CN116084870B - 全地形便携式取心工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全地形便携式取心工具，包括稳定模块、动力模块、储屑模块和取心模块；所述的稳定模块包括上接头、轴承A、推块轴、扶正块、轴承B、联轴器、上外壳、电机A和中接头；所述的动力模块包括电机B、下外壳、花键螺母、碟簧组、端面轴承、丝杠、传动轴、防掉接头和下接头；所述的储屑模块包括储屑腔、挡板接头和挡板；所述的取心模块包括取心筒接头、防掉卡扣、取心外壳、取心筒、复位弹簧、卡心装置和取心钻头；本发明可根据地形情况，搭接钻杆和含有钢丝的电缆，可适用各类复杂和极端地形的取心工作；本发明小巧、方便携带、而且操作简单、还能够保证所取的岩心达到要求的保真率。
Description
技术领域
本发明涉及油气田以及地质勘探领域，尤其涉及一种全地形便携式取心工具领域。
背景技术
随着社会不断地发展，科技不断地进步，人们对于地质信息的研究有了更为复杂的要求，为了研究不同地层的物性、结构、流体、力学等地质参数，需要对地层进行研究，而钻井取心是获取地层原始资料最为直观有效的技术手段，对于钻井取心而言，取心工具功能的齐全是对所取岩心最重要的保障。
针对极端环境存在的地形复杂和地面凹凸不平落差较大等问题，传统的取心工具的钻机一般安装与地面上，而且需要较大且平坦的地面进行安装，传统的取心工具很难确保取出来的岩心能够保真，即保证原环境的温度、湿度以及明暗度；传统的取心工具还需要携带钻杆进行加深取心深度，如果在极端地形下，难以安装钻杆，甚至于不方便携带多根钻杆，传统的取心工具费时费力，且不方便携带，难以应对现阶段人们对于地层研究的要求，而且传统取心工具所取的岩心体积一般较大，转运和储存所需要消耗的人力、物力以及财力更多。
发明内容
本发明的目的是公开一种全地形便携式取心工具，以解决上述背景中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种全地形便携式取心工具，其特征在于：包括稳定模块、动力模块、储屑模块和取心模块；
所述的稳定模块包括上接头、轴承A、推块轴、扶正块、轴承B、联轴器、上外壳、电机A和中接头；所述扶正块包括外扶正块、扶正块内部弹簧和内扶正块，所述外扶正块与内扶正块通过扶正块内部弹簧连接，所述扶正块外部弹簧位于内扶正块与上外壳之间，可以通过电机A带动推块轴旋转120°推出扶正块，压缩扶正块外部弹簧，扶正块内部弹簧可以解决钻孔内壁不平整的问题，以及对内壁持续提供预紧力，防止取心工具反转；所述上接头与上外壳通过螺纹连接；所述轴承A与上接头通过过盈配合连接，轴承A与推块轴通过过盈配合连接；所述轴承B与上外壳内部的凸台通过过盈配合连接，轴承B与推块轴通过过盈配合连接；所述电机A通过联轴器与推块轴连接，电机A通过螺钉固定在中接头上；
所述的动力模块包括电机B、下外壳、花键螺母、碟簧组、端面轴承、丝杠、传动轴、防掉接头和下接头；所述电机B与下外壳通过螺钉连接，沿下外壳圆周方向设有4颗螺钉，电机B与丝杠通过键连接，并通过销钉加固，防止丝杠掉落；所述下外壳与中接头通过螺纹连接，下外壳与防掉接头通过螺纹连接，防止花键螺母超过极限限位，导致取心工具下段掉落井底；所述花键螺母放置于下外壳内部的键槽中，花键螺母与丝杠通过螺纹连接；所述丝杠带有花键，丝杠放置于传动轴内部的键槽中；所述传动轴与下接头通过螺纹连接；所述端面轴承由固定套与传动轴连接，所述固定套不会影响端面轴承的减摩效果，端面轴承与碟簧组通过焊接连接；所述花键螺母与碟簧组通过焊接连接；通过上述的连接花键螺母、碟簧组和传动轴可作为一个整体，一起上下移动；
所述的储屑模块包括储屑腔、挡板接头和挡板；所述储屑腔与下接头通过螺纹连接；所述挡板通过挡板接头安装在储屑腔内部对应的位置，所述挡板可以转动，以便排空储屑腔里的岩屑；
所述的取心模块包括取心筒接头、防掉卡扣、取心外壳、取心筒、复位弹簧、卡心装置和取心钻头；所述取心筒通过取心筒接安装在取心外壳内部对应的位置；所述防掉卡扣为弹性零件，安装在取心筒与取心筒接头之间的凹槽内，当一次取心完成时，防掉卡扣卡在取心外壳内部上段的凸台上，与下端卡心装置配合，防止所取岩心掉落；所述取心外壳与储屑腔通过螺纹连接，取心外壳与取心钻头通过螺纹链接，并通过螺钉加固；所述卡心装置为弹性零件，上端焊接在取心筒的外部，下端安装在取心筒的通槽里，所述卡心装置与取心筒之间安装有复位弹簧，当一次取心完成时，所述的卡心装置被取心外壳内部下段的凸台压缩，具有截断岩心和防止岩心掉落的功能。
作为本发明进一步的技术方案，所述的扶正块沿上外壳的轴向方向有18个，所述的扶正块沿上外壳的圆周方向以120°分布为3列，每列均有18个，能适应各种复杂的钻孔内壁结构。
作为本发明进一步的技术方案，所述的电机A带有自锁功能。
作为本发明进一步的技术方案，所述的电机B具有正反转和转速调节功能。
作为本发明进一步的技术方案，所述的下接头侧边安装有温度与湿度传感器，内部安装有钻压测量装置。
作为本发明进一步的技术方案，所述的储屑腔外部沿着圆周方向开有4个对称的通槽，所述通槽上下分别设有两段旋向相反的螺旋排屑槽，可以更高效的将岩屑排入储屑腔内储存，防止钻进过程中岩屑的堆积；所述储屑腔内部设有4个沿圆周方向对称的扇形排屑孔。
作为本发明进一步的技术方案，所述的取心筒外侧设有与储屑腔下段旋向相同的螺旋排屑槽。
作为本发明进一步的技术方案，所述的取心筒内部设有保护套，所述保护套具有避光和密封功能，可以有效的保证岩心的湿度和明暗度。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的稳定部分采用了独立的扶正块设计，而且每个扶正块内部都设有弹簧，可以更有效地适应不规则的钻孔内壁和提供一定的预紧力，提高了取心过程的稳定性。
2、本发明的上接头可以连接钻杆或者含有钢丝的电缆，灵活性强，可适用于不同的地面环境。
3、本发明储屑腔的通槽上下分别设有两段旋向相反的螺旋排屑槽，可以更高效的将岩屑排入储屑腔内储存，防止钻进过程中岩屑的堆积，从而引起的卡钻、重复钻进等降低取心效率的情况发生。
4、本发明的取心筒内部套有保护套可以提高岩心的保真率。
5、本发明比传统的取心工具尺寸更小，所取出的岩心体积更小，方便运输和储存，所消耗的人力、物力以及财力更少。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明图1中的局部放大图。
图3为本发明中传动轴的半剖结构示意图。
图4为本发明中丝杠的结构示意图。
图5为本发明中推块轴的结构示意图。
图6为本发明中储屑腔的结构示意图。
图7为本发明中花键螺母的结构示意图。
图8为本发明中挡板的结构示意图。
图中：1-上接头，2-轴承A，3-推块轴，4-扶正块，41-外扶正块，42-扶正块内部弹簧，43-内扶正块，44-扶正块外部弹簧，5-轴承B，6-联轴器，7-上外壳，8-电机A，9-中接头，10-电机B，11-下外壳，12-花键螺母，13-碟簧组，14-端面轴承，15-丝杠，16-传动轴，17-防掉接头，18-下接头，19-储屑腔，20-挡板接头，21-挡板，22-取心筒接头，23-防掉卡扣，24-取心外壳，25-取心筒，26-复位弹簧，27-卡心装置，28-取心钻头。
实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内部”、“外部”、“上段”、“下段”、“上端”、“下端”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便与描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或零件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
本发明提供一种全地形便携式取心工具，其特征在于：包括稳定模块、动力模块、储屑模块和取心模块；
如图1和图5所示，所述的稳定模块包括上接头1、轴承A2、推块轴3、扶正块4、轴承B5、联轴器6、上外壳7、电机A8和中接头9；如图2所示，所述扶正块4包括外扶正块41、扶正块内部弹簧42和内扶正块43，所述外扶正块41与内扶正块43通过扶正块内部弹簧42连接，所述扶正块外部弹簧44位于内扶正块43与上外壳7之间，扶正块外部弹簧44起复位扶正块的作用，当电机A8带动推块轴3旋转120°推出扶正块4，会压缩扶正块外部弹簧44，而扶正块内部弹簧42可以解决钻孔内壁不平整的问题，以及对钻孔内壁持续提供预紧力，防止取心工具反转；所述上接头1下端与上外壳7上端通过螺纹连接；所述轴承A2与上接头1通过过盈配合连接，轴承A2与推块轴3通过过盈配合连接；所述轴承B5与上外壳7内部的凸台通过过盈配合连接，轴承B5与推块轴3通过过盈配合连接；所述电机A8通过联轴器6与推块轴3连接，电机A8下端通过螺钉固定在中接头9上；
如图1所示，所述的动力模块包括电机B10、下外壳11、花键螺母12、碟簧组13、端面轴承14、丝杠15、传动轴16、防掉接头17和下接头18；所述电机B10与下外壳11通过螺钉连接，沿下外壳11圆周方向设有4颗螺钉，电机B10与丝杠15通过键连接，并通过销钉加固，防止丝杠15掉落；所述下外壳11上端与中接头9下端通过螺纹连接，下外壳11下端与防掉接头17上端通过螺纹连接，防止花键螺母12超过极限限位，导致取心工具下段掉落井底；所述花键螺母12放置于下外壳11内部的键槽中，花键螺母12与丝杠15通过螺纹连接；如图4所示，所述丝杠15下段带有花键；如图3所示，传动轴16内部设有键槽，传动轴16上端设有凸台，防止传动轴16超过极限限位，导致取心工具下段掉落井底；丝杠15放置于传动轴16内部的键槽中；所述传动轴16下端与下接头18上端通过螺纹连接；所述端面轴承14由固定套与传动轴16连接，所述固定套不会影响端面轴承14的减摩效果，端面轴承14与碟簧组13通过焊接连接；所述花键螺母12与碟簧组13通过焊接连接；通过上述的连接花键螺母12、碟簧组13和传动轴16可作为一个整体，一起上下移动；
如图1、图6和图8所示，所述的储屑模块包括储屑腔19、挡板接头20和挡板21；所述储屑腔19上端与下接头18下端通过螺纹连接；所述挡板21通过挡板接头20安装在储屑腔19内部对应的位置，所述挡板21可以转动，以便排空储屑腔19里的岩屑；
如图1所示，所述的取心模块包括取心筒接头22、防掉卡扣23、取心外壳24、取心筒25、复位弹簧26、卡心装置27和取心钻头28；所述取心筒25通过取心筒接头22安装在取心外壳24内部对应的位置；所述防掉卡扣23为弹性零件，安装在取心筒25与取心筒接头22之间的凹槽内，当一次取心完成时，防掉卡扣23卡在取心外壳24内部上段的凸台上，与下端卡心装置27配合，防止所取岩心掉落；所述取心外壳24上端与储屑腔19下端通过螺纹连接，取心外壳24下端与取心钻头28通过螺纹链接，并通过螺钉加固；所述卡心装置27为弹性零件，上端焊接在取心筒25的外部，下端安装在取心筒25的通槽里，所述卡心装置27与取心筒25之间安装有复位弹簧26；
本实施例中，当岩心到达一定高度，开始上顶取心筒25，随着取心筒25开始向上移动，卡心装置27受到取心外壳24下段凸台的挤压，开始向内闭合，当防掉卡扣23刚好卡在取心外壳24上段凸台时，卡心装置27将岩心剪断并密封好取心筒25内部套的保护套。
所述的扶正块4沿上外壳7的轴向方向有18个，所述的扶正块4沿上外壳7的圆周方向以120°分布为3列，每列均有18个，能适应各种复杂的钻孔内壁结构。
所述的电机A8带有自锁功能，防止推块轴3反转，使取心工具处于不稳定状态。
本实施例中，所述的电机B10具有正反转和转速调节功能，正转使取心工具处于工作状态，反转使取心工具复位；转速调节功能可以根据下接头18内部的钻压测量装置所测得钻压来改变转速，从而增大或降低钻压。
所述的下接头18侧边安装有温度与湿度传感器，便于将取出来的岩心储存在相仿的环境中，所述的下接头18内部安装有钻压测量装置。
如图6所示，所述的储屑腔19外部沿着圆周方向开有4个对称的通槽，所述通槽上下分别设有两段旋向相反的螺旋排屑槽，可以更高效的将岩屑排入储屑腔19内储存，防止钻进过程中岩屑的堆积，从而引起的卡钻、重复钻进等降低取心效率的情况发生；所述储屑腔19内部设有4个沿圆周方向对称的扇形排屑孔。
所述的取心筒25外部设有与储屑腔19下段旋向相同的螺旋排屑槽。
在本实施例中，只有满足避光和密封要求的保护套才能确保岩心的保真率，所述保护套套在取心筒25内部。
稳定模块的工作原理：首先需要判断是否需要开启稳定模块，如刚开始取心，稳定模块还未进入钻孔或上接头1上端连接钻杆，都不需要开启稳定模块，只需要安装手持装置，由人手持操作或者安装到钻机上进行操作，其他情况均需开启稳定模块；通过电机A8带动推块轴3旋转120°推出扶正块4，压缩扶正块外部弹簧44，扶正块内部弹簧42可以应对钻孔内壁不平整的情况，以及对内壁持续提供预紧力。
动力模块的工作原理：工作时，通过电机B10正转带动丝杠15转动，因为花键螺母12通过花键与下外壳11相连，而下外壳11与稳定模块相连保持不动，所以花键螺母12将径向力转化为轴向力，向下移动，压缩碟簧组13，碟簧组13将压力通过传动轴16传递至储屑模块和取心模块；又因为传动轴16与丝杠15通过花键连接，将丝杠15的转动通过传动轴16传递至储屑模块和取心模块；端面轴承14的作用就是为了防止传动轴16与碟簧组13过度磨损；碟簧组13的作用就是为防止钻进的深度小于花键螺母12轴向的位移，从而使电机B10过载而烧坏以及保持一定的钻压给予取心钻头28；复位时，通过电机B10反转带动丝杠15转动，使花键螺母12、碟簧组13和传动轴16回复到初始位置。
储屑模块的工作原理：通过储屑腔19外部通槽上下分别设有两段旋向相反的螺旋排屑槽，将岩屑高效的排入储屑腔19内储存，防止钻进过程中岩屑的堆积，完成一次取心后，旋转挡板21，通过储屑腔19下端的扇形排屑孔排空储屑腔19里的岩屑。
取心模块的工作原理：当岩心到达一定高度时，岩心开始上顶取心筒25，随着取心筒25开始向上移动，卡心装置27受到取心外壳24下段凸台的挤压，开始向内闭合，当防掉卡扣23刚好卡在取心外壳24上段凸台时，卡心装置27将岩心剪断并密封好取心筒25内部套的保护套；取心时，只需按压防掉卡扣23将取心筒25复位，由保护套包裹的岩心便可从下端取出；再次取心时，只需安装一个保护套即可。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种全地形便携式取心工具，其特征在于：包括稳定模块、动力模块、储屑模块和取心模块；
所述的稳定模块包括上接头（1）、轴承A（2）、推块轴（3）、扶正块（4）、轴承B（5）、联轴器（6）、上外壳（7）、电机A（8）和中接头（9）；所述扶正块（4）包括外扶正块（41）、扶正块内部弹簧（42）和内扶正块（43），所述外扶正块（41）与内扶正块（43）通过扶正块内部弹簧（42）连接，所述扶正块外部弹簧（44）位于内扶正块（43）与上外壳（7）之间；所述上接头（1）与上外壳（7）通过螺纹连接；所述轴承A（2）与上接头（1）通过过盈配合连接，轴承A（2）与推块轴（3）通过过盈配合连接；所述轴承B（5）与上外壳（7）内部的凸台通过过盈配合连接，轴承B（5）与推块轴（3）通过过盈配合连接；所述电机A（8）通过联轴器（6）与推块轴（3）连接，电机A（8）通过螺钉固定在中接头（9）上；
所述的动力模块包括电机B（10）、下外壳（11）、花键螺母（12）、碟簧组（13）、端面轴承（14）、丝杠（15）、传动轴（16）、防掉接头（17）和下接头（18）；所述电机B（10）与下外壳（11）通过螺钉连接，电机B（10）与丝杠（15）通过键连接，并通过销钉加固；所述下外壳（11）与中接头（9）通过螺纹连接，下外壳（11）与防掉接头（17）通过螺纹连接；所述花键螺母（12）放置于下外壳（11）内部的键槽中，花键螺母（12）与丝杠（15）通过螺纹连接；所述丝杠（15）带有花键，丝杠（15）放置于传动轴（16）内部的键槽中；所述传动轴（16）与下接头（18）通过螺纹连接；所述端面轴承（14）由固定套与传动轴（16）连接，端面轴承（14）与碟簧组（13）通过焊接连接；所述花键螺母（12）与碟簧组（13）通过焊接连接；
所述的储屑模块包括储屑腔（19）、挡板接头（20）和挡板（21）；所述储屑腔（19）与下接头（18）通过螺纹连接；所述挡板（21）通过挡板接头（20）安装在储屑腔（19）内部对应的位置；
所述的取心模块包括取心筒接头（22）、防掉卡扣（23）、取心外壳（24）、取心筒（25）、复位弹簧（26）、卡心装置（27）和取心钻头（28）；所述取心筒（25）通过取心筒接头（22）安装在取心外壳（24）内部对应的位置；所述防掉卡扣（23）为弹性零件，安装在取心筒（25）与取心筒接头（22）之间的凹槽内；所述取心外壳（24）与储屑腔（19）通过螺纹连接，取心外壳（24）与取心钻头（28）通过螺纹链接，并通过螺钉加固；所述卡心装置（27）为弹性零件，上端焊接在取心筒（25）的外部，下端安装在取心筒（25）的通槽里，所述卡心装置（27）与取心筒（25）之间安装有复位弹簧（26）。
2.根据权利要求1所述的全地形便携式取心工具，其特征在于：所述的扶正块（4）沿上外壳（7）的轴向方向有18个，所述的扶正块（4）沿上外壳（7）的圆周方向以120°分布为3列，每列均有18个。
3.根据权利要求1所述的全地形便携式取心工具，其特征在于：所述的电机A（8）带有自锁功能。
4.根据权利要求1所述的全地形便携式取心工具，其特征在于：所述的电机B（10）具有正反转和转速调节功能。
5.根据权利要求1所述的全地形便携式取心工具，其特征在于：所述的下接头（18）侧边安装有温度与湿度传感器，内部安装有钻压测量装置。
6.根据权利要求1所述的全地形便携式取心工具，其特征在于：所述的储屑腔（19）外部沿着圆周方向开有4个对称的通槽，所述通槽上下分别设有两段旋向相反的螺旋排屑槽；所述储屑腔（19）内部设有4个沿圆周方向对称的扇形排屑孔。
7.根据权利要求1所述的全地形便携式取心工具，其特征在于：所述的取心筒（25）外侧设有与储屑腔（19）下段旋向相同的螺旋排屑槽。
8.根据权利要求1所述的全地形便携式取心工具，其特征在于：所述的取心筒（25）内部设有保护套，所述保护套具有避光和密封功能。
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