一种绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构的制作方法

本发明涉及一种绳索取心钻具，尤其是一种绳索取心钻具内管总成的弹卡定位机构。

背景技术：

为掌握地下地质情况，人们通常采用钻探取心的方式来获得真实可靠的地下岩层资料。绳索取心方法以其钻进效率高、成本低、钻孔事故少等优点被广泛应用于地质勘探、水文地质和工程勘察等多种钻进工程领域，目前绳索取心钻具已形成标准化、系列化。

特深科学钻探是通过特深孔取心、再利用获取的岩心开展地质学研究的一种科学探索活动，为了提高取心钻进效率及岩心采取质量，同时为节省钻探成本，亦选择绳索取心钻进工艺。特深科学钻探在复杂地层钻进取心时，经常会出现岩心管堵塞的情况，而现有的绳索取心钻具内管总成定位机构一般为球卡定位和弹卡定位两种形式，其中弹卡定位机构的弹卡钳采用单点铰接方式，如附图1所示，弹卡钳6与弹卡挡头12轴向接触面为平面，正常钻进取心时，弹卡钳6左右两部分可向内回转至取心管2的内部，解除弹卡限位，顺利将内钻总成打捞至地面；但在发生堵心情况时，取心管2受力上移，带动弹卡钳上端面6-1与弹卡挡头12顶死，弹卡钳6失去回转空间后与弹卡挡头、弹卡室11、弹卡钳6、弹卡架等形成刚性结构（如附图2所示），导致弹卡不能回收，内管总成打捞失败，此时只能通过全面提钻方式将孔内钻具提至地表进行处理，由此大大降低了绳索钻具的使用效率，对于特深孔绳索取心钻进而言，全面提钻消耗时间更长，效率降低的也更为突出，钻探成本随之大幅增加。另外一种球卡定位形式利用了钢球的滚动特性，虽然可避免堵心时顶死的问题，但定位钢球与外管之间的受力极大，外管总成易从弹卡挡头及弹卡室连接螺纹处胀裂，从而导致孔内出现事故，同时定位钢球受挤压后易变形，反复使用后钢球滚动及回退性能削弱，使得打捞可靠性降低。

技术实现要素：

本发明提供一种绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，旨在通过对弹卡定位机构的优化设计，实现在岩心管堵塞情况下将弹卡钳与弹卡挡头顶死形成的刚性结构化解，使弹卡能够向内回收、达到顺利完成内管总成打捞的目的。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，包括回收管、弹卡架、弹卡限位块、弹卡钳、弹卡座和支撑板；所述回收管上端与内管总成的捞矛头组件装配，在回收管中套装弹卡架，并在回收管侧壁上对称设置两个弹卡钳避让孔；所述弹卡架为两侧开设有轴向长孔的套管，弹卡架的底部与内管总成的分水套固定装配，在弹卡架中布置弹卡限位块、弹卡钳、弹卡座和支撑板，其中弹卡限位块、弹卡钳和支撑板均包括左右对称的两部分；所述弹卡限位块左右两部分铰接在一起，弹卡限位块铰接轴两端安装在回收管侧壁上，弹卡限位块左右两部分还分别与弹卡钳左右两部分铰接装配；所述弹卡钳左右两部分铰接在一起，弹卡钳铰接轴与弹卡座装配；所述弹卡座可沿弹卡架中心轴线上下移动，其下端面与支撑板接触；所述支撑板左右两部分铰接在一起，支撑板铰接轴与弹卡架装配。

上述绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，所述弹卡钳在打开状态下，其左右两部分外侧边缘穿过回收管侧壁上弹卡钳避让孔，卡接在绳索取心钻具外管总成弹卡室的卡槽中。

上述绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，还设有弹卡钳复位组件，所述弹卡钳复位组件包括压板和弹卡钳复位弹簧；所述压板固定在弹卡架顶部；所述弹卡钳复位弹簧套装在弹卡架外面，其上、下两端分别与压板及弹卡限位块铰接轴相抵触。

上述绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，在所述回收管侧壁上还设置第一装配孔、第二装配孔和第三装配孔；所述第一装配孔用于配装与捞矛头组件铰接的弹性圆柱销；所述第二装配孔用于配装弹卡限位块铰接轴；所述第三装配孔用于配装在内管总成下放和回收过程中为回收管上下运动提供导向作用的回收管导向销。

上述绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，所述弹卡架上还设有弹卡限位块铰接轴上下运动避让孔、弹卡座上下移动限位销安装孔、回收管导向销配合孔和支撑板铰接装轴安装孔，所述弹卡限位块铰接轴上下运动避让孔、弹卡座上下移动限位销安装孔、回收管导向销配合孔和支撑板铰接装轴安装孔沿弹卡架中心轴线由上至下依次布置。

上述绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，所述弹卡座设有弹卡钳安装部和上下运动导向部；所述弹卡钳安装部为矩形槽结构，在其两侧壁上设有弹卡钳铰接轴装配孔；所述上下运动导向部设有与弹卡座上下移动限位销配合的限位孔。

上述绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，还设有弹卡座复位弹簧，所述弹卡座复位弹簧套装在弹卡架外面，其上、下两端分别与弹卡座的弹卡钳安装部底面及弹卡架上设置的环状阶梯端面相抵触。

上述绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，所述支撑板上端为与弹卡座运动导向部配合的楔形面，在支撑板中部设有回收管导向销避让孔，在支撑板下端设有支撑板铰接轴安装孔。

上述绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，还设有支撑板复位卡簧和卡簧安装槽，所述卡簧安装槽位于支撑板铰接轴安装孔的周边，所述支撑板复位卡簧布置在卡簧安装槽中。

上述绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，所述弹卡架下端与内管总成的分水套通过弹性螺纹连接结构装配，钻具在正常钻进过程中，内管总成通过嵌装在弹卡架与分水套之间的悬挂环搭载于外管总成的座环上。

本发明提供了一种绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构，其工作原理是：在完整地层钻进过程中，由于弹卡钳未出现顶死现象，打捞内管时弹卡钳可向弹卡架内回转，解除弹卡限位后进行正常回收，完成内总成打捞作业。在复杂地层钻进发生堵心情况时，弹卡钳受到向上的推力，弹卡钳与弹卡挡头顶死，随后弹卡钳、弹卡座受力下移，挤压支撑板左右两部分向两侧张开，直至支撑板上回收管导向销避让孔下边缘与回收管导向销接触，通过支撑板限定弹卡座与弹卡钳位置；开始打捞内管后，打捞器钩住捞矛头组件带动回收管上移空行程l1，回收管导向销跟随回收管上移行程l1，解除支撑板的限位作用，此时顶死后形成的刚性结被化解，弹卡座可向下移动；回收管继续上移l2，此过程中回收管通过弹卡钳限位块铰接轴及弹卡钳限位块带动弹卡钳向内旋转，同时弹卡座受力下移，即弹卡钳铰接轴下移，弹卡座复位弹簧进一步压缩，支撑板向两侧旋转，实现空间释放；在弹卡钳旋转过死点后，在弹卡座复位弹簧弹力作用下弹卡座复位，在支撑板复位卡簧弹力作用下支撑板复位，回收管继续上移一定距离后，完成弹卡钳向内回收，解除弹卡限位作用，实现内管总成的打捞。由此可见，本发明实现了在岩心管堵塞情况下将弹卡钳与弹卡挡头顶死形成的刚性结构化解，使弹卡能够向内回收、达到了顺利完成内管总成打捞的目的。

附图说明

图1是现有绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构结构示意图；

图2是现有绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构结构在岩心管堵塞情况下弹卡钳与弹卡挡头顶死状态示意图；

图3是本发明结构示意图；

图4是本发明中回收管结构示意图；

图5是本发明中弹卡架结构示意图；

图6是图5中a-a剖面结构示意图；

图7是弹卡钳与弹卡钳限位块装配结构示意图；

图8是弹卡座结构示意图；

图9是图8中b-b剖面结构示意图；

图10是本发明中支撑板结构示意图；

图11是图10中c-c剖面结构示意图；

图12是本发明工作过程示意图。

图中各标号清单为：

1、捞矛头组件；

2、回收管，2-1、第一装配孔，2-2、第二装配孔，2-3、弹卡钳避让孔，2-4、第三装配孔；

3、压板；

4、弹卡架，4-1、弹卡限位块铰接轴上下运动避让孔，4-2、弹卡座上下移动限位销安装孔，4-3、回收管导向销配合孔，4-4、支撑板铰接轴安装孔，4-5、环状阶梯端面，4-6、轴向长孔；

5、弹卡限位块；

6、弹卡钳，6-1、弹卡钳上端面；

7、弹卡座，7-1、弹卡钳铰接轴装配孔，7-2、限位孔；

8、支撑板，8-1、楔形面，8-2、回收管导向销避让孔，8-3、支撑板复位卡簧安装槽，8-4、支撑板铰接轴安装孔；

9、悬挂环；

10、分水套；

11、弹卡室；

12、弹卡挡头；

b1、弹性圆柱销，b2、弹性限位块铰接轴，b3、弹卡钳铰接轴，b4、弹卡座上下移动限位销，b5、回收管导向销，b6、支撑板铰接轴，w1、弹卡钳复位弹簧，w2、弹卡座复位弹簧，w3、支撑板复位卡簧。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

参看图3，绳索取心钻具在正常钻进过程中，其内管总成通过嵌装在弹卡架4与分水套10之间的悬挂环9搭载于外管总成的座环13上，本发明提供了一种绳索取心钻具内管总成的弹卡定位机构，它包括回收管2、弹卡架4、弹卡限位块5、弹卡钳6、弹卡座7和支撑板8；所述回收管2上端与内管总成的捞矛头组件1通过弹性圆柱销b1铰接装配，在回收管2中套装弹卡架4，并在回收管侧壁上对称设置两个弹卡钳避让孔2-3；所述弹卡架4为两侧开设有轴向长孔4-6的套管，弹卡架4的底部与内管总成的分水套10通过弹性螺纹连接结构固定装配，在弹卡架4中布置弹卡限位块5、弹卡钳6、弹卡座7和支撑板8，其中弹卡限位块5、弹卡钳6和支撑板8均包括左右对称的两部分；所述弹卡限位块5左右两部分铰接在一起，弹卡限位块铰接轴b2两端安装在回收管2侧壁上，弹卡限位块5左右两部分还分别与弹卡钳6左右两部分铰接装配；所述弹卡钳6左右两部分铰接在一起，弹卡钳铰接轴b3与弹卡座7装配；所述弹卡座7可沿弹卡架4中心轴线上下移动，其下端面与支撑板8接触；所述支撑板8左右两部分铰接在一起，支撑板铰接轴b6与弹卡架4装配。

参看图3、图4，本发明所述的绳索取心钻具内管总成的弹卡定位机构，其回收管2的侧壁上还设置第一装配孔2-1、第二装配孔2-2和第三装配孔2-4；所述第一装配孔2-1用于配装回收管2与捞矛头组件1铰接的弹性圆柱销b1；所述第二装配孔2-2用于配装弹卡限位块铰接轴b3；所述第三装配孔2-4用于配装在内管总成下放和回收过程中为回收管2上下运动提供导向作用的回收管导向销b5。

参看图3、图5、图6，本发明所述的绳索取心钻具内管总成的弹卡定位机构，其弹卡架4上还设有弹卡限位块铰接轴上下运动避让孔4-1、弹卡座上下移动限位销安装孔4-2、回收管导向销配合孔4-3和支撑板铰接装轴安装孔4-4，所述弹卡限位块铰接轴上下运动避让孔4-1、弹卡座上下移动限位销安装孔4-2、回收管导向销配合孔4-3和支撑板铰接装轴安装孔4-4沿弹卡架4中心轴线由上至下依次布置。

参看图3、图7，本发明所述的绳索取心钻具内管总成的弹卡定位机构，其弹卡钳6在打开状态下，弹卡钳6的左右两部分外侧边缘穿过回收管2侧壁上弹卡钳避让孔2-3，卡接在绳索取心钻具外管总成弹卡室11的卡槽中；本发明所述的绳索取心钻具内管总成的弹卡定位机构还设有弹卡钳复位组件，所述弹卡钳复位组件包括压板3和弹卡钳复位弹簧w1，所述压板3固定在弹卡架4的顶部，所述弹卡钳复位弹簧w1套装在弹卡架4外面，弹卡钳复位弹簧w1上、下两端分别与压板3及弹卡限位块铰接轴b2相抵触。

参看图3、图8、图9，本发明所述的绳索取心钻具内管总成的弹卡定位机构，其弹卡座7设有弹卡钳安装部和上下运动导向部，所述弹卡钳安装部为矩形槽结构，在其两侧壁上设有弹卡钳铰接轴装配孔7-1，所述上下运动导向部设有与弹卡座上下移动限位销b4配合的限位孔7-2；本发明所述的绳索取心钻具内管总成的弹卡定位机构还设有弹卡座复位弹簧w2，所述弹卡座复位弹簧w2套装在弹卡架4外面，其上、下两端分别与弹卡座7的弹卡钳安装部底面及弹卡架4上设置的环状阶梯端面4-5相抵触。

参看图3、图10、图11，本发明所述的绳索取心钻具内管总成的弹卡定位机构，其支撑板8上端为与弹卡座7的运动导向部配合的楔形面8-1，在支撑板8中部设有回收管导向销避让孔8-2，在支撑板8下端设有支撑板铰接轴安装孔8-4；所述支撑板8还设有支撑板复位卡簧w3和卡簧安装槽8-3，所述卡簧安装槽8-3位于支撑板铰接轴安装孔8-4的周边，所述支撑板复位卡簧w3布置在卡簧安装槽8-3中。

参看图1、图2、图3、图12，现有技术中，绳索取心钻具内管总成弹卡定位机构的弹卡钳采用单点铰接方式，弹卡钳6与弹卡挡头12轴向接触面为平面，正常钻进取心时，弹卡钳6左右两部分可向内回转至取心管2的内部，解除弹卡限位，顺利将内钻总成打捞至地面；而在发生堵心情况时，取心管2受力上移，带动弹卡钳上端面6-1与弹卡挡头12顶死，弹卡钳6失去回转空间后与弹卡挡头、弹卡室11、弹卡钳6、弹卡架等形成刚性结构，导致弹卡不能回收，内管总成打捞失败。本发明所述的绳索取心钻具内管总成的弹卡定位机构，其在完整地层钻进过程中，由于弹卡钳6未出现顶死现象，打捞内管时弹卡钳6可向弹卡架4内回转，解除弹卡限位后进行正常回收，完成内总成打捞作业；而在复杂地层钻进发生堵心情况时，弹卡钳6及回收管2受到向上的推力，弹卡钳6与外管总成中弹卡挡头12顶死，随后弹卡钳6、弹卡座7受力下移，挤压支撑板8左右两部分向两侧张开，直至支撑板8上回收管导向销避让孔8-2下边缘与回收管导向销b5接触，通过支撑板8限定弹卡座7与弹卡钳6位置（如附图12中状态ⅰ所示），开始打捞内管后，打捞器钩住捞矛头组件1带动回收管2上移空行程l1=9.7mm，回收管导向销b5跟随回收管2上移行程l1=9.7mm，解除支撑板8的限位作用，此时顶死后形成的刚性结被化解，弹卡座7可向下移动（如附图12中状态ⅱ所示）,回收管2继续上移l2=4.6mm，此过程中回收管2通过弹卡钳限位块铰接轴b2及弹卡钳限位块5带动弹卡钳6向内旋转，同时弹卡座7受力下移，即弹卡钳铰接轴b3下移，弹卡座复位弹簧w2进一步压缩，支撑板8向两侧旋转，实现空间释放（如附图12中状态ⅲ所示）,在弹卡钳6旋转过死点后，在弹卡座复位弹簧w2弹力作用下弹卡座7复位，在支撑板复位卡簧w3弹力作用下支撑板8复位，回收管2继续上移一定距离l3=14mm后，完成弹卡钳6向内回收，解除弹卡限位作用，即可实现内管总成的打捞（如附图12中状态ⅳ所示）。