CN114165180A - 一种取心钻具及取心钻机 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种取心钻具及取心钻机，涉及工程勘察技术领域，以解决相关技术中的取心钻具容易损伤岩心、结构复杂和无法自动割心的问题。该取心钻具包括外管总成、内管总成与弹性爪。内管总成设置在外管总成内，内管总成能够相对外管总成向钻取方向的反方向运动，内管总成侧壁上形成有通孔；弹性爪设置在外管总成与内管总成之间，弹性爪末端抵靠在内管总成的外壁上，弹性爪处于弹性形变状态，使得弹性爪末端对内管总成的外壁施加压力；当内管总成相对外管总成向钻取方向的反方向运动，弹性爪相对内管总成运动，使得弹性爪末端伸入通孔内。本申请实施例提供的取心钻具用于钻探取心作业。

Description

一种取心钻具及取心钻机

技术领域

本申请涉及但不限于工程勘察技术领域，尤其涉及一种取心钻具及一种取心钻具。

背景技术

岩心是在地质勘查工作或工程中，从地层中钻取出的岩石样品，是了解地下地质和矿产最直观、最实际的资料。取心钻具是用来获取岩心的专用钻具，一般包括外管总成、内管总成与割心工具。外管总成和内管总成内外相套，外管总成能够旋转用于钻进，内管总成不转用于容纳岩心，割心工具用于将岩心切断。

目前相关技术中大致有两种取心钻具，一种取心钻具运用卡簧、拦簧或两者的组合件等割断岩心，但是卡簧、拦簧或两者的组合件等需要设置在内管总成内，在岩心伸入岩心管的过程中，十分容易与岩心碰撞，一方面阻碍岩心顺利伸入内管总成，另一方面会损坏岩心，使岩心采取率难以得到保证。另一种取心钻具采用液力加压割心工具或机械加压割心工具割取岩心，此种取心钻具结构复杂，容易导致可靠性较低和工作效率较低等问题，而且此种取心钻具的切割动作无法自动进行，需要工作人员的辅助操作。

发明内容

鉴于此，本申请实施例提供一种取心钻具及取心钻机，以解决的相关技术中的取心钻具容易损伤岩心、结构复杂和无法自动割心的问题。

为达到上述目的，本申请实施例第一方面提供一种取心钻具，包括外管总成、内管总成与弹性爪。其中，外管总成的一端为连接端，另一端为钻取端，连接端用于与旋转驱动件的输出端传动连接；内管总成设置在外管总成内，内管总成能够相对外管总成向钻取方向的反方向运动，内管总成侧壁上形成有通孔；弹性爪设置在外管总成与内管总成之间，弹性爪末端抵靠在内管总成的外壁上，弹性爪处于弹性形变状态，使得弹性爪末端对内管总成的外壁施加压力；当内管总成相对外管总成向钻取方向的反方向运动，弹性爪相对内管总成运动，使得弹性爪末端伸入通孔内。

进一步地，内管总成包括内管主体与端部管，端部管的一端与内管主体靠近钻取端的一端可拆卸，通孔形成于端部管的侧壁上。

进一步地，通孔靠近钻取端的一侧为参考侧，弹性爪位于参考侧远离钻取端的一侧，弹性爪末端相对弹性爪首端靠近钻取端。

进一步地，弹性爪末端靠近外管总成内壁的一侧形成有第一限位面，第一限位面远离弹性爪首端的一侧向远离外管总成内壁的方向倾斜，通孔内壁形成有第二限位面，第二限位面远离外管总成内壁的一侧向远离通孔的方向倾斜，当弹性爪末端伸入通孔内，第一限位面与第二限位面能够相互配合。

进一步地，弹性爪的数量为多个，多个弹性爪沿内管总成周向间隔分布，通孔的数量为多个，多个通孔沿内管总成周向间隔分布，弹性爪与通孔一一对应设置。

进一步地，取心钻具还包括导向件与挡件。其中，导向件设置在内管总成与外管总成之间，导向件与内管总成螺旋传动连接，多个弹性爪首端均固定在导向件上，当弹性爪末端抵靠在内管总成的外壁上，弹性爪末端位于相邻两个通孔之间，且相邻两个通孔之间仅设置有一个弹性爪；挡件设置在外管总成与内管总成之间，挡件位于导向件远离钻取端的一侧，挡件用于阻挡导向件向钻取方向的反方向移动。

进一步地，导向件与内管总成通过导向机构螺旋传动连接，导向机构包括导向槽与凸起，导向槽与凸起均设置在内管总成外壁与导向件之间，凸起与导向槽配合，内管总成的轴向与内管总成轴向的垂直方向均与导向槽的延伸方向之间具有夹角。

进一步地，内管总成外壁上形成有沿径向向外延伸的凸台，凸台位于导向件远离钻取端的一侧，取心钻具还包括第一弹性件，第一弹性件设置在内管总成与导向件间，第一弹性件对导向件施加朝向钻取方向的反方向的力，以使导向件远离钻取端的一侧抵靠在凸台上。

进一步地，导向件包括导向部与连接部。其中，导向部与内管总成螺旋传动连接，导向部远离钻取端的一端抵靠在凸台上，连接部的一端抵靠在导向部靠近钻取端的一端，弹性爪首端与连接部的另一端固定，导向件与连接件之间形成有限位槽与限位凸起，限位槽与限位凸起均沿钻取方向延伸，限位槽与限位凸起配合，第一弹性件设置在内管总成与连接部之间，以使连接部抵靠在导向件上。

进一步地，导向件呈筒状结构，内管总成穿设在筒状结构内。

进一步地，取心钻具还包括第二弹性件，第二弹性件设置在内管总成的靠近连接端的一端与连接端之间，第二弹性件处于弹性压缩状态，第二弹性件对内管总成施加朝向钻取方向的力，第二弹性件的长度大于第二弹性件处于最大压缩状态的长度。

进一步地，内管总成与外管总成转动连接，外管总成相对内管总成旋转的轴线与钻取方向重合，取心钻具还包括第一轴承，第一轴承设置在外管总成内，第一轴承的内圈相对外圈旋转的轴线与钻取方向平行，第二弹性件的一端与第一轴承的内圈固定连接，另一端抵靠在内管总成靠近连接端的一端上。

进一步地，外管总成包括连接管与外管主体。其中，连接管的一端为连接端，连接管的内壁上形成有沿径向向内延伸的第一台阶，内管总成外壁上形成有沿径向向外延伸的第二台阶，第二弹性件的至少一部分套设在内管总成上，且一端抵靠在第一台阶上，另一端抵靠在第二台阶上；外管主体的一端为钻取端，另一端与连接管的另一端可拆卸连接。

本申请实施例第二方面提供一种取心钻机，包括钻架、旋转驱动件与上述任一种取心钻具。其中，旋转驱动件固定在钻架上，取心钻具的连接端与旋转驱动件的输出端传动连接。

本申请实施例提供的取心钻具，当钻取端钻取地层，岩心的前端会通过内管总成靠近钻取端的一端伸入内管总成内。随着钻取端对地层的深入，岩心会逐渐填满内管总成，岩心的前端会逐渐地靠近连接端，最终在钻取方向上与内管总成靠近连接端的一端抵靠，并对内管总成施加向钻取方向的反方向的力。因为本申请实施例中的内管总成能够相对外管总成向钻取方向的反方向运动，所以当岩心的前端抵靠在内管总成靠近连接端的一端上，并对其施加向钻取方向的反方向的力，岩心会推动内管总成相对外管总成向钻取方向的反方向运动，从而使得弹性爪末端伸入通孔内，弹性爪末端会对位于内管总成内的岩心进行切割。本申请实施例提供的取心钻具有以下的优点：弹性爪在对岩心进行切割前位于内管总成外侧，岩心在伸入内管总成的过程中不会与弹性爪产生碰撞，故弹性爪不会对岩心造成损伤，而降低采取率，岩心也能够较为顺利的进入内管总成内；弹性爪末端在弹性力的作用下抵靠在内管总成外壁上，当内管总成相对外管总成向钻取方向的反方向运动，弹性爪末端会在弹性力的作用自动伸入通孔内对岩心进行切割，弹性爪结构简单，具有可靠性高和工作效率高等优点；随着钻取端对地层深入，岩心逐渐充满内管总成，岩心的前端会自动地推动内管总成相对外管总成向钻取方向的反方向运动，弹性爪相对内管总成运动与弹性爪末端伸入通孔内会自动触发，无需辅助操作，具有较高的可靠性，能够提高工作效率，也能够降低工作人员的工作强度。

附图说明

图1为本申请实施例中的取心钻具的结构示意图；

图2为本申请实施例中的弹性爪抵靠在外管总成外壁上的结构示意图；

图3为本申请实施例中的弹性爪通孔内的结构示意图；

图4为本申请实施例中的弹性爪固定在连接部上的结构示意图；

图5为本申请实施例中的导向部的结构示意图；

图6为本申请实施例中的端部管的结构示意图；

图7为图1中A处的局部放大图；

图8为图1中B处的局部放大图；

图9为图1中C处的局部放大图；

图10为图1中D处的局部放大图。

附图标记：1-外管总成；11-连接端；12-钻取端；13-容纳槽；14-连接管；141-第一台阶；15-外管主体；2-内管总成；21-通孔；211-第二限位面；22-内管主体；221-管部；222-轴部；23-端部管；24-凸起；25-凸台；26-第二台阶；3-弹性爪；31-弹性爪末端；32-弹性爪首端；33-第一限位面；4-导向件；41-导向槽；42-导向部；421-限位槽；43-连接部；431-限位凸起；5-挡件；6-第一弹性件；7-第二弹性件；8-第一轴承；9-第二轴承。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请实施例中，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。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

此外，在本申请实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。

在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

在本申请实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

岩心是在地质勘查工作或工程中，从地层中钻取出的岩石样品。取心钻具是用来获取岩心的专用钻具，一般包括外管总成、内管总成与割心工具。外管总成和内管总成内外相套，外管总成能够旋转用于钻进，内管总成不转用于容纳岩心，割心工具用于将岩心切断。具体地，外管总成钻进的过程中岩心会伸入内管总成，岩心将内管总成填满后割心工具将岩心切断。

目前相关技术中大致有两种取心钻具，一种取心钻具运用卡簧、拦簧或两者的组合件等割断岩心，但是卡簧、拦簧或两者的组合件等需要设置在内管总成内，在岩心伸入岩心管的过程中，十分容易与岩心碰撞，一方面阻碍岩心顺利伸入岩心管，另一方面会损坏岩心，使岩心采取率难以得到保证。另一种取心钻具采用液力加压割心工具或机械加压割心工具割取岩心，液力加压割心工具通过投球方式或采用液控换向阀来实现憋压，为割取岩心提供压力；机械加压割心工具通过采用特殊的机械结构，在不同钻进过程中实现结构的转换，以弹簧力或者钻柱压力作为岩心切割的动力源。此种取心钻具能够实现主动割心的功能，但结构复杂、可靠性较低、效率较低，且无法自动进行，需要工作人员的辅助操作。

鉴于此，本申请实施例提供一种取心钻机，包括钻架、旋转驱动件与取心钻具。其中，旋转驱动件固定在钻架上。取心钻具的连接端与旋转驱动件的输出端传动连接。旋转驱动件能够带动取心钻具旋转，使取心钻具钻取地层。

需要说明的是，取心钻具输出端的旋转轴线与取心钻具的轴线重合，且与钻取方向平行。钻取方向即取心钻具前进的方向，也就是取心钻具深入地层的方向。

旋转驱动件有多种实现形式，在一些实施例中，旋转驱动件可以使旋转气缸、旋转油缸或电动机等。此外，旋转驱动件的输出端与连接端的传动连接可以有多种实现形式，只要可以实现旋转扭矩的传递即可。比如，在一些实施例中，旋转驱动件的输出端与外管总成的传动连接可以是焊接、一体成型、键连接、通过紧固件连接、通过联轴器连接、通过齿轮机构、带传动机构或链传动等传动机构连接等。

请参照图1、图2和图3，本申请实施例提供的取心钻具，包括外管总成1、内管总成2与弹性爪3。其中，外管总成1一端为连接端11，另一端为钻取端12，连接端11用于与旋转驱动件的输出端传动连接。内管总成2设置在外管总成1内，内管总成2能够相对外管总成1向钻取方向的反方向运动，内管总成2侧壁上形成有通孔21。弹性爪3设置在外管总成1与内管总成2之间，弹性爪末端31抵靠在内管总成2的外壁上，弹性爪3处于弹性形变状态，使得弹性爪末端31对内管总成2的外壁施加压力。当内管总成2相对外管总成1向钻取方向的反方向运动，弹性爪3相对内管总成2运动，使得弹性爪末端31伸入通孔21内。

如此结构形式，当钻取端12钻取地层，岩心的前端会通过内管总成2靠近钻取端12的一端伸入内管总成2内。随着钻取端12对地层的深入，岩心会逐渐填满内管总成2，岩心的前端会逐渐地靠近连接端11，最终在钻取方向上与内管总成2靠近连接端11的一端抵靠，并对内管总成2施加向钻取方向的反方向的力。因为本申请实施例中的内管总成2能够相对外管总成1向钻取方向的反方向运动，所以当岩心的前端抵靠在内管总成2靠近连接端11的一端上，并对其施加向钻取方向的反方向的力，岩心会推动内管总成2相对外管总成1向钻取方向的反方向运动，从而使得弹性爪末端31伸入通孔21内，弹性爪末端31会对位于内管总成2内的岩心进行切割。本申请实施例提供的取心钻具有以下的优点：弹性爪3在对岩心进行切割前位于内管总成2外侧，岩心在伸入内管总成2的过程中不会与弹性爪3产生碰撞，故弹性爪3不会对岩心造成损伤，而降低采取率，岩心也能够较为顺利的进入内管总成2内；弹性爪末端31在弹性力的作用下抵靠在内管总成2外壁上，当内管总成2相对外管总成1向钻取方向的反方向运动，弹性爪末端31会在弹性力的作用自动伸入通孔21内对岩心进行切割，弹性爪3结构简单，具有可靠性高和工作效率高等优点；随着钻取端12对地层深入，岩心逐渐充满内管总成2，岩心的前端会自动地推动内管总成2相对外管总成1向钻取方向的反方向运动，弹性爪3相对内管总成2运动与弹性爪末端31伸入通孔21内会自动触发，无需辅助操作，具有较高的可靠性，能够提高工作效率，也能够降低工作人员的工作强度。

具体地，弹性爪末端31在伸入通孔21后，对岩心剪切的具体过程如下：对于松软地层或破碎底层等的岩心，弹性爪末端31在伸入通孔21内后，会在弹性力的作用下在靠近内管总成2的轴线的方向上产生相对较大程度的位移，弹性爪末端31会插入岩心内部对岩心进行剪切。对于坚硬地层的岩心，弹性爪末端31在伸入通孔21内后，会抵靠在岩心的壁面上，弹性爪末端31会对岩心的壁面施较大的压力，弹性爪末端31会将岩心卡紧，当钻取端12继续深入地层，岩心会被弹性爪末端31卡断。如此，使得该取心钻具既适用于一般坚硬地层，又适用于松散、破碎等复杂地层。

需要说明的是，岩心的前端指的是岩心靠近连接端11的一端。

需要说明的是，通孔21与钻取端12之间的距离小于内管总成2上用于与岩心抵靠的位置与钻取端12之间的距离。

需要说明的是，旋转驱动件用于带动外管总成1旋转，以使钻取端12钻取地层。旋转驱动件的输出端的旋转轴线与外管总成1的轴线重合，且均与钻取方向平行。内管总成2的轴线与钻取方向平行。

进一步地，请参照图1，内管总成2包括内管主体22与端部管23。其中，端部管23的一端与内管主体22靠近钻取端12的一端可拆卸，通孔21形成于端部管23的侧壁上。如此结构形式，当弹性爪3切断岩心，岩心的一端位于内管主体22内，且抵靠在内管主体22靠近连接段的一端，另一端位于端部管23内，且被弹性爪3夹持。内管主体22与端部管23可拆卸连接，使得工作人员可以将内管主体22与端部管23分离以将岩心从内管总成2内取出。具体地，首先将端部管23从内管主体22上卸下，然后将岩心从内管主体22靠近钻取端12的一端取出。在一些实施例中，端部管23与内管主体22的可拆卸连接为螺纹连接。

在一些实施例中，请参照图1，内管主体22包括管部221与轴部222，管部221远离钻取端12的一端与轴部222固定，取心钻具还包括第二轴承9，第二轴承9与套设在轴部222上。如此结构形式，使得内管总成2与外管总成1转动连接，内管总成2相对外管总成1旋转的轴线与钻取方向平行。

进一步地，请参照图1、图2和图3，通孔21靠近钻取端12的一侧为参考侧，弹性爪3位于参考侧远离钻取端12的一侧，弹性爪末端31相对弹性爪首端32靠近钻取端12。如此结构形式，当弹性爪末端31伸入通孔21内，随着岩心的前端向连接端11靠近，弹性爪末端31会对岩心施加一个与钻取方向之间的夹角为锐角的力，使得弹性爪3能够更为容易的切断岩心。

在一些实施例中，请参照图1、图2和图3，当弹性爪末端31抵抗在内管总成2外壁上，弹性爪3沿钻取方向延伸，即弹性爪首端32与末端的排列方向为钻取方向。如此结构形式，当弹性爪末端31伸入通孔21内，随着岩心的前端向连接端11靠近，弹性爪末端31对岩心的力较大，使得弹性爪3能够更为容易的切割岩心。

在一些实施例中，请参照图1、图2和图3，弹性爪末端31靠近外管总成1内壁的一侧形成有第一限位面33，第一限位面33远离弹性爪首端32的一侧向远离外管总成1内壁的方向倾斜，通孔21内壁形成有第二限位面211，第二限位面211远离外管总成1内壁的一侧向远离通孔21的方向倾斜，当弹性爪末端31伸入通孔21内，第一限位面33与第二限位面211能够相互配合。如此结构形式，当弹性爪末端31伸入通孔21内，若岩心为坚硬地层的岩心，弹性爪末端31靠近外管总成1内壁的一侧会与通孔21内壁紧贴，即第一限位面33会与第二限位面211紧贴，弹性爪末端31远离外管总成1内壁的一侧会与岩心壁面紧贴，即弹性爪末端31会卡在岩心壁面与第一限位面33之间，通过这种方式，弹性爪末端31会对岩心的壁面施较大的压力，岩心会被弹性爪末端31卡紧，使得弹性爪3能够用更为容易的卡断坚硬地层的岩心。

可以理解的是，当弹性爪3位于参考侧远离钻取端12的一侧，且弹性爪末端31相对前端靠近钻取端12，第一限位面33形成在通孔21内壁上靠近钻取端12的一侧。

为了使该取心钻具能够更为容易的割断岩心，请参照图4，在一些实施例中，弹性爪3远离外管总成1内壁的一侧形成有锯齿。

为了使该取心钻具能够更为容易的割断岩心，请参照图4，在一些实施例中，弹性爪3的数量为多个，多个弹性爪3沿内管总成2周向间隔分布，通孔21的数量为多个，多个通孔21沿内管总成2周向间隔分布，弹性爪3与通孔21一一对应设置。如此结构形式，当内管总成2相对外管总成1向钻取方向的反方向运动，弹性爪3相对内管总成2运动，多个弹性爪末端31分别伸入对应的通孔21内，共同对岩心进行切割。对于松软地层或破碎地层等的岩心，多个弹性爪末端31分别伸入对应的通孔21内，形成了一种抓取的效果，能够有效的缓解岩心掉块等现象的出现。对于坚硬地层的岩心，多个弹性爪3会将岩心卡紧，取心钻具能够更为容易的割断岩心。

可以理解的是，请参照图4，多个弹性爪末端31在自然状态下，即在未发生弹性形变的状态下会向中心轴线处聚拢，故当弹性爪末端31抵靠在内管总成2外壁上，弹性爪3会对内管总成2外壁施加压力。

优选地，请参照图2、图3和图4，在一些实施例中，多个弹性爪3沿周向均匀分布。如此结构形式，多个弹性爪3能够更加容易的割断岩心。

在一些实施例中，弹性爪3的数量5～12个。在此基础上，在一些实施例中，弹性爪3的数量优选为8个。

为了使多个弹性爪3对岩心的切割效果更好，请参照图2、图3和图4，在一些实施例中，当内管总成2相对外管总成1向钻取方向的反方向运动，多个弹性爪3相对内管总成2同步运动，多个弹性爪末端31同时分别伸入对应的通孔21内。

进一步地，请参照图1、图5、图6和图7，取心钻具还包括导向件4与挡件5。其中，导向件4设置在内管总成2与外管总成1之间，导向件4与内管总成2螺旋传动连接，多个弹性爪首端32均固定在导向件4上，当弹性爪末端31抵靠在内管总成2的外壁上，弹性爪末端31位于相邻两个通孔21之间，且相邻两个通孔21之间仅设置有一个弹性爪3。挡件5设置在外管总成1与内管总成2之间，挡件5位于导向件4远离钻取端12的一侧，挡件5用于阻挡导向件4向钻取方向的反方向移动。

如此结构形式，挡件5能够阻挡导向件4向钻取方向的反方向移动，故当岩心推动内管总成2向钻取方向的反方向运动，导向件4与内管总成2会在钻取方向上发生相对位移，而导向件4与内管总成2螺旋传动连接，当导向件4与内管总成2在钻取方向上发生相对位移，导向件4会相对内管总成2绕内管总成2的轴线转动，又因为弹性爪首端32固定在导向件4上，导向件4的转动会使得弹性爪3绕内管总成2的轴线转动。当弹性爪末端31抵靠在内管总成2的外壁上，弹性爪末端31位于相邻两个通孔21之间，且相邻两个通孔21之间仅设置有一个弹性爪3，当弹性爪3绕内管总成2的轴线转动，弹性爪末端31会伸入通孔21内。

需要说明的是，导向件4与内管总成2螺旋传动连接，即当导向件4沿内管总成2的轴线旋转，导向件4会相对内管总成2沿内管总成2轴向运动，且当导向件4相对内管总成2沿内管总成2轴向运动，导向件4会相对内管总成2沿内管总成2的轴线旋转。

在一些实施例中，请参照图1、图5和图6，导向件4与内管总成2通过导向机构螺旋传动连接，导向机构包括导向槽41与凸起24，导向槽41与凸起24均设置在内管总成2外壁与导向件4之间，凸起24与导向槽41配合，内管总成2的轴向与内管总成2轴向的垂直方向均与导向槽41的延伸方向之间具有夹角。在此基础上，在一些实施例中，导向槽41呈螺旋形，导向槽41的螺旋轴线为内管总成2的轴线。如此结构形式，能够使得导向件4相对内管总成2的运动较为平稳。

在一些实施例中，请参照图5和图6，导向槽41形成在导向件4上，凸起24形成在内管总成2上。可以理解的是，内管总成2用于容纳岩心，若导向槽41设置在内管总成2上，内管总成2的设置有有导向槽41的位置壁厚变薄，这将影响内管总成2的强度与可靠性。

为了使导向件4相对内管总成2的转动更加平稳，请参照图1和图8，在一些实施例中，内管总成2外壁上形成有沿径向向外延伸的凸台25，凸台25位于导向件4远离钻取端12的一侧，取心钻具还包括第一弹性件6，第一弹性件6设置在内管总成2与导向件4间，第一弹性件6对导向件4施加朝向钻取方向的反方向的力，以使导向件4远离钻取端12的一侧抵靠在凸台25上。如此结构形式，在岩心填满内管总成2之前，导向件4会在弹簧与凸台25的作用下与内管总成2相对固定，避免导向件4受到外部干扰而与内管总成2发生相对旋转，导致弹性爪末端31在岩心还未填满内管总成2的情况下就伸入通孔21内。在岩心填满内管并推动内管总成2向钻取方向的反方向移动的过程中，第一弹性件6能够避免导向件4与挡件5碰撞的过程中产生较大程度的位移，有助于使导向件4与内管总成2之间的相对运动更加平稳，进而有助于使弹性爪3对岩心的剪切效果较为稳定。

在一些实施例中，请参照图1和图8，第一弹性件6为处于压缩弹簧，第一弹性件6的一端抵靠在导向件4靠近钻取端12的一侧，另一端抵靠在内管总成2上。在此基础上，在一些实施例中，内管总成2包括主体管与弹簧座，弹簧座呈筒状结构，弹簧座与主体管靠近钻取端12的一端可拆卸连接，弹簧座外壁形成有沿径向向外延伸的支撑台阶，弹簧的一端抵靠在导向件4靠近钻取端12的一侧，另一端抵靠在支撑台阶上。如此结构形式，便于压缩弹簧的安装与拆卸。具体地，在安装压缩弹簧的过程中，先将压缩弹簧套在主体管上，并使压缩弹簧的一端抵靠在导向件4上，然后将弹簧座安装在主体管上，并使压缩弹簧的另一端抵靠在支撑台阶上。在拆卸压缩弹簧的过程中，先将弹簧座从主体管上拆下，在将压缩弹簧从内管主体22靠近钻取端12的一端拆下。在一些实施中，弹簧座与主体管螺纹连接。

当然，在一些其它实施例中，第一弹性件6也可以是拉伸弹簧、气弹簧与扭矩弹簧等任何具有弹性的零件。

为了便于导向件4的安装与拆卸，在一些实施例中，请参照图1、图4、图5和图8，导向件4包括导向部42与连接部43，其中，导向部42与内管总成2螺旋传动连接，导向部42远离钻取端12的一端抵靠在凸台25上。连接部43的一端抵靠在导向部42靠近钻取端12的一端，弹性爪首端32与连接部43的另一端固定，导向件4与连接件之间形成有限位槽421与限位凸起431，限位槽421与限位凸起431均沿钻取方向延伸，限位槽421与限位凸起431配合，第一弹性件6设置在内管总成2与连接部43之间，以使连接部43抵靠在导向件4上。如此结构形式，第一弹性件6限制导向部42与连接部43之间的轴向位移，限位槽421与限位凸起431之间的配合能够限制导向部42与连接部43之间的周向位移，这使得连接部43固定在导向部42上，且便于导向件4的安装与拆卸。在一些其它实施例中，也可以使导向件4与连接部43焊接或一体成型。需要说明的是，上述轴向位移指的是沿内管总成2轴向的位移，上述周向位移指的是沿内管总成2周向的位移。

在一些实施例中，请参照图1、图4、图5，导向件4呈筒状结构，内管总成2穿设在筒状结构内。如此结构形式，能够使得导向件4与内管总成2的螺旋连接较为稳固，也便于将多个弹性爪3设置在导向件4上。在此基础上，在一些其它实施例中，取心钻具上可以不设置凸台25与第一弹性件6，可以使呈筒状结构的导向件4与内管总成2过盈配合。如此结构形式，使得取心钻具的结构简便，方便加工制作。

在一些实施例中，请参照图1、图4、图5和图8，导向件4设置在端部管23与外管总成1之间。如此结构形式，便于导向件4的安装与拆卸。

在本申请实施例中，弹性爪末端31通过与内管总成2之间的相对转动进入通孔21内，在一些其它实施例中，弹性爪末端31也可以通过内管总成2之间的相对滑动进入通孔21内。具体地，当弹性爪末端31抵靠在内管总成2的外壁上，弹性爪末端31位于通孔21在钻取方向上的一侧，挡件5用于阻止弹性爪3向钻取方向的反方向移动。如此结构形式，当岩心推动内管总成2向钻取方向的反方向运动，导向件4与内管总成2会在钻取方向上发生相对位移，又因为弹性爪末端31位于通孔21在钻取方向上的一侧，所以当导向件4与内管总成2会在钻取方向上发生相对位移，弹性爪末端31会滑入通孔21内对岩心进行切割。

进一步地，请参照图1，外管总成1内壁形成有容纳槽13，挡件5的一部分插设在容纳槽13内。在此基础上，为了防止钻取端12深入底层的过程中导向件4与挡件5发生摩擦，在一些实施例中，导向件4与挡件5在钻取方向上具有间隙。可以理解的是，由于挡件5的一部分插设在容纳槽13内，在外管总成1的旋转过程中挡件5有可能会随着外管总成1旋转，使导向件4与挡件5在钻取方向上具有间隙，避免在钻取端12深入地层的过程中挡件5与导向件4摩擦或带动导向件4转动。

为了便于挡件5的安装于拆卸，在一些实施例中，外管包括末端管与外管本体。钻取端12形成在末端管的上，外管本体与末端管远离钻取端12的一端螺纹连接。在外管本体与末端管的螺纹连接中，内螺纹形成在外管本体内壁上，外螺纹形成在末端管的外壁上，外管本体内壁上形成有沿径向向内延伸的第三台阶，挡件5远离钻取端12的一侧抵靠在第三台阶上，另一侧抵靠在末端管端部上。具体地，在安装挡件5的过程中，将挡件5的一端抵靠第三台阶上，再将末端管旋进外管本体内，并使挡件5的另一端抵靠在末端管端部上。在拆卸挡件5的过程中，末端管从外管本体上旋出，再将挡件5从外管本体上取出。

当然，在一些其它实施例中，也可以是内螺纹形成在末端管内壁上，外螺纹形成在外管本体外壁上，末端管内壁上形成有沿径向向内延伸的第三台阶，挡件5靠近钻取端12的一侧抵靠在第三台阶上，另一侧抵靠在外管本体的端部上。

进一步地，请参照图1，取心钻具还包括第二弹性件7，第二弹性件7设置在内管总成2的靠近连接端11的一端与连接端11之间，第二弹性件7处于弹性压缩状态，第二弹性件7对内管总成2施加朝向钻取方向的力，第二弹性件7的长度大于第二弹性件7处于最大压缩状态的长度。在岩心伸入内管总成2的过程中，岩心会与内管总成2内壁之间产生摩擦，为了避免内管总成2在被岩心填满之前就被岩心带动向钻取方向的反方向移动，在内管总成2的靠近连接端11的一端与连接端11之间设置第二弹性件7，是第二弹性件7对内管总成2施加朝向钻取方向的力。第二弹性件7的长度大于第二弹性件7处于最大压缩状态的长度，即第二弹性件7能够被压缩，当岩心的前端抵靠在内管总成2靠近钻取端12的一端，并对内管总成2施加推力，第二弹性件7被压缩，内管总成2向钻取方向的反方向移动。

在一些实施例中，第二弹性件7可以是压缩弹簧、气弹簧、或两个互斥的磁性体等。

在一些实施例中，请参照图1，内管总成2与外管总成1转动连接，外管总成1相对内管总成2旋转的轴线与钻取方向平行，取心钻具还包括第一轴承8，第一轴承8设置在外管总成1内，第一轴承8的内圈相对外圈旋转的轴线与钻取方向重合，第二弹性件7的一端与第一轴承8的内圈固定连接，另一端抵靠在内管总成2靠近连接端11的一端上。如此结构形式，可以避免第二弹性件7受外管总成1带动而进行转动。

请参照图9和图10，在一些实施例中，外管总成1包括连接管14与外管主体15。连接管14的一端为连接端11，连接管14的内壁上形成有沿径向向内延伸的第一台阶141，内管总成2外壁上形成有沿径向向外延伸的第二台阶26，第二弹性件7的至少一部分套设在内管总成2上，且一端抵靠在第一台阶141上，另一端抵靠在第二台阶26上。外管主体15的一一端为钻取端12，另一端与连接管14的另一端可拆卸连接。如此结构形式，便于第二弹性件7的安装与拆卸。具体地，在安装第二弹性件7的过程中，内管总成2置入外管总成1内，再将先将第二弹性件7的一端抵靠在第二台阶26上，最后将连接管14安装在外管主体15上，并使第二弹性件7的第二端抵靠在第一台阶141上。拆卸第二弹性件7的过程中，先将连接管14从外管主体15上卸下，再将第二弹性件7从内管总成2上取下。在此基础上，在一些实施例中，连接管14与外管主体15螺纹连接。

在内管主体22由轴部222和管部221组成的基础上，在一些实施例中，第二弹性件7设置在，外管总成1与管部221之间。

在一些其它实施例中，取心钻具也可以不包括第二弹性件7。第二弹性件7可以替换为直线电机或动力缸等。示例性地，一实施例中，取心钻具还包括直线电机与力传感器，直线电机设置在外管总成1上，直线电机的输出端与内管总成2远离钻取端12的一端抵靠，传感器用于探测直线电机与内管总成2之间的力，当传感器探测的力小于第一预设值，直线电机的输出端处于伸出状态，当传感器探测的力大于第一预设值，直线电机的输出端缩回。具体地，在岩心伸入内管总成2的过程中，在岩心填满内管总成2之前，内管总成2会受到岩心对其内壁的摩擦作用，而当岩心填满内管总成2，内管总成2会受到岩心前端对其的推动作用。可以理解的是，岩心前端对内管总成2的推力大于岩心侧壁与内管总成2内壁之间的摩擦力，故，当传感器探测的力小于第一预设值，岩心还未填满内管总成2，直线电机的输出端处于伸出状态以避免内管总成2在被岩心填满之前就被岩心带动向钻取方向的反方向移动，当传感器探测的力大于第一预设值，岩心填满内管总成2，直线电机的输出端缩回，内管总成2可以向钻取方向的反方向移动。在此基础上，在一些实施例中，直线电机与外管总成1转动连接，直线电机相对外管总成1的旋转的轴线与内管总成2的中心轴线重合。

在一些其它实施例中，第二弹性件7也可以替换为齿轮齿条机构、皮带轮机构、涡轮蜗杆机构等。上述机构可以将旋转运动转化为直线运动，可以将直线运动的一端与内管总成2连接，旋转运动的一端与扭矩弹簧连接。示例性地，一实施例中，取心钻具还包括齿轮齿条机构和扭矩弹簧，齿轮齿条机构包括啮合的齿轮和齿条，齿条的端部与内管总成2远离钻取端12的一端抵靠，齿条的移动方向平行于钻取方向，齿轮与扭矩弹簧连接，扭矩弹簧用于阻碍齿轮的转动，扭矩弹簧处于压缩状态。具体地，当岩心还未填满内管总成2，扭矩弹簧对齿轮施加的作用力使齿条向钻取方向伸出抵靠在内管总成2上，当岩心还填满内管总成2，扭矩弹簧被进一步压缩，内管总成2能够沿钻取方向的反方向运动。

在此基础上，在一些实施例中，扭矩弹簧与外管总成1转动连接，扭矩弹簧相对外管总成1旋转轴线与与内管总成2的轴线重合。

在一些实施例中，扭矩弹簧也可以替换为力矩电动机与旋转气缸等。示例性地，一实施例中，取心钻具还包括力矩电动机与力矩传感器，力矩电动机的输出端与齿轮固定，力矩电动机的输出端的轴线与齿轮的中心轴线重合，力矩电动机对齿轮施加的力矩能够使齿条向钻取方向伸出，力矩传感器用于探测力矩电动机的输出端与齿轮之间的力矩，当力矩传感器探测的力矩小于第二预设值，力矩电动机处于打开状态，当力矩传感器探测的力矩大于第二预设值，力矩电动机关闭。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种取心钻具，其特征在于，包括：

外管总成，一端为连接端，另一端为钻取端，所述连接端用于与旋转驱动件的输出端传动连接；

内管总成，设置在所述外管总成内，所述内管总成能够相对所述外管总成向钻取方向的反方向运动，所述内管总成侧壁上形成有通孔；

弹性爪，设置在所述外管总成与所述内管总成之间，所述弹性爪末端抵靠在所述内管总成的外壁上，所述弹性爪处于弹性形变状态，使得所述弹性爪末端对所述内管总成的外壁施加压力；

当所述内管总成相对所述外管总成向所述钻取方向的反方向运动，所述弹性爪相对所述内管总成运动，使得所述弹性爪末端伸入所述通孔内。

2.根据权利要求1所述的取心钻具，其特征在于，所述内管总成包括：

内管主体；

端部管，所述端部管的一端与所述内管主体靠近钻取端的一端可拆卸，所述通孔形成于所述端部管的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的取心钻具，其特征在于，所述通孔靠近所述钻取端的一侧为参考侧，所述弹性爪位于所述参考侧远离所述钻取端的一侧，弹性爪末端相对弹性爪首端靠近所述钻取端。

4.根据权利要求1所述的取心钻具，其特征在于，所述弹性爪末端靠近所述外管总成内壁的一侧形成有第一限位面，所述第一限位面远离所述弹性爪首端的一侧向远离所述外管总成内壁的方向倾斜，所述通孔内壁形成有第二限位面，所述第二限位面远离所述外管总成内壁的一侧向远离所述通孔的方向倾斜，当弹性爪末端伸入所述通孔内，所述第一限位面与所述第二限位面能够相互配合。

5.根据权利要求1所述的取心钻具，其特征在于，所述弹性爪的数量为多个，多个所述弹性爪沿所述内管总成周向间隔分布，所述通孔的数量为多个，多个所述通孔沿所述内管总成周向间隔分布，所述弹性爪与所述通孔一一对应设置。

6.根据权利要求5所述的取心钻具，其特征在于，所述内管组件的轴向与所述钻取方向平行，所述取心钻具还包括：

导向件，设置在所述内管总成与所述外管总成之间，所述导向件与所述内管总成螺旋传动连接，多个所述弹性爪首端均固定在所述导向件上，当所述弹性爪末端抵靠在所述内管总成的外壁上，所述弹性爪末端位于相邻两个所述通孔之间，且相邻两个通孔之间仅设置有一个所述弹性爪；

挡件，设置在所述外管总成与所述内管总成之间，所述挡件位于所述导向件远离所述钻取端的一侧，所述挡件用于阻挡所述导向件向所述钻取方向的反方向移动。

7.根据权利要求6所述的取心钻具，其特征在于，所述导向件与所述内管总成通过导向机构螺旋传动连接，所述导向机构包括导向槽与凸起，所述导向槽与所述凸起均设置在所述内管总成外壁与所述导向件之间，所述凸起与所述导向槽配合，所述内管总成的轴向与所述内管总成轴向的垂直方向均与所述导向槽的延伸方向之间具有夹角。

8.根据权利要求6所述的取心钻具，其特征在于，所述内管总成外壁上形成有沿径向向外延伸的凸台，所述凸台位于所述导向件远离所述钻取端的一侧，所述取心钻具还包括第一弹性件，所述第一弹性件设置在内管总成与所述导向件间，所述第一弹性件对所述导向件施加朝向所述钻取方向的反方向的力，以使所述导向件远离所述钻取端的一侧抵靠在所述凸台上。

9.根据权利要求8所述的取心钻具，其特征在于，所述导向件包括：

导向部，与所述内管总成螺旋传动连接，所述导向部远离所述钻取端的一端抵靠在所述凸台上；

连接部，所述连接部的一端抵靠在所述导向部靠近所述钻取端的一端，所述弹性爪首端与连接部的另一端固定，所述导向件与所述连接件之间形成有限位槽与限位凸起，所述限位槽与所述限位凸起均沿所述钻取方向延伸，所述限位槽与所述限位凸起配合，所述第一弹性件设置在所述内管总成与所述连接部之间，以使所述连接部抵靠在所述导向件上。

10.根据权利要求6所述的取心钻具，其特征在于，所述导向件呈筒状结构，所述内管总成穿设在所述筒状结构内。

11.根据权利要求1～10任一项所述的取心钻具，其特征在于，所述取心钻具还包括第二弹性件，所述第二弹性件设置在所述内管总成的靠近连接端的一端与所述连接端之间，所述第二弹性件处于弹性压缩状态，所述第二弹性件对所述内管总成施加朝向所述钻取方向的力，所述第二弹性件的长度大于所述第二弹性件处于最大压缩状态的长度。

12.根据权利要求11所述的取心钻具，其特征在于，内管总成与所述外管总成转动连接，所述外管总成相对所述内管总成旋转的轴线与所述钻取方向重合，所述取心钻具还包括第一轴承，所述第一轴承设置在所述外管总成内，所述第一轴承的内圈相对外圈旋转的轴线与所述钻取方向平行，所述第二弹性件的一端与所述第一轴承的内圈固定连接，另一端抵靠在所述内管总成靠近所述连接端的一端上。

13.根据权利要求11所述的取心钻具，其特征在于，所述外管总成包括：

连接管，所述连接管的一端为所述连接端，所述连接管的内壁上形成有沿径向向内延伸的第一台阶，所述内管总成外壁上形成有沿径向向外延伸的第二台阶，所述第二弹性件的至少一部分套设在所述内管总成上，且一端抵靠在所述第一台阶上，另一端抵靠在所述第二台阶上；

外管主体，所述外管主体的一端为钻取端，另一端与所述连接管的另一端可拆卸连接。

14.一种取心钻机，其特征在于，包括：

钻架；

旋转驱动件，固定在所述钻架上；

权利要求1～13任一项中所述的取心钻具，所述连接端与所述旋转驱动件的输出端传动连接。

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