体，该圆盘部324的底面圆的直径大于套筒31的内径，该圆筒部325滑动设于套筒31内，该圆筒部325的另一端对称设有两个斜坡面327，该两个斜坡面的设置是有利于第一连接块43和第二连接块44的活动。

该圆筒部325与卡芯结构4相连，该卡芯结构4包括第一卡芯块41、第二卡芯块42、第一连接块43及第二连接块44，该第一卡芯块41、第二卡芯块42、第二连接块44及第一连接块43首尾铰接形成四连杆结构。

具体的，该第一卡芯块41的上端中间位置设有第一矩形通孔411，下端中间出设有第一矩形开槽412；第二卡芯块的下端两侧设有第一矩形缺口，上端中间设置有第二矩形通孔422；第一连接块下端两侧为第二矩形缺口，上端中间位置设有第三矩形通孔432；第二连接块的上端两侧设有第三矩形缺口，下端两侧设有第四矩形缺口。

第一卡芯块41的上端与第一连接块43的下端通过第一固定销轴45连接，第二卡芯块42的上端与第二连接块44的下端通过第二固定销轴46连接，该第一卡芯块41的下端和第二卡芯块42下端通过第三固定销轴48连接，该套筒31的外壁相对侧设有一对圆形通孔312，该第三固定销轴48两端安装在该固定通孔312上。

其中第一连接块43的上端和第二连接块44的上端通过限位销轴47连接，该限位销轴47固定安装在圆筒部325上；该限位销轴47与圆筒部325连接位置与斜坡面327成90°角；该套筒31的外壁相对侧设有一对腰形通孔311，该限位销轴47活动安装在腰形通孔311上，第一限位销轴47可在腰形通孔311内上下移动。

该套筒31的外壁设有第一矩形开孔313和第二矩形开孔314，该第一矩形开孔313和第二矩形开孔314相对设置；该第一矩形开孔313与腰形通孔和圆形通孔312均成90°；该第二矩形开孔314与腰形通孔和圆形通孔均呈90°；其中钻杆11的内壁设有第一滑槽111和第二滑槽112，该第一滑槽111和第二滑槽112相对设置，该第一卡芯块41可伸出第一矩形开孔313与第一滑槽111滑动抵接；该第二卡芯块42可伸出第二矩形开孔314与第二滑槽112滑动抵接。

在取样状态下，第一卡芯块41和第二卡芯块42处于展开状态，土壤进入芯管21的过程中，堆芯捕捉器22的瓣片受到挤压而展开，第一卡芯块41和第二卡芯块42也因收到向上的力分别顶在钻杆11内壁上的第一滑槽111和第二滑槽112的上端，使得整个芯管21固定不动；当芯管21被样品充满后，芯管21内的样品会施加向下的力使堆芯捕捉器22展开的瓣片恢复闭合，样品不会掉落。

其中打捞机构可将内管总成2从外管总成1中取出，具体的，该打捞机构包括打捞器5、打捞绳6、收卷结构7和脱钩结构8，具体的，该打捞绳6为一钢丝绳，该打捞绳的一端与打捞器5相连，另一端与收卷结构7相连，其中收卷结构7为一卷扬机，具体包括第二驱动件71、滚筒72及支撑架73，该第二驱动件71为市面上可直接购买的普通电机，具体结构和原理在此不再进行赘述，该第二驱动件71的输出端与滚筒72相连，该第二驱动件驱动滚筒72转动，该第二驱动件71和滚筒72安装在支撑架73上，该打捞绳6的一端与滚筒72相连，滚筒转动的过程中，打捞绳可缠绕在滚筒上实现对打捞绳的收卷效果。

其中打捞器5可将连接头结构3钩起，进而可将内管总成2从外管总成1中取出，具体的，该打捞器5包括打捞体51和打捞结构，该打捞体51为一圆柱体，且沿打捞体圆周方向均布了四个相同的导向槽511，其中相对的两个导向槽上开设有绳索固定孔，该打捞体的上端面中间处设有凹槽，该凹槽与绳固定孔相同，打捞绳6的一端伸至凹槽中，再将绳索紧固螺栓512插至绳索固定孔中对打捞绳6进行固定。

打捞结构设于打捞体上，可将捞矛头32钩起，具体的，该打捞结构包括第一打捞钩52、第二打捞钩53及复位件54，该第一打捞钩52和第二打捞钩53均是呈“L”型的直角件，其中第一打捞钩52和第二打捞钩53设于打捞体相对侧的导向槽中，且第一打捞钩的短边和第二打捞钩的短边相对；具体的，该第一打捞钩52的长边上端通过第一销轴521铰接在导向槽511上端中间处，该第二打捞钩53的长边上端通过第二销轴531铰接在另一导向槽511上端中间处。

该第一打捞钩52的短边端面上开设有第一矩形槽522，该第二打捞钩53的短边端面上开设有第二矩形槽532，该第一矩形槽522和第二矩形槽532的槽口宽度均大于第二径头部底面圆的直径，小于第一径头部底面圆的直径；且该第一打捞钩52的短边端面和第二打捞钩53的短边端面之间存在间距，该间距大于第二径头部底面圆的直径，便于与锥头部321的对接和脱离。

当捞矛头32挤进第一打捞钩52和第二打捞钩53的卡口后，为了第一打捞钩52和第二打捞钩53迅速复位闭合将捞矛头32钩住，还设置了复位件54，该复位件54为一弹簧，该打捞体51的下端内部开设有矩形孔，用于复位件54的安装，该第一打捞钩52的长边侧面的中间设有两个第一凸台523，第一凸台523上设有通孔，将第一细螺栓524插至通孔内可将复位件54一端的带钩进行固定，该第二打捞钩53的长边侧面的中间设有两个第二凸台533，第二凸台533上设有通孔，将第二细螺栓534插至通孔内可将复位件54另一端的带钩进行固定。

其中脱钩结构8与打捞绳6配合，可将实现打捞器与捞矛头的脱钩，具体的，该脱钩结构8包括滑槽臂81、移动臂82、第一驱动件83、吊臂84、第一滑轮85、限位件86、第二滑轮87及支撑框架88，其中支撑框架88设于支架9上，该滑槽臂81设于支撑框架88上，该滑槽臂81为一中空结构，该移动臂82滑动设于该滑槽臂81中，该移动臂82的端部与吊臂84相连，该第一驱动件83为市面上可直接购买的电动推杆，具体结构和原理在此不再进行赘述，该第一驱动件的活塞杆通过拖动块831与吊臂84的上端相连，第一驱动件带动吊臂移动的过程中，可带动移动臂在滑槽臂中滑动，该移动臂和滑槽臂的设置提高了吊臂运动的稳定性。

该吊臂84的下端设有第一滑轮85，该第一滑轮用于对打捞绳进行导向，该第一滑轮85通过粗螺栓851活动安装在吊臂84下端的内侧；该吊臂下端侧边设有凸块841，该限位件86通过细螺栓871活动连接在该凸块841上，该限位件86的内侧安装有可转动的第二滑轮87，该第二滑轮的设置可进一步压紧钢丝绳，起定向和增大摩擦；使得钢丝绳沿竖直方向工作，不会随意摆动。

该限位件86包括上端部861、连接部862及下端部863，该连接部862的上端与上端部861相连，该连接部862的下端与下端部863相连，该上端部所在平面与下端部所在平面的夹角为锐角，该上端部所在平面与连接部所在平面的夹角为锐角，该下端部所在平面与连接部所在平面的夹角为锐角，该下端部863设有钩状卡口864，该钩状卡口864宽度小于打捞体的径向宽度；正常情况下，限位件的上端部是靠在吊臂的侧边上的，当第二驱动件失效时，打捞绳可能会拖动打捞器和内管总成向上移动，当移动到限位件处时，打捞器可将限位件向上顶紧，由于限位件是可以绕细螺栓转动，在打捞器的作用力下，限位件往吊臂的侧边压紧，进而使得打捞绳不再移动，使得打捞器和内管总成能够停下来，通过这样的结构设置可有效避免芯管因收卷机构的失效而发生侧翻的情况，十分安全可靠。

如图16-18，本实施例还提供了一种使用绳索取芯钻具的取芯方法，包括如下步骤：

步骤一钩接内管总成，打捞器5为自由悬挂状态，第一打捞钩52和第二打捞钩53作用在锥头上的力主要来自打捞器5的重力，在高速下落中第一打捞钩52和第二打捞钩53的卡口很容易克服复位件54的初始复位力，使得锥头部321完全进入第一打捞钩52和第二打捞钩53之间，第一打捞钩52和第二打捞钩53与捞矛头32接触位置为第二径头部323处，在复位件54的作用下处于收紧状态，进而第一打捞钩52和第二打捞钩53可将捞矛头32钩住，此时打捞绳6的重全部来自打捞器5和内管总成2的重力，且该张力无法克服复位件54的初始复位力，且由于第一打捞钩52和第二打捞钩53的卡口宽度小于锥头部321的底面直径，在无其它外力的作用下，捞矛头32无法脱离打捞器5；

步骤二提取内管总成，启动第二驱动件71工作，滚筒72转动开始收拢打捞绳6，打捞绳6的张力开始增加，此时增加的张力不足以使打捞器5脱离捞矛头32，而捞矛头32在打捞绳6的牵引下向上运动，第一卡芯块41、第二卡芯块42、第一连接块43和第二连接块4形成的四连杆开始收紧，脱离钻杆11上的第一滑槽111和第二滑槽112，进而内管总成2可从外管总成1中脱离出来；

步骤三释放内管总成，启动第一驱动件83工作，收缩吊臂84，吊臂84和移动臂82在拖动块831的牵引下直线运动，打捞绳6的张力继续增大，增加张力能够使捞矛头32的第二径头部323从第一打捞钩52和第二打捞钩53短边的间隔处脱离，进而实现打捞器5与内管总成2的脱离。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种绳索取芯钻具，其特征在于：包括外管总成(1)、设于所述外管总成(1)内部的内管总成(2)及用于对所述内管总成(2)进行打捞的打捞机构；所述外管总成(1)包括钻杆(11)；所述内管总成(2)包括设于所述钻杆(11)内部的芯管(21)和与所述芯管(21)相连的连接头结构(3)；所述连接头结构(3)与所述钻杆(11)的内壁抵接；所述打捞机构与所述连接头结构(3)相连接；所述连接头结构(3)包括一端与所述芯管(21)可拆卸连接的套管(31)、与所述钻杆(11)内壁抵接的卡芯结构(4)及与所述卡芯结构(4)相连的捞矛头(32)；所述卡芯结构(4)设于所述套管(31)内；所述捞矛头(32)的一部分从套管(31)的一端伸出；所述套管(31)的另一端与芯管(21)可拆卸连接；所述卡芯结构(4)为由第一卡芯块(41)、第二卡芯块(42)、第二连接块(44)及第一连接块(43)首尾铰接形成的四连杆结构；所述第一连接块(43)和第二连接块(44)的铰接端与所述捞矛头(32)固定连接；所述第一卡芯块(41)和第二卡芯块(42)的铰接端与所述套管(31)固定连接；所述钻杆(11)内壁设有与所述第一卡芯块(41)滑动抵接的第一滑槽(111)和与所述第二卡芯块(42)滑动抵接的第二滑槽(112)；所述外管总成(1)还包括一端与所述钻杆(11)可拆卸连接的第一钻头(12)和与所述第一钻头(12)另一端可拆卸连接的第二钻头(13)，所述打捞机构包括与所述捞矛头(32)相钩接的打捞器(5)、一端与所述打捞器(5)相连的打捞绳(6)、与所述打捞绳(6)另一端相连的收卷结构(7)及用于使打捞器(5)与所述捞矛头(32)脱离的脱钩结构(8)；所述脱钩结构(8)与所述打捞绳(6)绕接。

2.根据权利要求1所述的一种绳索取芯钻具，其特征在于：所述第一钻头(12)表面上沿所述第一钻头(12)周向间隔均匀的设有多个第一切削齿(121)，所述第一切削齿(121)呈倾斜设置。

3.根据权利要求2所述的一种绳索取芯钻具，其特征在于：所述第二钻头(13)表面上沿所述第二钻头(13)周向间隔均匀的设有多个第二切削齿(131)；多个第二切削齿(131)与多个第一切削齿(121)的位置交错分布；所述第二钻头(13)的下端内部设有第一凸台(132)；所述第一凸台(132)上设有多个出水孔(134)。

4.根据权利要求1所述的一种绳索取芯钻具，其特征在于：所述打捞器(5)包括与所述打捞绳(6)一端相连的打捞体(51)、可相互远离的第一打捞钩(52)和第二打捞钩(53)及用于第一打捞钩和第二打捞钩进行复位的复位件(54)；所述第一打捞钩(52)和第二打捞钩(53)分别设于所述打捞体(51)的相对侧面上。

5.根据权利要求4所述的一种绳索取芯钻具，其特征在于：所述脱钩结构(8)包括滑槽臂(81)、滑动设于所述滑槽臂(81)内的移动臂(82)、与所述移动臂(82)一端相连的吊臂(84)、用于驱动所述吊臂(84)运动的第一驱动件(83)、用于对打捞绳(6)进行支撑导向的第一滑轮(85)及用于对打捞绳进行限位的限位件(86)；所述第一滑轮(85)可转动的设于所述吊臂(84)上；所述限位件(86)活动设于所述吊臂(84)的侧边；所述限位件(86)包括上端部(861)、一端与所述上端部(861)相连的连接部(862)及与所述连接部(862)另一端相连的下端部(863)；所述上端部(861)所在平面与下端部(863)所在平面的夹角为锐角；所述上端部(861)所在平面与连接部(862)所在平面的夹角为锐角；所述下端部(863)所在平面与连接部(862)所在平面的夹角为锐角。

6.一种应用权利要求1-5任一权利要求所述的绳索取芯钻具的取芯方法，包括如下步骤：

步骤一钩接内管总成：启动收卷结构(7)工作，打捞器(5)自由下落，第一打捞钩(52)和第二打捞钩(53)克服复位件(54)的初始复位力相互远离，使捞矛头(32)上端进入第一打捞钩(52)和第二打捞钩(53)之间，在复位件(54)的作用下，第一打捞钩(52)和第二打捞钩(53)复位并将捞矛头(32)钩接在第一打捞钩(52)和第二打捞钩(53)上，完成对内管总成的钩接操作；

步骤二提取内管总成：收卷结构(7)继续工作，收拢打捞绳(6)，打捞绳(6)增加的张力不足以使打捞器(5)脱离捞矛头(32)，故捞矛头(32)在打捞绳(6)的牵引下向上运动，卡芯结构(4)开始收紧，并与钻杆(11)脱离，内管总成在打捞绳的牵引下完全脱离外管总成(1)；

步骤三释放内管总成：启动脱钩结构(8)工作，打捞器(5)在吊臂(84)的带动下移动，打捞绳(6)的张力继续增大，增加的张力能够使第一打捞钩(52)和第二打捞钩(53)从捞矛头(32)上脱离，实现内管总成与打捞器(5)的脱离。