一种打捞钻探取芯管的锁紧装置及其使用方法

本发明涉及打捞取芯管技术领域，更具体地，涉及一种打捞钻探取芯管的锁紧装置及其使用方法。

背景技术：

我国海洋工程技术起步较晚，海洋探测水平依然落后于发达国家。开展海底钻探取样机器人研究，能有效解决我国海洋资源勘探急需重大装备的问题。而钻探取样机构是海底钻探取样机器人装备的核心任务执行部件，在复杂的海底环境中不仅需要完成钻探管的存储、锁解、转移、接卸、钻探和取芯，还需要完成取芯管的更换、样芯的切断/打捞/存储等一系列复杂的动作。中国专利公开号cn202100208u，公开日期为2012年1月14日，该专利公开了一种井下作业管柱脱接器，包括上接头、公接头、母接头、护套和打捞头，其特征在于上接头下部内周螺纹连接悬挂短节，上接头下部外周花键连接公接头，上接头中部外周螺纹连接护套，公接头下部外周反扣连接母接头，母接头下部内周花键连接悬挂短节的下部，母接头下部外周螺纹连接打捞头，虽然该专利能够完成公接头和母接头的连接，但是连接和拆卸操作都很复杂，不能够在狭窄的钻探管内完成公接头和母接头自动锁紧和解锁，无法在钻探管内完成打捞取芯管的工作。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有打捞装置并不能在狭窄的钻探管中完成自动锁紧和解锁操作的缺点，提供一种打捞钻探取芯管的锁紧装置。本发明免去了现场拼接动作，能够完成自动锁紧和自动解锁动作。

本发明还提供了一种打捞钻探取芯管的锁紧装置使用方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种打捞钻探取芯管的锁紧装置，包括母接头组件、中心轴、公接头组件和紧固套组件，所述紧固套组件与所述公接头组件固定连接，所述中心轴一端位于所述公接头组件内部，所述中心轴的另一端穿出公接头组件伸入母接头组件，所述母接头组件内部设有用于固定中心轴的自动锁紧部件，所述中心轴的外壁套设可移动的第一套管，所述公接头组件上设有调节第一套管移动的调节件，所述第一套管靠近所述母接头组件的端面外径大于自动锁紧部件的内径，在移动过程中撑开所述自动锁紧部件完成解锁动作。

本技术方案中，在打捞取芯管的工作进程中，母接头组件的末端连接取芯管，母接头组件与取芯管连接位于钻探管底部，工作人员将绳索固定在紧固套装置上，将通过绳索将其及其底部的公接头组件伸入钻探管中，公接头组件内部的中心轴伸入母接头组件内部，母接头组件内部的自动锁紧部件将中心轴进行锁紧，完成公接头组件和母接头组件的连接，工作人员通过绳索将与母接头组件底部连接的取芯管打捞上至地面，只需要拨动调节件即可将第一套管在中心管上移动，使其靠近母接头组件的端面顶向自动锁紧部件，将自动锁紧部件撑开，撑开的自动锁紧部件对中心轴不再锁紧，中心轴即能脱离母接头组件。

进一步的，所述母接头组件包括圆形套管，所述圆形套管中设有第一隔板，所述第一隔板将所述圆形套管内部分为第一腔体和第二腔体，所述自动锁紧部件位于第一腔体内，所述第二腔体的内部设有连接螺纹。本技术方案中，中心轴进入母接头组件的第一腔体与其内部的自动锁紧部件进行配合，母接头组件的第二腔体与需要被打捞的取芯管或其他部件螺纹连接。

进一步的，所述自动锁紧部件包括位于第一腔体内的限位挡块和一对夹持件，所述限位挡块抵接第一隔板，所述夹持件的一端与所述限位挡块抵接，另一端为自由端，所述圆形套管的外壁上设有贯穿夹持件的销轴，所述圆形套管的外壁上设有便于夹持件转动位移的条形槽，所述圆形套管上条形槽所在的外壁还设有对夹持件弹性固定的橡胶弹圈。本技术方案中，夹持件通过销轴转动设置在第一腔体内，夹持件在围绕轴销转动的过程中，其自由端能够在条形槽穿出圆形套管或缩回第一腔体内，当中心轴进入第一腔体时，夹持件靠近限位挡块的一端对中心轴进行卡接，夹持件的自由端缩回第一腔体对中心轴的第一套管进行夹紧。

进一步的，所述夹持件呈长条形，夹持件朝向圆形套管轴线的一面，该面的前端和后端向外凸起，中间凹陷，所述后端设有用于销轴穿过的通孔，后端外壁上还设有用于安装橡胶弹圈凹槽，所述后端与限位挡块抵接，所述中心轴靠近母接头组件的一端设有与所述夹持件后端凸起卡接的圆槽。本技术方案中，中心轴上的圆槽与夹持件后端的凸起进行卡接，中心轴上的第一套管的末端位于夹持件的中间凹陷处；当调节件释放第一套管后，第一套管末端的端面会顶进夹持件的后端，夹持件会在橡胶弹圈的弹性固定下向外扩张，将中心轴放出，完成解锁动作。

进一步的，所述公接头组件包括外套管和内套管，所述内套管设置在外套管内并贯穿其两端，所述内套管的顶端与所述紧固套组件固定连接，所述中心轴的一端固定在内套管内部，另一端伸出内套管；所述外套管的内壁设有螺纹，所述内套管靠近所述紧固套组件的一端设有贯穿径向内套管(202)的第一螺杆，所述外套管的内壁设有便于第一螺杆两端伸出内套管进行旋转的环形凹槽，所述外套管靠近紧固套组件的一端设有防止第一螺杆脱离外套管的螺钉。本技术方案中，内套管能够在外套管内旋转，螺钉和环形凹槽的配合能够避免第一螺杆旋出外套管。

进一步的，所述内套管上设有第二螺杆，所述第二螺杆径向贯穿中心轴将其固定在内套管中，所述第二螺杆的两端穿出内套管外壁与所述外套管的内壁螺纹连接，中心轴的外壁上套设弹簧，所述弹簧的一端抵接第二螺杆，所述弹簧的另一端抵接第一套管，所述第一套管的外壁上设有导向螺栓，所述调节件包括位于内套管和外套管上限制所述导向螺栓移动的导向槽。本技术方案中，中心轴需要与母接头组件内的夹持件锁紧时，第一套管向上移动压缩弹簧，第一套管的末端不会接触夹持件的后端，导向槽通过限制此时导向螺栓的位置从而限制第一套管现在位于中心轴上的位置；当中心轴与母接头组件内的夹持件解锁时，只需旋转外套管，改变导向螺栓在导向槽中的限制位置，使得第一套管向下移动，第一套管末端的端面顶进夹持件的后端，使得夹持件向外扩张释放中心轴，完成解锁动作。

进一步的，所述导向槽包括位于内套管壁面上的齿状导向槽，所述齿状导向槽的一端设有朝母接头组件延伸的第一延长槽，所述导向槽还包括位于外套管壁面上与齿状导向槽配合的弧形导向槽，所述弧形导向槽的一端设有朝母接头组件延伸的第二延长槽。本技术方案中，第一套管上的导向螺栓被内套管的齿状导向槽及第一延长槽和外套管的弧形导向槽及第二延长槽进行双重位置限制；不仅能在地面上通过旋转外套管使得导向螺栓进入内套管的第一延长槽和外套管的第二延长槽，第一套管向下移动，其末端端面顶进夹持件，完成解锁动作；还能在地下完成公接头组件和母接头组件的解锁动作，地下完成解锁动作的原理类似按压笔，当母接头组件及其底部连接的装置在地下已经到达触低位置时，母接头组件会产生向上的一个反弹力，带动第一套管向上抖动，反复的抖动使得其外壁的导向螺栓从齿状导向槽进入内套管的第一延长槽和外套管的第二延长槽，第一套管向下移动，其末端端面顶进夹持件，完成解锁动作。

进一步的，所述第一套管的外壁上还设有与夹持件前端凸起配合的凸块，所述凸块的两端均设有倒角。凸块跟随第一套管挤进夹持件后，能够配合第一套管的末端撑开夹持件，完成对中心轴的解锁操作。

进一步的，所述紧固套组件包括紧固套管，所述内套管的一端伸入紧固套管内，所述紧固套管上设有径向贯穿固定紧固套管和内套管的分离安全销，所述紧固套管的外壁上还设有绳索紧固螺栓。在打捞过程中，母接头组件和公接头组件若卡死在狭窄的钻探管中，只需要加大拉力，使拉力超过分离安全销的最大载荷，分离安全销能够自动断裂，然后释放被卡死的母接头组件和公接头组件。

一种打捞钻探取芯管的锁紧装置使用方法，包括以下具体步骤：

s1.母接头组件的一端在钻探管中与取芯管连接，夹持件呈爪状张开，夹持件的前端从条形槽伸出抵接钻探管内壁，工作人员在地面上将绳索通过绳索紧固螺栓固定在紧固套管上，将公接头组件内的第一套管向上移动压缩弹簧，将其外壁的导向螺栓卡接在内套管的第一延长槽中，再卡接在外套管的弧形导向槽；

s2.通过绳索将紧固套管连接的公接头组件伸入钻探管中，将中心轴的末端伸入母接头组件中，接触到夹持件的后端凸起，夹持件的后端围绕销轴向外旋转扩展，夹持件的前端围绕轴销向内收缩，随着中心轴的进一步伸入，夹持件后端凸起与中心轴的圆槽契合连接，形成自锁，工作人员在地面上拉扯绳索将已经与公接头组件锁紧的母接头组件及其下方连接的取芯管从钻探管中取出；

s3.取出母接头组件后，工作人员需要转动外套管，将外套管的第二延长槽与内套管的第一延长槽重合，导向螺栓不再被弧形导向槽卡接，落入第一延长槽和第二延长槽重合的末端，弹簧被释放，将第一套管向下移动，第一套管末端的端面顶进夹持件的后端，夹持件及其后端套设的橡胶弹圈被撑开，将中心轴释放，公接头组件和母接头组件完成解锁互相分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中公接头组件与母接头组件能通过中心轴和夹持件完成自动锁紧，不会在打捞过程中意外松开，只需旋转外套管即可释放锁紧，便于操作。本发明中齿状导向槽、第一套管和弹簧的配合，使得已经锁紧的母接头组件和公接头组件在地面下完成自动解锁。本发明中的分离安全销提供了一种更安全的方法来释放卡死在钻探管内的锁紧装置。本发明结构简单，因此减少了维护，公接头组件和母接头组件之间的连接方式免去了现场拼接的需要，具有效率高、成本低、操作方便的优点。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的内部结构示意图。

图3为图1中a处的放大示意图

图4为本发明中外套管的结构示意图。

图5为本发明中公接头组件和紧固套组件的爆炸图。

图6为本发明中母接头组件的爆炸图。

图7为实施例2解锁的过程示意图。

图8为实施例3解锁的过程示意图。

图示标记说明如下：

1、紧固套组件；101、紧固套管；102、分离安全销；103、绳索紧固螺栓；2、公接头组件；201、外套管；202、内套管；203、第二延长槽；204、第一螺杆；205、第二螺杆；206、弹簧；207、导向螺栓；208、凸块；209、圆槽；210、齿状导向槽；211、第一延长槽；212、环形凹槽；213、弧形导向槽；3、母接头组件；301、圆形套管；302、夹持件；303、橡胶弹圈；304、限位挡块；305、第一腔体；306、第二腔体；307、条形槽；308、固定销轴；309、限位销轴；4、中心轴；5、第一套管。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例1

如图1至图7所示为本发明一种打捞钻探取芯管的锁紧装置的实施例。一种打捞钻探取芯管的锁紧装置，其中包括母接头组件3、中心轴4、公接头组件2和紧固套组件1，紧固套组件1与公接头组件2固定连接，中心轴4一端固定设置在公接头组件2内部，中心轴4的另一端穿出公接头组件2伸入母接头组件3，母接头组件3内部设有用于固定中心轴4的自动锁紧部件，中心轴4的外壁套设可移动的第一套管5，公接头组件2上设有调节第一套管5移动位置的调节件，第一套管5靠近母接头组件3的端面外径大于自动锁紧部件的内径，这样第一套管5的端面向下移动时能够撑开自动锁紧部件，自动锁紧部件不再对中心轴4进行卡紧，完成解锁动作。

如图2和图6所示，母接头组件3以圆形套管301为主体，其内部设有第一隔板，第一隔板将圆形套管301的内部分为第一腔体305和第二腔体306，自动锁紧部件位于第一腔体305内，第二腔体306内部设有螺纹，第二腔体306内部的螺纹是便于本实施例与其他待打捞物体进行螺纹连接；自动锁紧部件位于第一腔体305中，自动锁紧部件包括紧靠第一隔板的限位挡块304，还包括一对夹持件302，夹持件302呈长条形，夹持件302朝向圆形套管301轴线的一面，该面的前端和后端向外凸起，中间向内凹陷，后端与限位挡块304紧贴，圆形套管301的外壁上设有贯穿夹持件302的固定销轴308，夹持件302围绕固定销轴308在圆形管套301上转动，圆形套管301的外壁上设有便于夹持件302转动位移的条形槽307，圆形套管301位于条形槽307的后段的外壁上还设有对夹持件302弹性固定的橡胶弹圈303，夹持件302的后段还设有限位销轴309，限位销轴309的两端与条形槽307抵接，避免夹持件302过度转动，夹持件302在围绕固定销轴308转动的过程中，其前端能够在条形槽307穿出圆形套管301或缩回第一腔体305内，当中心轴4进入第一腔体305时，夹持件302的后端对中心轴4进行卡接固定，夹持件302的前端缩回第一腔体305对中心轴4的第一套管5进行夹紧，当调节件释放第一套管5后，第一套管5的端面会顶进夹持件302的后端，夹持件302会在橡胶弹圈303的弹性固定下向外扩张，完成中心轴4的解锁动作。

本实施例中，夹持件302前端凸起段占夹持块总长度的十分之一，中间凹陷段占总长度的十分之三，夹持件302后端凸起段占总长度的十分之六，中心轴4靠近母接头组件3的一端设有与夹持件302后端的凸起卡接的圆槽209。

本实施例中，如图2所示，公接头组件2包括外套管201和内套管202，内套管202设置在外套管201内并贯穿其两端，内套管202的一端与紧固套组件1固定连接，中心轴4的一端固定在内套管202内部，另一端伸出内套管202与母接头组件3的夹持件302进行连接；外套管201的内壁设有螺纹，内套管202靠近紧固套组件1的一端设有贯穿内套管202的第一螺杆204，第一螺杆204的两端伸入外套管201内壁的环形凹槽212；内套管202能够在外套管201内旋转，环形凹槽212能够避免第一螺杆204旋出外套管201。如图4所示，外套管内壁的一端具有缺口，故需要在缺口处套设螺钉，避免第一螺杆204从缺口处脱离外套管201。

如图2所示，内套管202上设有第二螺杆205，第二螺杆205径向贯穿中心轴4将其固定在内套管202中，第二螺杆205的两端穿出内套管202并与内套管202的外壁齐平，中心轴4的外壁上套设弹簧206，弹簧206的一端抵接第二螺杆205，弹簧206的另一端抵接第一套管5，第一套管5的外壁上设有导向螺栓207，调节件包括位于内套管202和外套管201上限制导向螺栓207移动的导向槽。

如图3和图4所示，导向槽包括位于内套管202壁面上的齿状导向槽210，齿状导向槽210的一端设有朝母接头组件3延伸的第一延长槽211，导向槽还包括位于外套管201壁面上与齿状导向槽210配合的弧形导向槽213，导向槽的一端设有朝母接头组件3延长的第二延长槽203。第一套管5上的导向螺栓207被内套管202的齿状导向槽210及第一延长槽211和外套管201的弧形导向槽213及第二延长槽203进行双重位置限制；只要导向螺栓207位于第一延长槽211和第二延长槽203重合的末端，第一套管5会下移将夹持件302后端撑开，完成解锁动作；导向螺栓207被弧形导向槽213或齿状导向槽210卡接时，第一套管5的末端并不会进入夹持件302的后端，夹持件302对于中心轴4处于锁紧状态。

如图2和图5所示，紧固套组件1包括紧固套管101，内套管202的一端伸入紧固套管101内，紧固套管101上设有径向贯穿紧固套管101和内套管202的分离安全销102，紧固套管101的外壁上还设有绳索紧固螺栓103。当打捞过程中，若母接头组件3和公接头组件2卡死在狭窄的钻探管中，只需要加大拉力，使其拉力超过分离安全销102的最大载荷后，分离安全销102能够自动断裂，然后释放卡死在钻探管的母接头组件3和公接头组件2。

实施例2

一种打捞钻探取芯管的锁紧装置使用方法的实施例。一种打捞钻探取芯管的锁紧装置使用方法，包括以下具体步骤：

s1.母接头组件3的一端在钻探管中与取芯管连接，夹持件302呈爪状张开，夹持件302的前端从条形槽307伸出抵接钻探管内壁，工作人员在地面上将绳索通过绳索紧固螺栓103固定在紧固套管101上，将公接头组件2内的第一套管5向上移动压缩弹簧206，将其外壁的导向螺栓207卡接在内套管202的第一延长槽211中，再卡接在外套管201的弧形导向槽213中；

s2.通过绳索将紧固套管101连接的公接头组件2伸入钻探管中，将中心轴4的末端接触到夹持件302的后端凸起，夹持件302的后端围绕固定销轴308向外旋转扩展，夹持件302的前端围绕固定销轴308向内收缩，随着中心轴4的进一步伸入，夹持件302后端凸起与中心轴4的圆槽209契合连接，形成自锁，工作人员在地面上拉扯绳索将已经与公接头组件2锁紧的母接头组件3及其下方连接的取芯管从钻探管中取出；

s3.取出母接头组件3后，如图7所示，只需要转动外套管201，将外套管201的第二延长槽203与内套管202的第一延长槽211重合，导向螺栓207不再被弧形导向槽213卡接，会落入第一延长槽211和第二延长槽203重合的末端，这样弹簧206会被释放，将第一套管5向下移动，第一套管5末端的端面会顶进夹持件302的后端，夹持件302及其后端套设的橡胶弹圈303被撑开，将中心轴4释放，公接头组件2和母接头组件3互相分离。

实施例3

如图8所示为一种打捞钻探取芯管的锁紧装置的实施例。一种打捞钻探取芯管的锁紧装置在狭窄的钻探管中完成取芯管的更换，具体包括以下步骤：

s1.第一套管5上的导向螺栓207沿内套管202的齿状导向槽210移动至靠近里端的齿槽内，然后旋转外套管201，使得外套管201的第二延长槽203与内套管202的第一延长槽211重合，在地面上将绳索固定在紧固套组件1上，再将中心轴4插入母接头组件3完成锁紧动作，母接头组件3的第二腔体306连接需要放入地下的取芯管；

s2.将本实施例及其连接的取芯管一起下放到钻探管内，当取芯管遇到部分缺水地层时，取芯管不再下降，取芯管及其连接的母接头组件3会产生向上的一个反弹力，与母接头组件3抵接的第一套管5也会向上抖动，使得第一套管5的导向螺栓207能够沿着齿状导向槽210转动；

s3.母接头组件3及其连接取芯管在钻探管无法下降后，通过绳索拉起再落下，母接头组件3抵接的第一套管5反复抖动，使导向螺栓207沿着齿状导向槽210转动到外套管201的第二延长槽203与内套管202的第一延长槽211重合的位置，第一套管5由弹簧206的弹力作用沿重合的第一延长槽211和第二延长槽203向下移动，其末端顶进夹持件302的后端，夹持件302完成对中心轴4的解锁；

s4.工作人员在地面通过绳索将解锁公接头组件2和紧固套组件1拉出钻探管。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。