CN204630763U - 一种水平井取芯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种水平井取芯装置，包括双管单动装置、取芯钻头和外管扶正接头，双管单动装置包括内管和外管，内管一部分在外管内部，另一部分自外管前端伸出，外管扶正接头自双管单动装置后端与外管连接，取芯钻头自双管单动装置前端与外管连接，内管外壁与取芯钻头内壁之间设有内管扶正器，内管扶正器为圆环形，沿圆环内壁圆周交替分布有水槽和滚珠槽，滚珠槽内设置有球形的滚珠，滚珠直径大于滚珠槽口宽度。水平井取芯装置在水平井段内躺卧状态时，其整体可防止降斜趋势；内管扶正器由多列滚珠组合组成，摩擦力小、转运灵活、稳定，滚珠与内管之间以点接触，即使由于钻井液中的细粒砂子卡住滚珠，也不会影响内管的转动。

Description

一种水平井取芯装置

技术领域

本实用新型属于煤炭开采工业设备，具体涉及一种水平井取芯装置，主要用于采取地下水平井中的充填加固材料的样本。

背景技术

为预防煤矿开采过程中突水灾害发生，采用煤层底板加固技术。该技术主要是对煤层底板进行注入加固材料，以改善底板的隔水性，提高底板完整性和抗水压能力，减少矿井突水危险性。具体实施方法是在地面施工一定数量的水平定向钻孔，通过这些钻孔对煤层底板实施预注浆、充填加固材料、最大限度消除底板水对采煤的影响，防止井下水害的发生。充填加固即注浆液的性能必须符合要求，才能起到良好的底板加固效果。为了验证注浆液的固凝效果，需对水平井中的注浆材料进行连续取样，并对样本进行实验室压力试验。这就需在水平井中用水平取芯装置进行取芯。把样本提取出地面后进行实验检测，对底板加固进行验证。

为保证在水平井中顺利取出注浆充填材料的样本，需要对已注浆充填的固凝材料部位，进行取芯，获取样本。取芯装置在井内水平段时由于重力场作用，会躺卧在井壁底边上，在取芯过程中有降斜趋势，需要保证取芯装置水平。现有滚柱式轴承扶正装置中的滚柱在使用过程中容易被泥沙卡住，使滚柱滚动受限从而影响取芯器性能。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种水平井取芯装置，该装置能够保证在取芯工作中保持水平状态不易倾斜，且不易受泥沙影响。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种水平井取芯装置， 包括双管单动装置、取芯钻头和外管扶正接头，所述双管单动装置包括内管和外管，内管一部分在外管内部，另一部分自外管前端伸出，所述外管扶正接头自双管单动装置后端与外管连接，所述取芯钻头自双管单动装置前端与外管连接，内管外壁与取芯钻头内壁之间设有内管扶正器，所述内管扶正器为圆环形，沿圆环内壁圆周交替分布有水槽和滚珠槽，所述滚珠槽内设置有球形的滚珠，滚珠直径大于滚珠槽口宽度。

作为对内管扶正器的一种改进，各个滚珠槽尺寸相同、间距相等、侧边对齐，平行分布在内管扶正器内壁圆周；各个水槽尺寸相同，间距相等，侧边对齐，平行分布在各个滚珠槽的间隔中。

作为对内管扶正器的另一种改进，每个滚珠槽内设有至少3个滚珠，各个滚珠槽内滚珠的数量、直径相等，每个滚珠槽均轴向分布，滚珠在滚珠槽内直线排列，滚珠槽的长度与滚珠槽内滚珠直径之和相等，滚珠槽宽度与滚珠直径相等。多列滚珠组合排列，摩擦力小、转运灵活、能够有效保证内管扶正。

进一步的，滚珠槽与滚珠的缝隙中注有润滑油。

作为对双管单动装置内部结构改进，所述双管单动装置的内管的前部设有卡簧座，卡簧座内侧设置有卡簧挡圈和卡簧，卡簧座与卡簧为锥形配合，便于取芯时卡入钻取样本。。

进一步的，所述双管单动装置的内管的后部连接主轴，所述主轴一端伸入内管内部，主轴与内管通过调整接头和调整螺母固定连接；主轴上设置有轴承，轴承外连接轴承外套，轴承外套的前端连接有下压盖；主轴的后部套有平垫，并通过锁紧螺母固定；所述轴承外套内壁与外管扶正接头前端外壁连接，外管扶正接头前端中部开口容纳主轴后端及旋紧螺母，所述开口的内径小于所述平垫的外径，这样限制了主轴在取芯过程中前后移动的范围，使主轴与卡簧将取芯样品卡住从而取出地面。

进一步的，所述主轴轴心具有圆柱形空心区，所述圆柱形空心区上方设有倾斜的开孔，圆柱形空心区连通主轴前端的钢球容置区，所述钢球容置区内设有一个钢球，所述钢球的直径大于圆柱形空心区端口内径，钢球外侧连接有空心的钢球座。取芯过程中取芯样品进入内管过程中水流也一同进入内管，取芯样品后段水流通过钢球座的空心区进入到主轴的圆柱形空心区后从倾斜的开孔中流出进入到内管与外管的间隙中。

作为对外管扶正接头的改进，所述外管扶正接头由前后两部分构成，外管扶正接头后端与外管内壁连接，且具有圆锥台、圆柱及圆锥组合形状的空腔，后部空腔前端与两个倾斜的壁孔连通作为水道；外管扶正接头前端具有圆锥与圆柱组合形状的开口。这个圆锥与圆柱组合形状的开口容纳主轴的后端。

进一步的，所述外管扶正接头的外径与取芯钻头外径相同，外管扶正接头外壁设有扶正器，可以防止取芯装置在水平井内躺卧时外管倾斜的状态。

作为对钻头的改进，所述取芯钻头壁设有通孔。这个通孔也是流水的通道，水流自外管扶正器一端的空腔流入经过与之连通的两个倾斜的壁孔进入内管与外管的间隙，再通过内管扶正器中的水槽流入钻头内壁的通孔进入钻孔上返至地面，从而完成水流的循环，循环水能够减小取芯阻力，降低钻头温度，同时带走泥沙。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型水平井取芯装置在水平井段内躺卧状态时，其整体可防止降斜趋势。其中内管扶正器由多列滚珠组合组成，摩擦力小、转运灵活、稳定。由于滚珠与扶正器支承内管之间以点接触，即使由于钻井液中的细粒砂子卡住滚珠，也不会影响内管的转动。克服了滚柱式轴承扶正装置的缺点。

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1为水平井取芯装置整体结构示意图；

图2为内管扶正器横截面示意图；

图3为内管扶正器纵剖面示意图。

附图说明：1.取芯钻头；2.外管扶正接头；3.外管；4.内管；5.内管扶正器；6.卡簧；7.卡簧挡圈；8.卡簧座；9.主轴；10.调整接头；11.调整螺母；12.轴承；13.轴承外套；14.平垫；15.锁紧螺母；16.下压盖；17.钢球；18.钢球座；19.扶正器。

1-1.通孔；3-1.倾斜的壁孔；3-2. 圆锥与圆柱组合形状的开口；5-1.滚珠槽；5-2.水槽；5-3.滚珠；9-1.圆柱形空心区；9-2.倾斜的开孔。

具体实施方式

一种水平井取芯装置， 包括双管单动装置、取芯钻头1和外管扶正接头2，双管单动装置包括内管4和外管3，内管4一部分在外管3内部，另一部分自外管3前端伸出，外管扶正接头2自双管单动装置后端与外管3连接，取芯钻头1自双管单动装置前端与外管3连接，内管外壁与取芯钻头内壁之间设有内管扶正器5，内管扶正器5为圆环形，沿圆环内壁圆周交替分布有水槽5-2和滚珠槽5-1，滚珠槽5-1内设置有球形的滚珠5-3，滚珠5-3直径大于滚珠槽口宽度。

各个滚珠槽5-1尺寸相同、间距相等、侧边对齐，平行分布在内管扶正器5内壁圆周；各个水槽5-2尺寸相同，间距相等，侧边对齐，平行分布在各个滚珠槽5-1的间隔中。多列滚珠组合排列，摩擦力小、转运灵活、能够有效保证内管扶正。

每个滚珠槽5-1内设有至少3个滚珠5-3，各个滚珠槽内滚珠的数量、直径相等，每个滚珠槽5-1均轴向分布（及沿主轴方向），滚珠5-3在滚珠槽5-1内直线排列，滚珠槽的长度与滚珠槽内滚珠直径之和相等，滚珠槽宽度与滚珠直径相等。滚珠槽与滚珠的缝隙中注有润滑油。可注满黄油起到润滑作用。

双管单动装置的内管4的前部设有卡簧座8，卡簧座8内侧设置有卡簧挡圈7和卡簧6，所述卡簧座8与卡簧6为锥形配合，便于取芯时卡入钻取样本。

双管单动装置的内管4的后部连接主轴9，主轴9一端伸入内管4内部，主轴9与内管4通过调整接头10和调整螺母11固定连接；主轴9上设置有轴承12，轴承可设置为两个，轴承12外连接轴承外套13，轴承外套13的前端连接有下压盖16；主轴9的后部套有平垫14，并通过锁紧螺母15固定；轴承外套13内壁与外管扶正接头2前端外壁连接，外管扶正接头2前端中部开口容纳主轴9后端及旋紧螺母15，所述开口的内径小于所述平垫14的外径，这样限制了主轴在取芯过程中前后移动的范围，使主轴与卡簧将取芯样品卡住从而取出地面。

主轴9轴心具有圆柱形空心区9-1，所述圆柱形空心区9-1上方设有倾斜的开孔9-2，圆柱形空心区9-1连通主轴9前端的钢球容置区，所述钢球容置区内设有一个钢球17，所述钢球17的直径大于圆柱形空心区9-1端口内径，钢球17外侧连接有空心的钢球座18。取芯过程中取芯样品进入内管过程中水流也一同进入内管，取芯样品后段水流通过钢球座的空心区进入到主轴的圆柱形空心区后从倾斜的开孔中流出进入到内管与外管的间隙中。

外管扶正接头2由前后两部分构成，外管扶正接头2后端与外管3内壁连接，且具有圆锥台、圆柱及圆锥组合形状的空腔，后部空腔前端与两个倾斜的壁孔3-1连通作为水道；外管扶正接头前端具有圆锥与圆柱组合形状的开口3-2。这个圆锥与圆柱组合形状的开口3-2容纳主轴的后端及锁紧螺母15。

外管扶正接头2的外径与取芯钻头1外径相同，外管扶正接头2外壁设有扶正器19，可以防止取芯装置在水平井内躺卧时外管倾斜的状态。

取芯钻头1壁设有通孔1-1。这个通孔也是流水的通道，水流自外管扶正器一端的空腔流入经过与之连通的两个倾斜的壁孔进入内管与外管的间隙，再通过内管扶正器中的水槽流入钻头内壁的通孔进入钻孔上返至地面，从而完成水流的循环，循环水能够减小取芯阻力，降低钻头温度，同时带走泥沙。

本实用新型的水平取芯装置主要部件及特点：

①取芯钻头：钻头是取芯过程中的关键部件之一，针对钻取的样本的特征选择了高强度金刚石复合片作为切削刃，具有一定的自扶稳定性。

②双管单动装置：该装置是钻取井内样本的容纳部位。取芯装置在井内水平段时由于重力场作用，会躺卧在井壁底边上，在取芯过程中有降斜趋势，增加了取芯难度，为此，设计了外管扶正导向装置。另外，主要是在钻头和内管之间设计安装了内管扶正器，该扶正器为一个多列滚珠组合型扶正器，它由主体和多个滚珠组成，主体上加工的多列水槽和滚珠槽，水槽用于通过取芯器由外管之间的钻井液，滚珠槽内镶嵌多个滚珠用于扶正内管。

③外管扶正接头：其外径与钻头外径一致。当取芯装置在水平井段内躺卧状态时可防止降斜趋势。

本实用新型水平井取芯装置在水平井段内躺卧状态时，其整体可防止降斜趋势，内管扶正器支承内管，摩擦力小、转运灵活、稳定。由于滚珠与内管之间以点接触，即使由于钻井液中的细粒砂子卡住滚珠，也不会影响内管的转动。克服了滚柱式轴承扶正装置的缺点。

本实用新型的操作：

在地面实施水平定向孔钻井后，通过钻孔对目的煤层底板实施注浆充填加固材料，按规定候凝后，下入本取芯装置。下入本取芯装置前，在地面进行仔细检查每个零部件并彻底清洗，尤其是要在内管扶正器的滚珠槽与滚珠的缝隙中注满黄油。本取芯装置在下放至指定位置后，以轻压慢转的方式钻取凝固样本，确认钻进0.5～1.0m后，即可以轻提、晃车方式，使钻头内的卡簧卡住已钻取的样本，然后提到地面，需要时可重复上述操作过程，直到达到要求。

Claims (10)

1.一种水平井取芯装置， 包括双管单动装置、取芯钻头和外管扶正接头，所述双管单动装置包括内管和外管，内管一部分在外管内部，另一部分自外管前端伸出，所述外管扶正接头自双管单动装置后端与外管连接，所述取芯钻头自双管单动装置前端与外管连接，其特征在于：内管外壁与取芯钻头内壁之间设有内管扶正器，所述内管扶正器为圆环形，沿圆环内壁圆周交替分布有水槽和滚珠槽，所述滚珠槽内设置有球形的滚珠，滚珠直径大于滚珠槽口宽度。

2.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：各个滚珠槽尺寸相同、间距相等、侧边对齐，平行分布在内管扶正器内壁圆周；各个水槽尺寸相同，间距相等，侧边对齐，平行分布在各个滚珠槽的间隔中。

3.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：每个滚珠槽内设有至少3个滚珠，各个滚珠槽内滚珠的数量、直径相等，每个滚珠槽均轴向分布，滚珠在滚珠槽内直线排列，滚珠槽的长度与滚珠槽内滚珠直径之和相等，滚珠槽宽度与滚珠直径相等。

4.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：滚珠槽与滚珠的缝隙中注有润滑油。

5.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：所述双管单动装置的内管的前部设有卡簧座，卡簧座内侧设置有卡簧挡圈和卡簧，所述卡簧座与卡簧为锥形配合，便于取芯时卡入钻取样本。

6.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：所述双管单动装置的内管的后部连接主轴，所述主轴一端伸入内管内部，主轴与内管通过调整接头和调整螺母固定连接；主轴上设置有轴承，轴承外连接轴承外套，轴承外套的前端连接有下压盖；主轴的后部套有平垫，并通过锁紧螺母固定；所述轴承外套内壁与外管扶正接头前端外壁连接，外管扶正接头前端中部开口容纳主轴后端及旋紧螺母，所述开口的内径小于所述平垫的外径。

7.根据权利要求6所述的取芯装置，其特征在于：所述主轴轴心具有圆柱形空心区，所述圆柱形空心区上方设有倾斜的开孔，圆柱形空心区连通主轴前端的钢球容置区，所述钢球容置区内设有一个钢球，所述钢球的直径大于圆柱形空心区端口内径，钢球外侧连接有空心的钢球座。

8.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：所述外管扶正接头由前后两部分构成，外管扶正接头后端与外管内壁连接，且具有圆锥台、圆柱及圆锥组合形状的空腔，后部空腔前端与两个倾斜的壁孔连通作为水道；外管扶正接头前端具有圆锥与圆柱组合形状的开口。

9.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：所述外管扶正接头的外径与取芯钻头外径相同，外管扶正接头外壁设有扶正器。

10.根据权利要求1所述的取芯装置，其特征在于：所述取芯钻头壁设有通孔。