CN114562225A - 一种具有简易密封装置的可调向取芯钻具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有简易密封装置的可调向取芯钻具，包括下部外管、活动装设于所述下部外管上部的上部外管、装设于所述上部外管的中心轴、装设于所述中心轴端部的钻头以及装设于所述中心轴中的取芯内管总成，所述下部外管邻近所述钻头处设置有密封装置，所述密封装置具有固定于所述中心轴的内部壳体、与所述下部外管固定连接的伸缩件以及与所述伸缩件固定连接的外部壳体，所述外部壳体位于所述内部壳体外部且可相对旋转。上述具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其密封装置用于密封钻具近钻头与下部外管内的空间，保证中心轴与下部外管之间相对转动时密封的可靠性。

Description

一种具有简易密封装置的可调向取芯钻具
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种具有简易密封装置的可调向取芯钻具。
背景技术
地质勘探中取岩芯的目的是为了获取地层的形态、产状以及围岩性质资料等，来进行地质构造研究和工程建筑物设计等。现有的常规取芯钻具钻进轨迹不可控，不能完全按照预定轨迹来获取目标地层的岩芯，影响工程实践。
可调向取芯钻具可通过调整偏心机构使芯轴发生倾斜，芯轴内部安装有取芯内管，从而实现钻具按预定轨迹钻进的同时取芯的目的，在钻进过程中，芯轴会频繁调整其相对外壳轴线的偏转大小，以调整井眼的轨迹。因此安装在芯轴上的密封装置也会随着芯轴而频繁摆动，这对密封装置的可靠性提出了更高的要求，而现有的密封装置存在结构复杂以及无法取芯的问题。
因此，如何能够提供一种解决上述技术问题的具有简易密封装置的可调向取芯钻具是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其密封装置用于密封钻具近钻头与下部外管内的空间，保证中心轴与下部外管之间相对转动时密封的可靠性。
为实现上述目的，本发明提供一种具有简易密封装置的可调向取芯钻具，包括下部外管、活动装设于所述下部外管上部的上部外管、装设于所述上部外管的中心轴、装设于所述中心轴端部的钻头以及装设于所述中心轴中的取芯内管总成，所述下部外管邻近所述钻头处设置有密封装置，所述密封装置具有固定于所述中心轴的内部壳体、与所述下部外管固定连接的伸缩件以及与所述伸缩件固定连接的外部壳体，所述外部壳体位于所述内部壳体外部且可相对旋转。
优选地，所述伸缩件包括内部金属波纹管，所述内部金属波纹管连接所述外部壳体和所述下部外管。
优选地，所述伸缩件还包括安装于所述内部金属波纹管外部的外部金属波纹管。
优选地，所述内部金属波纹管的两端设置有第一法兰和第二法兰，通过第一螺钉和第二螺钉进行连接将所述外部金属波纹管固定在所述内部金属波纹管的外部。
优选地，所述内部壳体和所述外部壳体之间安装有衬套，所述衬套两端设置有旋转动密封，所述衬套设置有螺旋槽。
优选地，所述外部壳体与所述内部金属波纹管的连接面处设置有O形圈。
优选地，所述外部壳体邻近所述钻头处设置有旋转面密封，所述旋转面密封通过限位环加载。
优选地，还包括装设于所述下部外管中的下支点轴承、偏置组件和上悬臂轴承，所述偏置组件用于以所述下支点轴承为支点致使所述钻头偏转。
优选地，还包括装设于所述下部外管中的封隔器组件，所述中心轴与所述上部外管之间设置有分动机构，所述封隔器组件用于在冲洗液的作用下撑开卡住孔壁，所述分动机构用于使所述下部外管与所述上部外管分开。
优选地，所述钻头与所述中心轴螺纹连接，所述中心轴通过所述分动机构与所述上部外管螺纹连接。
相对于上述背景技术，本发明所提供的具有简易密封装置的可调向取芯钻具，包括下部外管、活动装设于下部外管上部的上部外管、装设于上部外管的中心轴、装设于中心轴端部的钻头以及装设于中心轴中的取芯内管总成，下部外管邻近钻头处设置有密封装置，密封装置具有固定于中心轴的内部壳体、与下部外管固定连接的伸缩件以及与伸缩件固定连接的外部壳体，外部壳体位于内部壳体外部且可相对旋转。上述具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其密封装置用于密封钻具近钻头与下部外管内的空间，保证中心轴与下部外管之间相对转动时密封的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的具有简易密封装置的可调向取芯钻具的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的密封装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的衬套的结构示意图。
其中：
1-钻头、2-下部外管、3-上部外管、4-中心轴、5-密封装置、5.1-内部壳体、5.2-外部壳体、5.3-内部金属波纹管、5.4-外部金属波纹管、5.5-衬套、5.5.1-螺旋槽、5.6-第一法兰、5.7-第二法兰、5.8-O形圈、5.9-旋转动密封、5.10-限位环、5.11-旋转面密封、5.12-第一螺钉、5.13-第二螺钉、6-下支点轴承、7-偏置组件、8-封隔器组件、9-上悬臂轴承、10-分动机构、11-取芯内管总成。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图3，其中，图1为本发明实施例提供的具有简易密封装置的可调向取芯钻具的结构示意图，图2为本发明实施例提供的密封装置的结构示意图，图3为本发明实施例提供的衬套的结构示意图。
在第一种具体的实施方式中，本发明所提供的具有简易密封装置的可调向取芯钻具包括下部外管2、活动装设于下部外管2上部的上部外管3、装设于上部外管3的中心轴4、装设于中心轴4端部的钻头1以及装设于中心轴4中的取芯内管总成11，下部外管2邻近钻头1处设置有密封装置5，密封装置5具有固定于中心轴4的内部壳体5.1、与下部外管2固定连接的伸缩件以及与伸缩件固定连接的外部壳体5.2，外部壳体5.2位于内部壳体5.1外部且可相对旋转。
需要说明的是，本发明的核心改进点在于上述具有简易密封装置的可调向取芯钻具的密封装置5，通过该适用于可调向取芯钻具的密封装置5，其密封装置5用于密封钻具近钻头1与下部外管2内的空间，保证中心轴4与下部外管2之间相对转动时，密封的可靠性；除此以外，对于可调向取芯钻具的其余部件，可参照现有技术，这里不再一一赘述。
需要强调的是，该钻具结构简单，能实现定向钻进的同时进行取芯，密封装置5的复杂程度低，能在中心轴4偏转过程中保证密封装置5的可靠性。
进一步的，伸缩件包括内部金属波纹管5.3，内部金属波纹管5.3连接外部壳体5.2和下部外管2。
在本实施例中，密封装置5在钻进时保证冲洗液不会从近钻头1处进入下部外管2内部。在中心轴4发生偏转的情况下，密封装置5能自动径向补偿，保证装置的密封性。
具体而言，内部壳体5.1固定地安装在中心轴4上，可以跟随中心轴4一起旋转。外部壳体5.2安装在内部壳体5.1外部，其可与内部壳体5.1发生相对旋转。外部壳体5.2与内部金属波纹管5.3通过第一螺钉5.12固定连接，内部金属波纹管5.3与下部外管2固定连接，可使用焊接方式，因此外部壳体5.2间接与下部外管2固定连接。水平可调向取芯钻具定向钻进时，内部壳体5.1与钻头1一起旋转，而外部壳体5.2与下部外管2处于相对静止状态，内部壳体5.1和外部壳体5.2之间相对转动。
进一步的，伸缩件还包括安装于内部金属波纹管5.3外部的外部金属波纹管5.4。
在本实施例中，在内部金属波纹管5.3的外部，安装有外部金属波纹管5.4，金属波纹管为柔性件，在中心轴4相对下部外管2发生弯曲，钻头1发生偏转时，内部金属波纹管5.3和外部金属波纹管5.4能自动径向补偿，保证中心轴4与密封面仍然紧密贴合。
进一步的，内部金属波纹管5.3的两端设置有第一法兰5.6和第二法兰5.7，外部金属波纹管5.4通过第一螺钉5.12和第二螺钉5.13进行连接。
在本实施例中，通过第一法兰5.6和第二法兰5.7将外部金属波纹管5.4与内部金属波纹管5.3连接。具体而言，内部金属波纹管5.3由金属波纹管和两端的法兰焊接而成，在内部金属波纹管5.3外部，安装有外部金属波纹管5.4，通过第一法兰5.6和第二法兰5.7固定在内部金属波纹管5.3上，分别使用第一螺钉5.12和第二螺钉5.13进行连接，便于外部金属波纹管5.4失效后进行替换。金属波纹管为柔性件，因此在定向钻进时，中心轴4相对下部外管2发生偏转，外部金属波纹管5.4和内部金属波纹管5.3会发生柔性变形自动径向补偿，保证中心轴4与密封面仍然紧密贴合。
需要强调的是，本设计的外部金属波纹管5.4在中心轴4偏转过程中变形较大，选择将变形大的金属波纹管使用法兰和螺钉进行连接，与常规焊接的方式相比，更易于金属波纹管失效后的替换，降低成本，提高工作效率。
示例性的，金属波纹管采用C型波纹管，承压能力好，制造工艺简单。
除此以外，内部壳体5.1和外部壳体5.2之间安装有衬套5.5，衬套5.5两端设置有旋转动密封5.9，衬套5.5设置有螺旋槽5.5.1。
在本实施例中，衬套5.5上带有螺旋槽5.5.1，使用加注润滑脂的方式进行润滑，不使用油润滑环境，也不需考虑内外部压力平衡的问题。为了保证密封性，不使用油孔加注润滑脂的方式，将外部壳体5.2设置成易于拆卸的结构，拆开外部壳体5.2给衬套5.5加注润滑脂。
进一步的，外部壳体5.2与内部金属波纹管5.3的连接面处设置有O形圈5.8。
进一步的，外部壳体5.2邻近钻头1处设置有旋转面密封5.11，旋转面密封5.11通过限位环5.10加载。
在本实施例中，内部壳体5.1与外部壳体5.2之间安装有衬套5.5以使内部壳体5.1和外部壳体5.2发生相对旋转，衬套5.5两端设置有旋转动密封5.9，保证旋转过程中冲洗液不会进入衬套5.5内部。在外部壳体5.2与内部金属波纹管5.3的连接面，装有O形圈5.8，在外部壳体5.2近钻头1侧，加装有旋转面密封5.11，并使用限位环5.10加载进一步保证密封性。
除此以外，还包括装设于下部外管2中的下支点轴承6、偏置组件7和上悬臂轴承9，偏置组件7用于以下支点轴承6为支点致使钻头1偏转。
除此以外，还包括装设于下部外管2中的封隔器组件8，中心轴4与上部外管3之间设置有分动机构10，封隔器组件8用于在冲洗液的作用下撑开卡住孔壁，分动机构10用于使下部外管2与上部外管3分开。
在本实施例中，当钻具需要定向钻进时，偏置组件7会旋转来调节偏心量，在偏置组件7的作用下，中心轴4发生弯曲，以下支点轴承6为支点，导致钻头1也会发生偏转。封隔器组件8在冲洗液的作用下撑出，卡住孔壁。与此同时，分动机构10会将下部外管2与上部外管3分开，在钻机的带动下，上部外管3、中心轴4和钻头1会旋转，下部外管2不发生旋转，从而实现导向钻进。取芯内管总成11安装在中心轴4内，在钻进的同时进行取芯。
示例性的，钻头1与中心轴4螺纹连接，中心轴4通过分动机构10与上部外管3螺纹连接。
在本实施例中，可调向取芯钻具包括钻头1、下部外管2、上部外管3、中心轴4、密封装置5、下支点轴承6、偏置组件7、封隔器组件8、上悬臂轴承9、分动机构10和取芯内管总成11。钻头1与中心轴4螺纹连接，中心轴4与分动机构10螺纹连接，分动机构10与上部外管3螺纹连接；密封装置5安装在下部外管2的近钻头1处，避免冲洗液从近钻头1处进入外管内部；下支点轴承6、偏置组件7、封隔器组件8和上悬臂轴承9依次安装在下部外管2内部。中心轴4为空心管，内部安装有取芯内管总成11用于存储岩芯，取芯内管总成11一端安装在近钻头1处，另一端通过弹卡安装在上部外管3内部，在钻进时，岩芯同时进入取芯内管总成11。
该可调向取芯钻具能够定向钻进与连续取芯，其外管与中心轴4之间有轴承结构，需要润滑油或润滑脂等，为了防止钻井液进入轴承中，需要采用合适的密封装置5，该密封装置5能在中心轴4偏转过程中保证密封装置5的可靠性，即在中心轴4相对下部外管2发生偏转时密封也不会失效；同时结构紧凑，维护简单，所需安装空间较小。
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的具有简易密封装置的可调向取芯钻具进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其特征在于，包括下部外管(2)、活动装设于所述下部外管(2)上部的上部外管(3)、装设于所述上部外管(3)的中心轴(4)、装设于所述中心轴(4)端部的钻头(1)以及装设于所述中心轴(4)中的取芯内管总成(11)，所述下部外管(2)邻近所述钻头(1)处设置有密封装置(5)，所述密封装置(5)具有固定于所述中心轴(4)的内部壳体(5.1)、与所述下部外管(2)固定连接的伸缩件以及与所述伸缩件固定连接的外部壳体(5.2)，所述外部壳体(5.2)位于所述内部壳体(5.1)外部且可相对旋转。
2.根据权利要求1所述的具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其特征在于，所述伸缩件包括内部金属波纹管(5.3)，所述内部金属波纹管(5.3)连接所述外部壳体(5.2)和所述下部外管(2)。
3.根据权利要求2所述的具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其特征在于，所述伸缩件还包括安装于所述内部金属波纹管(5.3)外部的外部金属波纹管(5.4)。
4.根据权利要求3所述的具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其特征在于，所述内部金属波纹管(5.3)的两端设置有第一法兰(5.6)和第二法兰(5.7)，通过第一螺钉(5.12)和第二螺钉(5.13)将所述外部金属波纹管(5.4)固定在所述内部金属波纹管(5.3)的外部。
5.根据权利要求3所述的具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其特征在于，所述内部壳体(5.1)和所述外部壳体(5.2)之间安装有衬套(5.5)，所述衬套(5.5)两端设置有旋转动密封(5.9)，所述衬套(5.5)设置有螺旋槽(5.5.1)。
6.根据权利要求5所述的具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其特征在于，所述外部壳体(5.2)与所述内部金属波纹管(5.3)的连接面处设置有O形圈(5.8)。
7.根据权利要求6所述的具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其特征在于，所述外部壳体(5.2)邻近所述钻头(1)处设置有旋转面密封(5.11)，所述旋转面密封(5.11)通过限位环(5.10)加载。
8.根据权利要求1至7任一项所述的具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其特征在于，还包括装设于所述下部外管(2)中的下支点轴承(6)、偏置组件(7)和上悬臂轴承(9)，所述偏置组件(7)用于以所述下支点轴承(6)为支点致使所述钻头(1)偏转。
9.根据权利要求8所述的具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其特征在于，还包括装设于所述下部外管(2)中的封隔器组件(8)，所述中心轴(4)与所述上部外管(3)之间设置有分动机构(10)，所述封隔器组件(8)用于在冲洗液的作用下撑开卡住孔壁，所述分动机构(10)用于使所述下部外管(2)与所述上部外管(3)分开。
10.根据权利要求9所述的具有简易密封装置的可调向取芯钻具，其特征在于，所述钻头(1)与所述中心轴(4)螺纹连接，所述中心轴(4)通过所述分动机构(10)与所述上部外管(3)螺纹连接。
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