三合一組合式取心鑽具

《三合一組合式取心鑽具》是中國地質科學院勘探技術研究所、中國大陸科學鑽探工程中心於2004你9月29申請的專利，該專利的申請號為200410080343X，申請公布號為CN1587635，公布日為2005年3月2日，發明人是王年友、謝文衛、陳曉琳、馮起增、蘇長壽、宋志彬、孟義泉。

《三合一組合式取心鑽具》包括放置於地表的繩索打撈器、外管總成、內管總成、螺桿馬達、液動潛孔錘、岩心容納管、鑽頭，還包括用於固定內管總成並消除螺桿馬達的定子所產生的反扭矩的定位機構、用於將螺桿馬達輸出的扭矩傳遞到外管總成及鑽頭上的傳扭機構Ⅲ、將螺桿馬達排出的沖洗液，在進入液動潛孔錘之前進行分流的沖洗液分流機構、實現外管總成下部鑽具迴轉的外管單動機構、將液動潛孔錘產生的衝擊功傳遞到外管上的衝擊功傳遞機構及調節內管總成彎曲度的微調機構Ⅶ。該發明將繩索取心機構、井底動力、碎岩液動潛孔錘三部分有機地結合為一體，可不提鑽獲取岩心，提高單位時間內鑽進效率，減少提下鑽次數，增加純鑽進時間。

2013年10月，《三合一組合式取心鑽具》獲得第十五屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《三合一組合式取心鑽具》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：三合一組合式取心鑽具
• 類別：發明專利
• 公布號：CN1587635
• 公布日：2005年3月2日
• 申請號：200410080343X
• 申請日：2004你9月29
• 申請人：中國地質科學院勘探技術研究所、中國大陸科學鑽探工程中心
• 地址：河北省廊坊市安次區金光道77號
• 發明人：王年友、謝文衛、陳曉琳、馮起增、蘇長壽、宋志彬、孟義泉
• 分類號：E21B25/04
• 專利代理機構：北京英特普羅智慧財產權代理有限公司
• 代理人：齊永紅

專利背景

在進行固體礦產勘探中，使用的多為單一技術的取心鑽具，使用常規繩索取心鑽具，由於鑽頭唇面厚，效率低且鑽柱與井壁的摩擦阻力大，不易實現高轉速；使用螺桿馬達鑽具又需要將全部鑽柱提到地面才能獲取岩心，存在提鑽時間長、提鑽次數多的缺點。液動潛孔錘鑽具可提高單位時間內的鑽進效率，但同樣存在提鑽次數多、輔助時間長的缺點。

發明內容

專利目的

《三合一組合式取心鑽具》的目的在於提供一種用於深井、超深井、硬岩鑽進的高效三合一組合式取心鑽具，可以提高鑽進效率，並快速撈取岩心。該發明的目的還在於提供一種利用繩索打撈器在鑽桿內撈取岩心、利用螺桿馬達作為井底動力、利用液動潛孔錘作為主碎岩工具的高效三合一組合式取心鑽具。

技術方案

《三合一組合式取心鑽具》包括放置於地表的繩索打撈器1、外管總成2、內管總成3、螺桿馬達4、液動潛孔錘5、岩心容納管6、鑽頭7，其特徵在於還包括用於固定內管總成3並消除螺桿馬達4的定子所產生的反扭矩的定位機構Ⅱ、用於將螺桿馬達4輸出的扭矩傳遞到外管總成2及鑽頭7上的傳扭機構Ⅱ、將螺桿馬達4排出的沖洗液，在進入液動潛孔錘5之前進行分流的沖洗液分流機構Ⅳ、實現外管總成下部鑽具迴轉的外管單動機構Ⅴ、將液動潛孔錘5產生的衝擊功傳遞到外管上的衝擊功傳遞機構Ⅵ及調節內管總成3彎曲度的微調機構Ⅵ。

該發明將2004你9月以前技術中分別使用的繩索取心機構、井底動力（螺桿馬達）、碎岩液動潛孔錘三部分有機地結合為一體，鑽具上部為繩索取心打撈、定位、懸掛機構，並於井底動力螺桿馬達連線，螺桿馬達通過傳扭機構帶動外岩心管及鑽頭迴轉，螺桿馬達與碎岩液動潛孔錘連線，並將潛孔錘產生的衝擊功傳遞到外岩心管上，下部為岩心容納管，用於裝取岩心。

有益效果

《三合一組合式取心鑽具》將繩索取心機構、井底動力、碎岩液動潛孔錘三部分有機地結合為一體，可不提鑽獲取岩心，提高單位時間內的鑽進效率，減少提下鑽的次數，增加純鑽進時間，縮短工期，節約成本。

附圖說明

圖1是《三合一組合式取心鑽具》的整體結構的軸向剖視圖

圖2是該發明的定位機構的軸向剖視圖

圖3是該發明的傳扭機構的軸向剖視圖

圖4是該發明的沖洗液分流機構的軸向剖視圖

圖5是該發明的外管單動機構的軸向剖視圖

圖6是該發明的衝擊功傳遞機構的軸向剖視圖

圖7是該發明的徑向微調機構的軸向剖視圖

圖中標記說明：

1.繩索打撈器、2.外管總成、3.內管總成、4.螺桿馬達、5.液動潛孔錘、6.岩心容納管、7.鑽頭；

21.矛頭、22.彈卡架、23.彈卡室、24.張簧、25.雙支點彈卡鉗、26.彈性圓柱銷、27.回收管；

31.彈簧板、32.伸縮式傳扭板、33.螺旋花鍵套、34.傳動軸、35.心管、36.單動接頭；

41.螺桿馬達接頭、42.分流接頭、43.外套、44.噴嘴；

51.外管接頭、52.主軸承、53.螺旋花鍵套、54.外套、55.心管、

56.軸承、57.單動接頭；

61.液動潛孔錘外管、62.傳功架、63.傳功板、65.傳功環、66.傳功接頭、64.張簧；

71.提引母接頭、72.彈簧、73.球形接頭、74.安全環；

Ⅱ定位機構、Ⅲ傳扭機構、Ⅳ沖洗液分流機構Ⅳ、Ⅴ外管單動機構、Ⅵ衝擊功傳遞機構、Ⅶ徑向微調機構。

權利要求

1.一種三合一組合式取心鑽具，包括放置於地表的繩索打撈器（1）、外管總成（2）、內管總成（3）、螺桿馬達（4）、液動潛孔錘（5）、岩心容納管（6）、鑽頭（7），其特徵在於還包括用於固定內管總成（3）並消除螺桿馬達（4）的定子所產生的反扭矩的定位機構（Ⅱ）、用於將螺桿馬達（4）輸出的扭矩傳遞到外管總成（2）及鑽頭（7）上的傳扭機構（Ⅲ）、將螺桿馬達（4）排出的沖洗液，在進入液動潛孔錘（5）之前進行分流的沖洗液分流機構（Ⅳ）、實現外管總成下部鑽具迴轉的外管單動機構（Ⅴ）、將液動潛孔錘（5）產生的衝擊功傳遞到外管上的衝擊功傳遞機構（Ⅵ）及調節內管總成（3）彎曲度的微調機構（Ⅵ）。

2.根據權利要求1所述的鑽具，其特徵在於所述的定位機構（Ⅱ）包括一雙支點彈卡鉗（25），兩個彈性圓柱銷（26）將該雙支點彈卡鉗（25）固定在彈卡架（22）上，端部用張簧（24）使其張開並貼在彈卡室（23）的花鍵槽內。

3.根據權利要求1所述的鑽具，其特徵在於所述的傳扭機構（Ⅱ）包括一伸縮式傳扭板（32），該伸縮式傳扭板（32）利用彈簧板（31）固定在傳動軸（34）上，螺旋花鍵套（33）與心管（35）的一端連線，心管（35）的另一端與單動接頭（36）連線。

4.根據權利要求1所述的鑽具，其特徵在於所述沖洗液分流機構（Ⅳ）包括噴嘴（44），該噴嘴（44）利用外套（43）固定於分流接頭（42）上，外套（43）利用螺桿馬達接頭（41）與分流接頭（42）固定。

5.根據權利要求1或4所述的鑽具，其特徵在於所述的沖洗液分流機構（Ⅳ）為多級、小徑噴嘴分流。

6.根據權利要求5所述的鑽具，其特徵在於所述的沖洗液分流噴嘴（44）直徑為1.5-18毫米。

7.根據權利要求6所述的鑽具，其特徵在於所述的沖洗液分流噴嘴（44）的安裝角度為20-45度。

8.根據權利要求1所述的鑽具，其特徵在於所述的外管單動機構（Ⅴ）包括主軸承（52），該主軸承（52）安裝在外套（54）內，下部坐在螺旋花鍵套（53）上，上部用外管接頭（51）頂住，主軸承（52）為開式單動結構。

9.根據權利要求1所述的鑽具，其特徵在於所述的衝擊功傳遞機構（Ⅵ）包括一可調式弧形傳功板（63），該傳功板（63）尾部固定在傳功架（62）上，端部用張簧（64）使其張開。

10.根據權利要求1所述的鑽具，其特徵在於所述的徑向微調機構（Ⅶ）包括提引母接頭（71）、球形接頭（73）、安全環（74），球形接頭（73）套在提引母接頭（71）的缺口內，安全環（74）用彈簧（72）壓住。

實施方式

根據圖1所示，《三合一組合式取心鑽具》用於深井、超深井、硬岩鑽進的三合一組合式取心鑽具，包括放置於地表的繩索打撈器1、外管總成2、內管總成3、螺桿馬達4、液動潛孔錘5、岩心容納管6、鑽頭7及相應的定位機構Ⅱ、傳扭機構Ⅱ、沖洗液分流機構Ⅳ、外管單動機構Ⅴ、衝擊功傳遞機構Ⅵ、徑向微調機構Ⅵ。鑽具在井底工作時，上部鑽具不迴轉，而是利用沖洗液帶動螺桿馬達4的轉子迴轉，螺桿馬達的輸出軸通過傳扭板32將動力傳遞到下部鑽具上並帶動鑽頭7迴轉。從螺桿馬達4排出的沖洗液經過分流後，剩餘部分供液動潛孔錘5工作。液動潛孔錘將產生的衝擊功通過傳功板63、傳功環65傳遞到傳功接頭66及鑽頭7上，以提高鑽頭7單位時間內的鑽進效率。當岩心裝滿岩心容納管6需要取心時，利用放置於地表的繩索打撈器1從井口鑽桿內投下，待打撈鉤撲捉住內管總成3上的矛頭21時，開動地表卷揚並提升，使內管總成3的定位彈卡25收攏，繼續提升使內管總成3脫離外管總成2被提出到地表。取出岩心容納管內的岩心後將內管總成3從井口鑽桿內投下，使其自由降落到外管總成2內，重新進行下一回次鑽進。

根據圖2所示，該定位機構Ⅱ包括雙支點彈卡鉗25、彈性圓柱銷26、彈卡架22、張簧24、彈卡室23。雙支點彈卡鉗25用彈性圓柱銷26固定在彈卡架22上，端部用張簧24使其張開並貼在彈卡室23的花鍵槽內。矛頭21固定在回收管27上。

當內管總成投放到位後，固定於彈卡架22上的雙支點彈卡鉗25藉助張簧24的彈力進入彈卡室23，防止內管總成3上串並利用彈卡室23的花鍵槽消除螺桿馬達4所產生的反扭矩。當岩心容納管6裝滿岩心後，將地表的打撈器1投入井內，撲捉住矛頭21並帶動回收管27上移，使彈卡鉗25收攏，脫離外管總成2被提到地面。

根據圖3所示，該傳扭機構I用於將螺桿馬達4輸出的扭矩傳遞到外管總成2及鑽頭7上。其包括伸縮式傳扭板32、彈簧板31、傳動軸34、螺旋花鍵套33、心管35伸縮式傳扭板32利用彈簧板31固定在傳動軸34上，螺旋花鍵套33與心管35的一端連線，心管35的另一端與單動接頭36連線。

當內管總成投放到位後，螺桿馬達4輸出的扭矩通過伸縮式傳扭板32傳遞到螺旋花鍵套33及心管35上並帶動單動接頭36及其下部鑽具迴轉，伸縮式傳扭板為兩塊，用彈簧板31支撐。

根據圖4所示，該分流機構Ⅳ是將螺桿馬達4排出的沖洗液，在進入液動潛孔錘5之前通過分流接頭42上的噴嘴44按比例進行分流。噴嘴44利用外套43固定於分流接頭42上，外套利用螺桿馬達接頭41與分流接頭42固定。所述沖洗液分流為多級、小徑噴嘴分流。沖洗液分流噴嘴44直徑為1.5-18毫米，其安裝角度為20-45度。

根據圖5所示，該外管單動機構Ⅴ的主軸承52安裝在外套54內，下部坐在螺旋花鍵套53上，上部用外管接頭51頂住。主軸承52為開式單動結構。通過主軸承52、軸承56實現外管單動，螺桿馬達4輸出的扭矩通過螺旋花鍵套53、心管55傳遞到單動接頭57上，實現外管總成2下部鑽具迴轉。

根據圖6所示，該衝擊功傳遞機構Ⅵ包括傳功架62、傳功板63、傳功環65、傳功接頭66，傳功板63尾部固定在傳功架62上，端部用張簧64使其張開。傳功環65座在傳功接頭66上。傳功板63為可調式弧形板。

通過張簧64將固定在傳功架62上的弧形傳功板63彈入液動潛孔錘外管61內，並將液動潛孔錘5產生的衝擊功通過傳功環65傳遞到傳功接頭66及鑽頭7上，達到增加鑽進效率及回次進尺長度的目的。

根據圖7所示，該徑向微調Ⅵ為球式懸掛調節。其包括提引母接頭71、球形接頭73、安全環74。球形接頭73套在提引母接頭71缺口內，安全環74用彈簧72壓住防止接頭自行脫開。

懸掛在母接頭71內的球形接頭73的徑向自由擺動，可以調節內管總成3因使用造成的彎曲，提高投放到位的幾率。安全環74防止球形接頭73脫開，彈簧72防止安全環74因沖洗液的浮力而失去作用。

榮譽表彰

2013年10月，《三合一組合式取心鑽具》獲得第十五屆中國專利優秀獎。