CN114562226A - 一种取芯内管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种取芯内管，包括保持管、分别装设于所述保持管首尾两端的卡簧座组件和过渡接头、装设于所述过渡接头的内管弹卡结构、由首至尾依次装设于所述保持管内部的内管和排气阀，所述排气阀用以限制所述保持管内部由首至尾的单向排气，所述过渡接头的内部与所述保持管的内部连通，所述过渡接头用以在供介质通入时介质推动所述排气阀且将所述内管推出所述保持管。上述取芯内管，解决了内管容易卡芯的问题，达到完整无损地取出岩芯的目的，提高了工作效率。

Description

一种取芯内管
技术领域
本发明涉及地质勘探技术领域，特别涉及一种取芯内管。
背景技术
在地质勘探技术领域中，定向取芯钻具是将绳索取芯技术与定向钻探技术结合起来，使钻具沿预定设计轨道定向钻进，同时连续不断地获取岩芯样本，以达到地质勘探的目的。
定向取芯钻具的一个关键功能是造斜，使钻头角度发生偏转，实现定向钻进。在钻头角度发生偏转后，其内管不会随着钻头发生弯曲，导致钻头处岩芯进入内管时，岩芯与内管的轴线并不同轴。在岩芯倾斜进入内管时，可能会发生钻进堵心现象，导致岩芯相互之间被磨掉，严重影响钻进效率以及岩芯的采样率。在发生堵心现象时，现场人员打捞内管后，为取出堵在内管中的岩芯，只能采取暴力方式将岩芯强行捅出内管，取出难度大，效率低，对岩芯造成二次破坏，影响岩芯样品的代表性。
因此，如何能够提供一种解决上述技术问题的取芯内管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取芯内管，解决了内管容易卡芯的问题，达到完整无损地取出岩芯的目的，提高了工作效率。
为实现上述目的，本发明提供一种取芯内管，包括保持管、分别装设于所述保持管首尾两端的卡簧座组件和过渡接头、装设于所述过渡接头的内管弹卡结构、由首至尾依次装设于所述保持管内部的内管和排气阀，所述排气阀用以限制所述保持管内部由首至尾的单向排气，所述过渡接头的内部与所述保持管的内部连通，所述过渡接头用以在供介质通入时介质推动所述排气阀且将所述内管推出所述保持管。
优选地，所述内管由分体的第一分体管体和第二分体管体组合构成。
优选地，所述第一分体管体和所述第二分体管体为两个半合管式的分体结构以实现二者分离时纵向剖开所述内管。
优选地，所述内管的内壁表面设置有若干凹坑。
优选地，所述凹坑的形状为圆形，圆形的所述凹坑等距分布。
优选地，所述卡簧座组件与所述保持管螺纹连接，和/或，所述过渡接头与所述保持管螺纹连接，和/或，所述内管弹卡结构与所述过渡接头螺纹连接。
优选地，所述卡簧座组件包括卡簧座、卡簧和卡簧挡圈，所述卡簧具有用以便于抱紧岩芯的锥度，所述卡簧装配于所述卡簧座，所述卡簧挡圈的两端分别轴向定位所述卡簧和所述内管，所述卡簧挡圈靠近所述卡簧一侧设置有用以避让岩芯的卡簧挡圈倒角。
优选地，所述保持管的内部设置有用以轴向定位所述排气阀的保持管台阶面，所述排气阀由分体的下部连接件、中间连接件和上部端盖组合构成，所述下部连接件设置有用以轴向定位所述内管的下部连接件台阶面，所述下部连接件、所述中间连接件和所述上部端盖的内部连通且具有单向控制件。
优选地，所述下部连接件、所述中间连接件和所述上部端盖通过连接螺栓连接，所述下部连接件与所述中间连接件之间以及所述中间连接件与所述上部端盖之间均设有采用孔轴配合的密封活塞，所述密封活塞使所述排气阀与所述保持管的内壁接触密封，所述下部连接件具有排气腔，所述第一排气腔设有通向所述内管的排气孔，所述单向控制件为设置于所述排气孔处且可在所述第一排气腔中活动的排气阀密封球，所述连接螺栓具有与所述第一排气腔连通的连接通孔，所述连接通孔通过所述保持管还与所述过渡接头连通。
优选地，所述过渡接头包括过渡接头基体，所述过渡接头基体具有与所述保持管连通的过水孔，所述过渡接头基体还具有与所述过水孔连通的装配腔，所述装配腔可选择装设有螺纹塞和直通接头，所述螺纹塞具有第二排气腔以及装设于所述第二排气腔的螺纹塞密封球，所述螺纹塞装设有螺塞体。
相对于上述背景技术，本发明所提供的取芯内管包括保持管、卡簧座组件、过渡接头、内管弹卡结构、内管和排气阀，其中，卡簧座组件和过渡接头分别装设于保持管的首尾两端，内管弹卡结构装设于过渡接头，内管和排气阀由首至尾依次装设于保持管的内部，排气阀用以限制保持管内部由首至尾的单向排气，过渡接头的内部与保持管的内部连通，过渡接头用以在供介质通入时介质推动排气阀且将内管推出保持管。
在该取芯内管使用前，先将排气阀装入保持管，内管随之装入保持管，然后在保持管上安装卡簧座组件和过渡接头，完成装配；在工作过程中，将取芯内管下放到钻具内部，进行定向取芯钻进，期间保持管及内管的排气通过排气阀排出，钻进完成后，使用绳索将其打捞到地面，此时内管中有岩芯；紧接着，以介质为水为例，控制水压并通过过渡接头通入保持管，水在保持管中推动排气阀及内管，直至内管由保持管中完全退出，再将岩芯由内管中取出，即可得到完整无损的岩芯，完成一次钻进取芯的过程。上述取芯内管使用的是水压驱动的方式，不仅取出操作方便高效，解决了内管容易卡芯的问题，达到完整无损地取出岩芯的目的。
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取芯内管的剖视图；
图2为本发明实施例提供的卡簧座组件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的卡簧挡圈的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的内管的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的内管的局部放大图；
图6为本发明实施例提供的排气阀的装配剖视图；
图7为本发明实施例提供的螺纹塞的剖视图；
图8为本发明实施例提供的取芯内管的取出岩芯功能示意图。
其中：
1-卡簧座组件、11-卡簧座、12-卡簧、13-卡簧挡圈、131-卡簧挡圈倒角、2-保持管、21-保持管台阶面、3-内管、31-第一分体管体、32-第二分体管体、33-凹坑、4-排气阀、41-下部连接件、411-排气孔、412-下部连接件台阶面、42-中间连接件、43-上部端盖、44-密封活塞、45-连接螺栓、451-连接通孔、46-排气阀密封球、5-过渡接头、51-过渡接头基体、511-过水孔、52-螺纹塞、521-螺纹塞密封球、522-螺塞体、53-直通接头、6-内管弹卡结构。
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8，其中，图1为本发明实施例提供的取芯内管的剖视图，图2为本发明实施例提供的卡簧座组件的结构示意图，图3为本发明实施例提供的卡簧挡圈的结构示意图，图4为本发明实施例提供的内管的结构示意图，图5为本发明实施例提供的内管的局部放大图，图6为本发明实施例提供的排气阀的装配剖视图，图7为本发明实施例提供的螺纹塞的剖视图，图8为本发明实施例提供的取芯内管的取出岩芯功能示意图。
在第一种具体的实施方式中，本发明所提供的取芯内管，如图1所示的由下至上，即钻入方向的由首至尾，沿此方向，取芯内管依次包括：卡簧座组件1、保持管2、内管3、排气阀4、过渡接头5和内管弹卡结构6；其中，卡簧座组件1和过渡接头5分别装设于保持管2的首尾两端，内管弹卡结构6装设于尾端的过渡接头5，内管3和排气阀4装设于保持管2的内部，内管3靠近首端，排气阀4靠近尾端。
在本实施例中，排气阀4用以限制保持管2内部由首至尾的单向排气，其结构形式有多种，只要能够实现类似于单向阀功能的结构形式同应属于本实施例的说明范围；过渡接头5的内部与保持管2的内部连通，其作用在于：在取芯内管取样作业时保持封闭，当需要将保持管2内的内管3推出时，连接输入介质的设备，供介质通入，推动排气阀4且将内管3推出保持管2；内管弹卡结构6安装于过渡接头5，内管弹卡结构6对整个装置进行轴向定位，其作用在于方便使用绳索打捞器将取芯内管提出地面。
在该取芯内管使用前，先将排气阀4装入保持管2，内管3随之装入保持管2，内管3与排气阀4共同嵌套在保持管2内部，形成一个完整的圆管，然后在保持管2上安装卡簧座组件1和过渡接头5，卡簧座组件1、保持管2和过渡接头5构成外层结构，完成装配。
在工作过程中，将取芯内管下放到钻具内部，进行定向取芯钻进，期间保持管2及内管3的排气通过排气阀4排出，钻进完成后，使用绳索将其打捞到地面，此时内管3中有岩芯。
紧接着，以介质为水为例，过渡接头5连接水泵，控制水压并通入保持管2，水在保持管2中推动排气阀4及内管3，直至内管3由保持管2中完全退出，再将岩芯由内管3中取出，即可得到完整无损的岩芯，完成一次钻进取芯的过程。
需要注意的是，本实施例所提供的取芯内管是针对绳索取芯钻具中的内管部分进行的改进，至于绳索取芯钻具的其他部分以及取芯内管与其他部分协作的过程不属于本实施例的改进内容，至于详细的说明，可参照现有技术，这里不再一一赘述。
上述取芯内管使用的是水压驱动的方式，不仅取出操作方便高效，解决了内管3容易卡芯的问题，达到完整无损地取出岩芯的目的。
需要说明的是，上述各部件之间的连接方式有多种，包括但不限于可拆卸连接中的紧固件连接等，同应属于本实施例的说明范围。
其中，卡簧座组件1可与保持管2螺纹连接；与此类似的，过渡接头5可与保持管2螺纹连接，与此类似的，内管弹卡结构6可与过渡接头5螺纹连接。
示例性的，下述以卡簧座组件1与保持管2螺纹连接、且过渡接头5与保持管2螺纹连接、且内管弹卡结构6与过渡接头5螺纹连接的方式进行说明。
在取芯钻探领域，常用的内管结构均为光滑内表面内管，但卡芯现象仍时有发生，严重影响钻具的钻进效率；为了解决这一问题，本实施例在内管3的内壁表面设置有若干凹坑33。
进一步的，凹坑33的形状为圆形，圆形的凹坑33等距分布。
在本实施例中，圆形凹坑的作用在于减小岩芯与内管3之间的摩擦阻力，在其作用机理中，利用仿生非光滑形态可提高材料耐磨性的机理，减小了接触面的接触面积，而且凹坑33中所存的空气还可减小大气负压，从而达到降阻减粘的目的，减小岩芯在取芯内管内部堵死的几率。
在一种具体的实施方式中，内管3由分体的第一分体管体31和第二分体管体32组合构成。
进一步的，第一分体管体31和第二分体管体32为两个半合管式的分体结构以实现二者分离时纵向剖开内管3。
在本实施例中，两个半合管式的分体结构的结构完全相同，安装在保持管2内部共同构成圆形的内管3，在取芯过程中不需要敲击内管3外壁将岩芯倒出，在卡芯时也不需要使用暴力手段将岩芯捅出，只需将内管3分开，就可取出岩芯，有效保证了岩芯的完整性和原状性；两分体结构内壁布有等距的圆形凹坑，具有减小摩擦阻力耐磨的作用，减小卡芯的几率。
在一种具体的工作说明中，将取芯内管下放，并定向取芯钻进，钻进完成后，使用绳索将取芯内管打捞到地面。拧下卡簧座组件1，打开过渡接头5并使其连接水泵，在水压的作用下，推动排气阀4带动半合式的内管3慢慢退出保持管2，半合式的内管3直接分成两瓣，得到完整无损的岩芯。
在本实施例中，内管3与保持管2内径为间隙配合，在内管3外壁可抹润滑物质便于取出岩芯时内管3滑出保持管2；保持管2为两端带有螺纹的薄壁圆管，用于容纳半合式的内管3和排气阀4，同时隔绝冲洗液，避免冲洗液与内管3直接接触。
除此以外，卡簧座组件1包括卡簧座11、卡簧12和卡簧挡圈13，卡簧12具有用以便于抱紧岩芯的锥度，卡簧12装配于卡簧座11，卡簧挡圈13的两端分别轴向定位卡簧12和内管3，卡簧挡圈13靠近卡簧12一侧设置有用以避让岩芯的卡簧挡圈倒角131。
在本实施例中，在装配卡簧座组件1后，内管3的首端受卡簧座组件1的卡簧挡圈13轴向定位，内管3的尾端受排气阀4轴向定位，避免内管3在保持管2中窜动；卡簧挡圈13的功能是为卡簧12提供轴向定位，避免卡簧12随着岩芯进入到内管3中；卡簧挡圈13的内径要略小于内管3的内径；卡簧挡圈13与卡簧12接触的一侧带有卡簧挡圈倒角131，使岩芯更容易越过卡簧挡圈13进入到内管3中；卡簧座组件1的内径与卡簧12都做锥度设计以保证在打捞取芯内管时能抱紧岩芯；在轴向长度满足的情况下，将卡簧座组件1和卡簧12的长度做长，锥度做小，以加强卡簧12抱紧岩芯的可靠性，同时，小的锥度更有利于岩芯穿过卡簧12进入内管3中。
除此以外，保持管2的内部设置有用以轴向定位排气阀4的保持管台阶面21，排气阀4由分体的下部连接件41、中间连接件42和上部端盖43组合构成，下部连接件41设置有用以轴向定位内管3的下部连接件台阶面412，下部连接件41、中间连接件42和上部端盖43的内部连通且具有单向控制件。
在本实施例中，在内管3随排气阀4装入到位后，内管3的尾端受下部连接件41的下部连接件台阶面412轴向定位；单向控制件起到类似于单向阀的功能，便于取芯钻进时排出内管3中的气体，但外部的冲洗液不会进入到内管3中。
除此以外，下部连接件41、中间连接件42和上部端盖43通过连接螺栓45连接，下部连接件41与中间连接件42之间以及中间连接件42与上部端盖43之间均设有采用孔轴配合的密封活塞44，密封活塞44使排气阀4与保持管2的内壁接触密封，下部连接件41具有排气腔，第一排气腔设有通向内管3的排气孔411，单向控制件为设置于排气孔411处且可在第一排气腔中活动的排气阀密封球46，连接螺栓45具有与第一排气腔连通的连接通孔451，连接通孔451通过保持管2还与过渡接头5连通。
在本实施例中，下部连接件41、中间连接件42和上部端盖43与保持管2为间隙配合，中间连接件42的上下两侧分别安装有密封活塞44，密封活塞44的内孔与中间连接件42为过盈配合，密封活塞44的外部与保持管2接触密封，确保水压不会穿过排气阀4进入内管3污染岩芯，保证形成足够大的水压将内管3推出保持管2；考虑密封活塞44的加工误差，密封活塞44的外径略小于保持管2的内径，以确保上述密封性的同时，排气阀4也能在保持管2内滑动；中间连接件42和上部端盖43中心设有通孔，连接螺栓45穿过后，其连接通孔451连通下部连接件41的第一排气腔，第一排气腔中的排气阀密封球46为钢球，起到单向控制排气孔411的作用。
其中，如图6所示，当内管3中因进入岩芯致使气体受压需要排气时，排气阀密封球46受压开启，内管3中的气体通过排气孔411通向下部连接件41的第一排气腔，再经由连接通孔451排至保持管2的尾端后通过过渡接头5排出；反之，当气体反向时，排气阀密封球46封堵排气孔411，使排气阀4对内管3提供单向排气的作用。
除此以外，过渡接头5包括过渡接头基体51，过渡接头基体51具有与保持管2连通的过水孔511，过渡接头基体51还具有与过水孔511连通的装配腔，装配腔可选择装设有螺纹塞52和直通接头53，螺纹塞52具有第二排气腔以及装设于第二排气腔的螺纹塞密封球521，螺纹塞52装设有螺塞体522。
在本实施例中，在上述取芯内管的不同工作阶段，按需安装螺纹塞52或直通接头53，取芯钻进时过水孔511由螺纹塞52堵住；过渡接头基体51内螺纹一端与保持管2连接，外螺纹一端与内管弹卡结构6连接。
其中，与上述单向排气类似，该螺纹塞密封球521为钢球，保证内部的气体能排除，而外部的冲洗液不能进入过渡接头5。
具体而言，螺纹塞52上带有第二排气腔，第二排气腔内设置有钢球，第二排气腔直径大的一侧设置有螺塞体522，堵住排气孔，形成排气腔，螺塞体522上有小排气孔，利于内管3内气体从此处排出，而外界的冲洗液不会从此处进入内管3内污染岩芯。
在一种具体的工作说明中，将排气阀4抵入保持管2内径大的一端，随之将内管3也插入到保持管2的内部，与下部连接件41接触，并通过下部连接件41上的下部连接件台阶面412轴向定位，继续送入排气阀4和内管3，直至排气阀4与保持管2上的保持管台阶面21接触为止，在保持管2的两端拧上卡簧座组件1和过渡接头5，并将内管弹卡结构6与过渡接头5连接；将取芯内管下放到钻具内部，进行定向取芯钻进，钻进完成后，使用绳索将其打捞到地面；将螺纹塞52从过渡接头5上拆卸，装上直通接头53，直通接头53的一端接通水泵，由球阀控制水压的大小；拧下卡簧座组件1，打开水泵，通过球阀控制水压，如图8所示，使排气阀4和内管3沿箭头方向退出保持管2，待排气阀4完全退出保持管2，内管3分为两瓣，得到完整无损的岩芯；继续通水将保持管2内壁清洗干净，准备下一次的钻进取芯。
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取芯内管进行了详细介绍。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)

1.一种取芯内管，其特征在于，包括保持管(2)、分别装设于所述保持管(2)首尾两端的卡簧座组件(1)和过渡接头(5)、装设于所述过渡接头(5)的内管弹卡结构(6)、由首至尾依次装设于所述保持管(2)内部的内管(3)和排气阀(4)，所述排气阀(4)用以限制所述保持管(2)内部由首至尾的单向排气，所述过渡接头(5)的内部与所述保持管(2)的内部连通，所述过渡接头(5)用以在供介质通入时介质推动所述排气阀(4)且将所述内管(3)推出所述保持管(2)。
2.根据权利要求1所述的取芯内管，其特征在于，所述内管(3)由分体的第一分体管体(31)和第二分体管体(32)组合构成。
3.根据权利要求2所述的取芯内管，其特征在于，所述第一分体管体(31)和所述第二分体管体(32)为两个半合管式的分体结构以实现二者分离时纵向剖开所述内管(3)。
4.根据权利要求1所述的取芯内管，其特征在于，所述内管(3)的内壁表面设置有若干凹坑(33)。
5.根据权利要求4所述的取芯内管，其特征在于，所述凹坑(33)的形状为圆形，圆形的所述凹坑(33)等距分布。
6.根据权利要求1至5任一项所述的取芯内管，其特征在于，所述卡簧座组件(1)与所述保持管(2)螺纹连接，和/或，所述过渡接头(5)与所述保持管(2)螺纹连接，和/或，所述内管弹卡结构(6)与所述过渡接头(5)螺纹连接。
7.根据权利要求1至5任一项所述的取芯内管，其特征在于，所述卡簧座组件(1)包括卡簧座(11)、卡簧(12)和卡簧挡圈(13)，所述卡簧(12)具有用以便于抱紧岩芯的锥度，所述卡簧(12)装配于所述卡簧座(11)，所述卡簧挡圈(13)的两端分别轴向定位所述卡簧(12)和所述内管(3)，所述卡簧挡圈(13)靠近所述卡簧(12)一侧设置有用以避让岩芯的卡簧挡圈倒角(131)。
8.根据权利要求1至5任一项所述的取芯内管，其特征在于，所述保持管(2)的内部设置有用以轴向定位所述排气阀(4)的保持管台阶面(21)，所述排气阀(4)由分体的下部连接件(41)、中间连接件(42)和上部端盖(43)组合构成，所述下部连接件(41)设置有用以轴向定位所述内管(3)的下部连接件台阶面(412)，所述下部连接件(41)、所述中间连接件(42)和所述上部端盖(43)的内部连通且具有单向控制件。
9.根据权利要求8所述的取芯内管，其特征在于，所述下部连接件(41)、所述中间连接件(42)和所述上部端盖(43)通过连接螺栓(45)连接，所述下部连接件(41)与所述中间连接件(42)之间以及所述中间连接件(42)与所述上部端盖(43)之间均设有采用孔轴配合的密封活塞(44)，所述密封活塞(44)使所述排气阀(4)与所述保持管(2)的内壁接触密封，所述下部连接件(41)具有排气腔，所述第一排气腔设有通向所述内管(3)的排气孔(411)，所述单向控制件为设置于所述排气孔(411)处且可在所述第一排气腔中活动的排气阀密封球(46)，所述连接螺栓(45)具有与所述第一排气腔连通的连接通孔(451)，所述连接通孔(451)通过所述保持管(2)还与所述过渡接头(5)连通。
10.根据权利要求9所述的取芯内管，其特征在于，所述过渡接头(5)包括过渡接头基体(51)，所述过渡接头基体(51)具有与所述保持管(2)连通的过水孔(511)，所述过渡接头基体(51)还具有与所述过水孔(511)连通的装配腔，所述装配腔可选择装设有螺纹塞(52)和直通接头(53)，所述螺纹塞(52)具有第二排气腔以及装设于所述第二排气腔的螺纹塞密封球(521)，所述螺纹塞(52)装设有螺塞体(522)。
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