一种到位报警自动岩心断取的取心钻具及方法

本申请涉及岩心回收领域，具体而言，涉及一种到位报警自动岩心断取的取心钻具及方法。

背景技术：

1、岩心是研究和了解地下地质和矿产情况的重要实物地质资料，需要使用专用取心钻具采取。使用取心钻具钻进至目标地层采取岩心时，需要人工控制取心钻具的岩心断取器切断进入岩心容纳管的岩心。

2、目前尚无一种自动控制岩心填满岩心容纳管后自动控制岩心断取器切断岩心的取心钻具和方法。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种到位报警自动岩心断取的取心钻具及方法，其能够在岩心填满岩心容纳管时通过机械传动驱动切断刀片转动切断支撑岩心，并对通过钻杆的泥浆加压提示地面作业人员。

2、本申请是这样实现的：

3、本申请提供一种到位报警自动岩心断取的取心钻具，其包括外管总成和设于外管总成内的内管总成，外管总成和内管总成之间形成泥浆通道，外管总成包括依次连接的钻杆接头、外管和钻头，内管总成包括依次连接的推力驱动器、岩心容纳管和岩心断取器；

4、岩心断取器包括与岩心容纳管连接的内轴套管、可旋转地套设于内轴套管上的外轴套管及多个切断机构；内轴套管和外轴套管分别开设有与切断机构一一对应的第一容纳孔和第二容纳孔；每个切断机构均包括可转动地连接于第一容纳孔和第二容纳孔的切断刀片；外轴套管相对于内轴套管旋转时，推动各个切断刀片同步转动伸入内轴套管内切断并支撑岩心或收容于对应第一容纳孔和第二容纳孔内；

5、推力驱动器内设有活塞腔及一端延伸至活塞腔内的驱动活塞，驱动活塞另一端和推力驱动器之间设有活塞弹簧，驱动活塞通过传动机构与外轴套管连接；推力驱动器用于接收钻杆接头输送的泥浆并选择性地将泥浆同时输送至泥浆通道和活塞腔或将泥浆加压后单独输送至活塞腔以推动驱动活塞移动，岩心填满岩心容纳管时使推力驱动器将泥浆加压后单独输送至活塞腔；驱动活塞移动时通过传动机构带动外轴套管相对于内轴套管旋转，以推动各个切断刀片同步转动伸入内轴套管内切断并支撑岩心。

6、在一些可选的实施方案中，推力驱动器包括连接钻杆接头的驱动筒体、固定设于驱动筒体内的主轴、滑动套设于主轴上的驱动活塞、配流阀头和配流阀杆，主轴连接岩心容纳管，驱动筒体、驱动活塞和主轴之间围合形成活塞腔，驱动活塞通过推力传动筒连接传动机构，活塞弹簧套设于主轴上，主轴设有贯穿其两端的主轴通道，主轴一端设有至少一个连通主轴通道和活塞腔的配流孔，主轴另一端外壁设有多个连通主轴通道的旁通孔，推力传动筒上开设有至少一个连通旁通孔和泥浆通道的连接孔，配流阀头滑动设于主轴通道内，配流阀杆的一端连接配流阀头，另一端伸入岩心容纳管，配流阀杆上套设有两端分别抵压主轴和配流阀杆的配流弹簧；岩心填满岩心容纳管时推动配流阀杆带动配流阀头移动将主轴通道和旁通孔隔离。

7、在一些可选的实施方案中，钻杆接头和推力驱动器之间连接有单动机构，单动机构包括上密封筒、下密封筒、两端分别可旋转地穿过上密封筒和下密封筒的旋转轴及环形的轴承座，上密封筒的一端与钻杆接头连接，上密封筒和下密封筒相邻的一端内壁分别通过螺纹与轴承座两端外壁连接，轴承座的两端内壁分别连接有套设于旋转轴两端的轴承，旋转轴开设有贯穿其两端的轴孔，旋转轴和驱动筒体连接。

8、在一些可选的实施方案中，主轴和配流阀杆之间围合形成泥浆过渡腔，配流阀杆设有连通泥浆过渡腔和岩心容纳管的泥浆排出通道，配流阀杆连接有用于使泥浆单向从岩心容纳管流入泥浆排出通道的单向阀。

9、在一些可选的实施方案中，每个切断机构均包括第一销轴和第二销轴，切断刀片的一端分别通过销孔和弧形孔套设于对应第一销轴和第二销轴上，第一销轴两端和第二销轴两端分别连接于对应第一容纳孔两侧和对应第二容纳孔两侧。

10、在一些可选的实施方案中，传动机构包括套设于内轴套管上的驱动轴套，驱动轴套连接推力传动筒，内轴套管外壁设有至少一个花键；驱动轴套内壁设有与花键一一对应滑动配合的花键槽，花键和对应花键槽限定驱动轴套仅沿内轴套管轴向移动；外轴套管端部设有多个沿其周向间隔布置的驱动齿块，驱动齿块设有第一导向斜面；驱动轴套设有与驱动齿块一一对应配合的驱动齿槽，驱动齿槽设有与对应第一导向斜面配合的第二导向斜面，驱动轴套沿内轴套管轴向移动时，使第二导向斜面推动对应第一导向斜面转动带动外轴套管相对于内轴套管旋转。

11、在一些可选的实施方案中，驱动轴套开设有至少一条沿其轴向延伸的定位孔，内轴套管外壁设有与定位孔一一对应的定位螺钉，定位螺钉滑动穿过对应的定位孔。

12、在一些可选的实施方案中，还包括限流投球，限流投球被配置成可经钻杆接头移动至主轴通道内将主轴通道和旁通孔隔离。

13、本申请还提供了一种到位报警自动岩心断取方法，其包括以下步骤：

14、将上述到位报警自动岩心断取的取心钻具钻进至目标地层，使岩心经内轴套管进入岩心容纳管内部；

15、岩心填满岩心容纳管时使推力驱动器将泥浆加压后单独输送至活塞腔推动驱动活塞移动，驱动活塞移动时通过传动机构带动外轴套管相对于内轴套管旋转，使各个切断刀片同步转动伸入内轴套管内切断并支撑岩心。

16、在一些可选的实施方案中，驱动活塞移动时带动连接的驱动轴套沿轴向移动，使驱动轴套推动外轴套管相对于内轴套管旋转。

17、本申请的有益效果是：本申请提供的到位报警自动岩心断取的取心钻具包括外管总成和设于外管总成内的内管总成，外管总成和内管总成之间形成泥浆通道，外管总成包括依次连接的钻杆接头、外管和钻头，内管总成包括依次连接的推力驱动器、岩心容纳管和岩心断取器；岩心断取器包括与岩心容纳管连接的内轴套管、可旋转地套设于内轴套管上的外轴套管及多个切断机构；内轴套管和外轴套管分别开设有与切断机构一一对应的第一容纳孔和第二容纳孔；每个切断机构均包括可转动地连接于第一容纳孔和第二容纳孔的切断刀片；外轴套管相对于内轴套管旋转时，推动各个切断刀片同步转动伸入内轴套管内切断并支撑岩心或收容于对应第一容纳孔和第二容纳孔内；推力驱动器内设有活塞腔及一端延伸至活塞腔内的驱动活塞，驱动活塞另一端和推力驱动器之间设有活塞弹簧，驱动活塞通过传动机构与外轴套管连接；推力驱动器用于接收钻杆接头输送的泥浆并选择性地将泥浆同时输送至泥浆通道和活塞腔或将泥浆加压后单独输送至活塞腔以推动驱动活塞移动，岩心填满岩心容纳管时使推力驱动器将泥浆加压后单独输送至活塞腔；驱动活塞移动时通过传动机构带动外轴套管相对于内轴套管旋转。本申请提供的到位报警自动岩心断取的取心钻具及方法能够在岩心填满岩心容纳管时通过机械传动驱动切断刀片转动切断并支撑岩心，同时通过对钻杆内泥浆加压以报警提示作业人员，具有操作简单、可靠性强、岩心采取率高、岩样保真性好的优点。

技术特征：

1.一种到位报警自动岩心断取的取心钻具，其包括外管总成和设于所述外管总成内的内管总成，所述外管总成和所述内管总成之间形成泥浆通道，所述外管总成包括依次连接的钻杆接头、外管和钻头，其特征在于，所述内管总成包括依次连接的推力驱动器、岩心容纳管和岩心断取器；

2.根据权利要求1所述的到位报警自动岩心断取的取心钻具，其特征在于，所述推力驱动器包括连接所述钻杆接头的驱动筒体、固定设于所述驱动筒体内的主轴、滑动套设于所述主轴上的所述驱动活塞、配流阀头和配流阀杆，所述主轴连接所述岩心容纳管，所述驱动筒体、所述驱动活塞和所述主轴之间围合形成所述活塞腔，所述驱动活塞通过推力传动筒连接所述传动机构，所述活塞弹簧套设于所述主轴上，所述主轴设有贯穿其两端的主轴通道，所述主轴一端设有至少一个连通所述主轴通道和所述活塞腔的配流孔，所述主轴另一端外壁设有多个连通所述主轴通道的旁通孔，所述推力传动筒上开设有至少一个连通所述旁通孔和所述泥浆通道的连接孔，所述配流阀头滑动设于所述主轴通道内，所述配流阀杆的一端连接所述配流阀头，另一端伸入所述岩心容纳管，所述配流阀杆上套设有两端分别抵压所述主轴和所述配流阀杆的配流弹簧；岩心填满所述岩心容纳管时推动所述配流阀杆带动所述配流阀头移动将所述主轴通道和所述旁通孔隔离。

3.根据权利要求2所述的到位报警自动岩心断取的取心钻具，其特征在于，所述钻杆接头和所述推力驱动器之间连接有单动机构，所述单动机构包括上密封筒、下密封筒、两端分别可旋转地穿过所述上密封筒和所述下密封筒的旋转轴及环形的轴承座，所述上密封筒的一端与所述钻杆接头连接，所述上密封筒和所述下密封筒相邻的一端内壁分别通过螺纹与所述轴承座两端外壁连接，所述轴承座的两端内壁分别连接有套设于所述旋转轴两端的轴承，所述旋转轴开设有贯穿其两端的轴孔，所述旋转轴和所述驱动筒体连接。

4.根据权利要求2所述的到位报警自动岩心断取的取心钻具，其特征在于，所述主轴和所述配流阀杆之间围合形成泥浆过渡腔，所述配流阀杆设有连通所述泥浆过渡腔和所述岩心容纳管的泥浆排出通道，所述配流阀杆连接有用于使泥浆单向从所述岩心容纳管流入所述泥浆排出通道的单向阀。

5.根据权利要求2所述的到位报警自动岩心断取的取心钻具，其特征在于，每个所述切断机构均包括第一销轴和第二销轴，所述切断刀片的一端分别通过销孔和弧形孔套设于对应所述第一销轴和所述第二销轴上，所述第一销轴两端和所述第二销轴两端分别连接于对应所述第一容纳孔两侧和对应所述第二容纳孔两侧。

6.根据权利要求5所述的到位报警自动岩心断取的取心钻具，其特征在于，所述传动机构包括套设于所述内轴套管上的驱动轴套，所述驱动轴套连接所述推力传动筒，所述内轴套管外壁设有至少一个花键；所述驱动轴套内壁设有与所述花键一一对应滑动配合的花键槽，所述花键和对应所述花键槽限定所述驱动轴套仅沿所述内轴套管轴向移动；所述外轴套管端部设有多个沿其周向间隔布置的驱动齿块，所述驱动齿块设有第一导向斜面；所述驱动轴套设有与所述驱动齿块一一对应配合的驱动齿槽，所述驱动齿槽设有与对应所述第一导向斜面配合的第二导向斜面，所述驱动轴套沿所述内轴套管轴向移动时，使所述第二导向斜面推动对应所述第一导向斜面转动带动所述外轴套管相对于所述内轴套管旋转。

7.根据权利要求6所述的到位报警自动岩心断取的取心钻具，其特征在于，所述驱动轴套开设有至少一条沿其轴向延伸的定位孔，所述内轴套管外壁设有与所述定位孔一一对应的定位螺钉，所述定位螺钉滑动穿过对应的所述定位孔。

8.根据权利要求2所述的到位报警自动岩心断取的取心钻具，其特征在于，还包括限流投球，所述限流投球被配置成可经所述钻杆接头移动至所述主轴通道内将所述主轴通道和所述旁通孔隔离。

9.一种到位报警自动岩心断取方法，其特征在于，其包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的到位报警自动岩心断取方法，其特征在于，所述驱动活塞移动时带动连接的驱动轴套沿轴向移动，使所述驱动轴套推动所述外轴套管相对于所述内轴套管旋转。

技术总结
一种到位报警自动岩心断取的取心钻具及方法，涉及岩心回收领域。到位报警自动岩心断取的取心钻具包括钻杆接头、外管和钻头连接组成的外管总成及推力驱动器、岩心容纳管和岩心断取器连接组成的内管总成；岩心断取器包括与岩心容纳管连接的内轴套管、外轴套管及多个可转动的切断刀片；岩心填满岩心容纳管时使推力驱动器接收钻杆输送泥浆并加压输送至活塞腔以推动驱动活塞移动；驱动活塞移动时通过传动机构带动外轴套管相对于内轴套管旋转使切断刀片转动切断岩心。到位报警自动岩心断取的取心钻具及方法能够在岩心填满岩心容纳管时通过机械传动驱动切断刀片转动切断支撑岩心并对泥浆加压提示地面作业人员。

技术研发人员：胡晨,钮洪亮,胡郁乐
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15