CN113982516A - 一种用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，包括取心钻杆和内管总成；内管总成的外圆处设置有至少一组第一动轴承轮和至少一组第二动轴承轮；第一动轴承轮和第二动轴承轮与取心钻杆内壁滚动接触；取心钻杆包括内夹层和外夹层；外夹层用于作为从地面到孔底的钢链穿过的运动通道；取心钻杆的内壁上开设有一圈环形槽，环形槽内设置有至少两个定滑轮，且在靠近定滑轮的内夹层的孔底出口端上设置导轮；钢链的一端从地面穿过取心钻杆上的外夹层，并依次缠绕导轮、定滑轮、第二动轴承轮和第一动轴承轮。本发明为适用于小口径超长水平或仰斜钻孔的取心钻具，且有效解决了传统取心钻具在水平钻孔中不能完成内管总成的投送的问题。
Description
技术领域
本发明属于取心钻具的技术领域，具体涉及一种用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具。
背景技术
川藏线的建设中，由于我国西南地区复杂的地形地貌，以及高海拔的影响，使用水平定向钻进进行勘察效果较好。但在其实际应用中，由于钻孔近水平，取心钻具不能依靠自身的重力到达孔底完成复位，加之钻具在钻孔内重力方向与钻孔轴线方向垂直，在重力作用下导致取心钻具不能居中，取心钻具紧贴钻杆钻孔内孔壁，内管总成与钻杆壁之间巨大的滑动摩擦力致使内管总成难以达到孔底，导致取心困难，随着钻孔深度的增加，甚至于不能完成取心。因此解决超深水平钻孔取心问题对于水平勘察钻孔十分重要，需要一种新型的技术解决超深水平钻孔取心难题。
而在目前已有的技术中，现场钻孔施工多数是用高压泥浆将内管总成利用泥浆压力冲至孔底，而随着钻孔深度的增加，泥浆压力在孔内损失严重，以及密封性等问题，作用在内管总成上的压力不足以推送至足够深度的孔底。在专利公开号为CN111810071A公开的一种海底钻机取心装置中，利用滑轨架解决了动力头与绞车一体化设计的造成的尺寸与重量过大的问题。但是其局限于海底钻取钻进，为竖直孔，且水平勘察钻孔要求全孔取心，为小口径钻进，不能用于水平勘察钻孔中，而现有技术中并没有一种适用于小口径超长水平或仰斜钻孔的取心钻具。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，以解决传统取心钻具在水平钻孔中不能完成内管总成的投送的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，其包括取心钻杆和与取心钻杆配合的内管总成；内管总成的外圆处设置有至少一组第一动轴承轮和至少一组第二动轴承轮；第一动轴承轮和第二动轴承轮与取心钻杆内壁滚动接触；取心钻杆包括作为内管总成运动通道的内夹层和外夹层；外夹层用于作为从地面到孔底的钢链穿过的运动通道；
取心钻杆的内壁上开设有一圈环形槽，环形槽内设置有至少两个定滑轮，且在靠近定滑轮的内夹层的孔底出口端上设置导轮；钢链的一端从地面穿过取心钻杆上的外夹层，并依次缠绕导轮、定滑轮、第二动轴承轮和第一动轴承轮。
进一步地，内管总成的外圆上开设有多个用于固定夹持器的键槽，两个呈镜像对称的键槽为一组；键槽与水平面之间所成的锐角为15°~45°。
进一步地，夹持器的两个支脚分别插入一组中的两个键槽内，且插入支脚后的键槽与支脚之间存在间隙。
进一步地，夹持器还包括设置于支架顶部的连接部，且在连接部上开设有连接孔；所述第一动轴承轮和第二动轴承轮中部的轴承孔穿过连接轴，连接轴的两端分别穿入对立的两个连接孔内，并通过螺钉旋入连接部锁紧连接轴。
进一步地，钢链包括若干个可断开的节点，且若干个节点之间存在咬合槽；钢链的两端分别缠绕于对立的两个第一动轴承轮上，且其中一端穿过取心钻杆的内夹层到达地面。
进一步地，第一动轴承轮包括设置于滚轮内部的滚珠轴承，滚轮的中部开设有与钢链配合的环形状的第一凹槽。
进一步地，第二动轴承轮、定滑轮和导轮均包括设置于滚轮内部的滚珠轴承；滚轮的中部开设有与钢链配合的环形状的第二凹槽，位于滚轮凹槽内的外柱面上均匀间隔分布有若干个齿轮；齿轮与钢链上的咬合槽咬合连接。
进一步地，第一凹槽的槽深大于第二凹槽的槽深。
进一步地，位于第一动轴承轮和第二动轴承轮一侧的内管总成上均设置有支架，支架上固定安装与取心钻杆内壁接触的导轮。
本发明提供的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，具有以下有益效果：
本发明采用第一动轴承轮、第二动轴承轮与钢链的配合进行水平取心，在孔底钻杆处增加定滑轮，改变对内管总成力的作用方向，拉力亦可使内管总成下入孔底完成复位，在内管总成上增加多个导轮，并在取心钻杆内壁上刻入与导轮配合的导轨，使内管总成以滚动的形式进下入孔底，减小因钻孔水平导致的内管总成与取心钻杆内壁之间的摩擦力。
附图说明
图1为用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具的结构示意图。
图2为用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具的侧视图。
图3为用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具的钢链的结构图。
图4为用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具的第一动轴承轮结构图。
图5为第一动轴承轮的纵剖图。
图6为第二动轴承轮的纵剖图。
图7为用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具的第二动轴承轮结构图。
图8为用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具的夹持器结构图。
其中，1、取心钻杆；2、内管总成；3、第一动轴承轮；4、钢链；5、第二动轴承轮；6、定滑轮；7、夹持器；8、滚珠轴承；9、导轮；10、内夹层；11、外夹层；12、环形槽；13、节点；14、咬合槽；15、连接部；16、螺钉；17、支脚；18、轴承孔；19、第一凹槽；20、齿轮；21、第二凹槽；22、支架。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，包括取心钻杆1和与取心钻杆1配合的内管总成2；内管总成2的外圆处设置有至少一组第一动轴承轮3和至少一组第二动轴承轮5，一组第一动轴承轮3包括两个第一动轴承轮3，两个第一动轴承轮3对立设置于内管总成2的两侧，一组第二动轴承轮5包括两个第二动轴承轮5，两个第二动轴承轮5对立设置于内管总成2的两侧，且第一动轴承轮3和第二动轴承轮5与取心钻杆1内壁滚动接触。
取心钻杆1上开设有内夹层10和外夹层11，其中，内夹层10位于取心钻杆1的中部，用于作为内管总成2运动通道。
外夹层11开设于取心钻杆1的内壁中，用于作为从地面到孔底的钢链4穿过的运动通道。
取心钻杆1的内壁上开设有一圈环形槽12，环形槽12内设置有至少两个定滑轮6，两个定滑轮6对立设置。
且在靠近定滑轮6的内夹层10的孔底出口端上设置导轮9，钢链4的一端从地面穿过取心钻杆1上的外夹层11，并依次缠绕导轮9、定滑轮6、第二动轴承轮5和第一动轴承轮3。
根据本申请的一个实施例，参考图2-图8，本方案的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，内管总成2的外圆上开设有多个用于固定夹持器7的键槽，两个呈镜像对称的键槽为一组，为一组的两个键槽与水平面之间所成的锐角为15°~45°。
夹持器7的两个支脚17分别插入一组中的两个键槽内，且插入支脚17后的键槽与支脚17之间存在间隙，便于安装、拆卸，同时可以具有一定力的缓冲能力。
夹持器7优选为四个，两个夹持器7对立设置于内管总成2的前端，另外两个夹持器7对立设置于内管总成2的尾部。
参考图8，夹持器7还包括设置于支架22顶部的连接部15，且在连接部15上开设有连接孔；第一动轴承轮3和第二动轴承轮5中部的轴承孔18穿过连接轴，连接轴的两端分别穿入对立的两个连接孔内，并通过螺钉16旋入连接部15锁紧连接轴，使取心钻杆1钻动时，总能对内管总成2起到支撑作用。
参考图3，钢链4包括若干个可断开的节点13，节点13可人工随时断开，且若干个节点13之间存在咬合槽14；钢链4的两端分别缠绕于对立的两个第一动轴承轮3上，且其中一端穿过取心钻杆1的内夹层10到达地面。
钢链4作为传递地面与内管总成2拉力的链条式结构，其在任意节点13处可断开，便于随着钻孔深度增加钻杆加装时加长刚链长度，并在回转钻井时可在孔口断开，提钻时在与孔外卷扬机连接。
钢链4在安装时，先将安装完成的内管总成2置于取心钻杆1的孔口，然后将钢链4穿过取心钻杆1的内夹层10，缠绕于取心钻杆1底部的导轮9和定滑轮6，继续缠绕第二动轴承轮5和第一动轴承轮3，且穿过第一动轴承轮3顶端的钢链4长度留有余地。拉动外侧钢链4，使内管总成2进入取心钻杆1内，拉动另一侧钢链4则使内管总成2往孔口移动。
在钢链4拉动内管总成2下入孔底后，则将多余长度的钢链4拆断，分离孔内的钢链4与孔外的钢链4，孔内的随着钻杆回转同时转动，完成取心钻进。
提钻时，将拆断的钢链4两端重新连接起来，再拉动另一端钢链4提出内管总成2，提出岩心，再次下钻时重复上述步骤。
参考图4和图5，第一动轴承轮3包括设置于滚轮内部的滚珠轴承8，滚轮的中部开设有与钢链4配合的环形状的第一凹槽19。
第一动轴承轮3和第二动轴承轮5在取心过程中，用于带动内管总成2下入孔底，且在滑动滚动的时候带给内管总成2向前的推力使其深入孔底。
第一动轴承轮3用于连接下钻和提钻两边的钢链4，并用于固定钢链4与内管总成2之间的连接传递力，第二动轴承轮5作为定滑轮6与第一动轴承轮3之间钢链4的连接桥梁作用。
参考图6和图7，第二动轴承轮5、定滑轮6和导轮9均包括设置于滚轮内部的滚珠轴承8；滚轮的中部开设有与钢链4配合的环形状的第二凹槽21，位于滚轮凹槽内的外柱面上均匀间隔分布有若干个齿轮20，齿轮20与钢链4上的咬合槽14咬合连接，进而进行力的传递。
第一动轴承轮3与钢链4直接作用，钢链4直接固定在第一凹槽19内，由钢链4对轴承轮的拉力带动转动。
其上的第一凹槽19内并没有齿轮20，但第一凹槽19的槽深大于第二凹槽21的槽深，钢链4的一端直接从取心钻杆1内夹层10到达地面，起到打捞内管总成2的作用；另一端则是通过孔底定滑轮6改变方向后从取心钻杆1的外夹层11回到地面。
位于第一动轴承轮3和第二动轴承轮5一侧的内管总成2上均设置有支架22，支架22上固定安装与取心钻杆1内壁接触的导轮9。
定滑轮6固定于取心钻杆1孔底，受到钢链4产生的拉力发生转动，使地面对钢链4向孔外的力，在经过、定滑轮6，导轮9和第二动轴承轮5后，作用在第一动轴承轮3上，变为对第一动轴承轮3向孔内的力，带动内管总成2下入孔底。
参考图8，夹持器7为对称的两部分组成，一端插入内管总成2的键槽上面，另一端夹持住动轴承轮后，由螺钉16旋入连接部15锁紧连接轴。键槽具有一定角度，在和内管总成2与第一动轴承轮3装配完成后，键槽轴线与第一动轴承轮3轴线的夹角，使得键槽内部的空隙不足以让夹持器7移动。
导轮9的结构与第二动轴承轮5结构相同，但导轮9的尺寸小于第二动轴承轮5的尺寸，导轮9用于确保钢链4在孔内不会发生大的偏移，防止钢链4在孔内因取心钻杆1回转导致钢链4脱轨，减少钢链4在取心钻杆1内的偏差，使其能够顺利与第二动轴承轮5上的齿轮20结构咬合。在通过导轮9矫正后，钢链4与第二动轴承轮5结合。
本方案的于超深水平钻孔的轮式取心钻具的工作原理为：
将内管总成2置于取心钻杆1的孔口，内管总成2上的第一动轴承轮3和第一动轴承轮3与取心钻杆1的内壁滚动接触，内管总成2被钢链4拉动下入孔底，钢链4在孔底经过导轮9改变一次提供拉力的方向，将地面提供的向孔外的拉力，转变成拖动内管总成2下入孔底的拉力，拉动钢链4使内管总成2下入孔底后完成复位。
待岩心装满岩心管后，拉动内侧钢链4，则直接将内管总成2提出孔外，重复上述步骤完成下一次取心。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，其特征在于：包括取心钻杆和与取心钻杆配合的内管总成；所述内管总成的外圆处设置有至少一组第一动轴承轮和至少一组第二动轴承轮；所述第一动轴承轮和第二动轴承轮与取心钻杆内壁滚动接触；所述取心钻杆包括作为内管总成运动通道的内夹层和外夹层；所述外夹层用于作为从地面到孔底的钢链穿过的运动通道；
所述取心钻杆的内壁上开设有一圈环形槽，环形槽内设置有至少两个定滑轮，且在靠近定滑轮的内夹层的孔底出口端上设置导轮；所述钢链的一端从地面穿过取心钻杆上的外夹层，并依次缠绕导轮、定滑轮、第二动轴承轮和第一动轴承轮。
2.根据权利要求1所述的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，其特征在于：所述内管总成的外圆上开设有多个用于固定夹持器的键槽，两个呈镜像对称的键槽为一组；所述键槽与水平面之间所成的锐角为15°~45°。
3.根据权利要求2所述的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，其特征在于：所述夹持器的两个支脚分别插入一组中的两个键槽内，且插入支脚后的键槽与支脚之间存在间隙。
4.根据权利要求3所述的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，其特征在于：所述夹持器还包括设置于支架顶部的连接部，且在连接部上开设有连接孔；所述第一动轴承轮和第二动轴承轮中部的轴承孔穿过连接轴，连接轴的两端分别穿入对立的两个连接孔内，并通过螺钉旋入连接部锁紧连接轴。
5.根据权利要求1所述的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，其特征在于：所述钢链包括若干个可断开的节点，且若干个节点之间存在咬合槽；所述钢链的两端分别缠绕于对立的两个第一动轴承轮上，且其中一端穿过取心钻杆的内夹层到达地面。
6.根据权利要求5所述的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，其特征在于：所述第一动轴承轮包括设置于滚轮内部的滚珠轴承，所述滚轮的中部开设有与钢链配合的环形状的第一凹槽。
7.根据权利要求6所述的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，其特征在于：所述第二动轴承轮、定滑轮和导轮均包括设置于滚轮内部的滚珠轴承；所述滚轮的中部开设有与钢链配合的环形状的第二凹槽，位于滚轮凹槽内的外柱面上均匀间隔分布有若干个齿轮；齿轮与钢链上的咬合槽咬合连接。
8.根据权利要求7所述的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，其特征在于：所述第一凹槽的槽深大于第二凹槽的槽深。
9.根据权利要求1所述的用于超深水平钻孔的滑轮式取心钻具，其特征在于：位于所述第一动轴承轮和第二动轴承轮一侧的内管总成上均设置有支架，所述支架上固定安装与取心钻杆内壁接触的导轮。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN113982516B (zh) | 2022-03-08 |
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