一种振动防堵的绳索取心内管总成的制作方法

1.本实用新型涉及钻探设备技术领域，特别是一种振动防堵的绳索取心内管总成。


背景技术：

2.现阶段地质岩心钻探已普及绳索取心钻进技术，其具有钻进效率高、辅助时间短、劳动强度低、取心质量好等诸多优点。常规绳索取心钻进技术主要依靠绳索取心钻具实现，包含外管总成和内管总成。其中，内管总成从上到下包括头部机构、内管和卡心组件，行业通常称呼的内管总成一般仅指除去内管和卡心组件后的用于连接内管上端的头部机构，长度1m左右，根据不同公称口径有所区别，其为绳索取心钻具中需要实现功能最多、结构设计最复杂的核心部分。
3.近10余年来，常规绳索取心钻具结合广泛工程实际应用不断优化改进，生产厂家各零配件的耐用性、稳定性、加工质量得到大幅提升，行业应用配套工艺已经成熟，技术工人接受程度已经很高。常规绳索取心钻具为单动双管钻具，即钻具外管旋转带动钻头刻取岩石，钻具内管则保持相对静止以减少对进入内管的岩心造成磨损。当遇到不完整地层时，破碎岩心在进入内管过程中极易沿节理面产生相对滑移，与内管内壁形成卡阻而造成岩心堵塞，钻进过程将被迫中止。岩心无法装满内管，回次取心长度大幅缩短，根据岩心破碎程度，原本1个回次可实现的进尺被迫变成多个回次才能得以实现，大幅增加辅助时间，特别在深孔钻进时将严重影响施工效率。
4.现有钻具装备能够实现较好绳索取心防堵功能的主要为绳索取心液动锤技术，该技术在钻头回转磨削切削岩石的基础上，通过液动锤额外施加一定频率冲击能量，加速钻头碎岩效果以提高钻进效率，其研发主要目的为加速钻头碎岩，岩心防堵仅为其附带功能。绳索取心液动锤是在常规绳索取心内管总成上部单独叠加了1.2m左右的冲击器，具体长度根据不同公称口径有所差异。该方式冲击能量很大，液动锤的绝大部分冲击能量通过外管传到了钻头，以实现加速碎岩，少部分冲击能量传到了内管，附带取得了较好的岩心防堵效果。绳索取心液动锤技术优点突出，但缺点同样非常明显，诸多原因造成该技术在很长一段时间内也未能得到大范围普及，其附带的岩心防堵功能也就无实现的可能，现将问题总结如下：（1）钻具整体更加复杂笨重，长度增加使捞取岩心过程需要在孔口拆分成两部分单独打捞，增加了操作流程的繁琐性；（2）液动锤各组件环状间隙很小，泥浆固相含量稍高或存在粗颗粒，液动锤则会经常卡阻处于不工作状态，恢复功能需要频繁拆卸清洗；（3）液动锤冲击能量大，时常会造成各连接部件松动或损坏，需经常检查更换；（4）液动锤所需泵压及流量均大于常规钻进，不仅对设备要求高，遇漏失地层时泥浆消耗也会增大；（5）现有金刚石钻头技术得到很大发展，相比以前钻进速度提高明显，通过绳索取心液动锤提速碎岩的优势不再明显。鉴于以上原因，绳索取心液动锤技术在技术工人中的接受程度不高，绝大部分项目购置使用一段时间后又重新回到了常规的绳索取心，所附带的防堵功能自然无法得到发挥。另外一种简单岩心防堵技术方案是将内管内壁进行光滑减阻处理，但卡心组件部分却需要加大摩阻力以提升拔断岩心同时防止岩心掉落的效果，所需功能需要平衡兼顾，
其光滑减阻的实际效果也并没有得到验证。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种振动防堵的绳索取心内管总成，以克服现有技术的缺点。
6.本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：一种振动防堵的绳索取心内管总成，包括沿所述内管总成后段向前段依次设置的捞矛机构、弹卡机构、悬挂机构、调节机构，所述内管总成的前段还设置有封闭的振动腔，所述振动腔开设在所述调节机构的前方，所述振动腔内安装有滚珠，所述振动腔的内侧壁上开设有进液孔和出液孔，所述进液孔与所述内管总成后段的内腔连通，所述出液孔延伸至所述内管总成的外侧，所述内管总成后段的内腔上开设有进液口，所述进液口上安装有滤网，当所述滚珠开始工作时，所述滚珠依次经过所述出液孔与所述进液孔。
7.优选地，所述悬挂机构包括回收管、振动柱以及分水接头，所述分水接头为阶梯轴，所述调节机构套在所述阶梯轴的最小直径段且可相互滑动，所述振动柱的一端沿其轴心线方向开设有容纳所述调节机构的空腔，所述分水接头与所述振动柱可拆卸连接，所述弹卡机构可退回所述回收管内，所述分水接头与所述回收管通过所述弹卡机构可拆卸连接，所述捞矛机构安装在所述回收管远离所述弹卡机构的一端，所述振动腔开设在所述振动柱上且位于所述调节机构的前方，所述进液孔与所述空腔连通，所述阶梯轴内开设有水通道，所述水通道与所述回收管的内腔连通，所述进液口开设在所述回收管上。
8.优选地，所述振动腔内设置有限位块，所述限位块位于所述振动腔的中心处。
9.优选地，所述振动腔沿其开设方向上的正投影为长圆形，所述长圆形的长边平行于所述内管总成的轴心线。
10.优选地，所述振动腔的内壁上开设有弧形槽，所述弧形槽的首尾闭合，所述振动腔的开设方向平行于所述弧形槽所在的面，所述进液孔与所述出液孔均位于所述弧形槽的槽底。
11.优选地，所述调节机构包括自锁螺母、调节弹簧、垫圈以及弹簧座，所述垫圈、所述弹簧座以及所述调节弹簧依次套在所述阶梯轴的最小直径段，所述自锁螺母拧在所述阶梯轴的最小直径段，所述调节弹簧压缩安装在所述自锁螺母与所述弹簧座之间，所述弹簧座与所述空腔螺纹连接。
12.优选地，所述弹卡机构包括一对弹卡销、一对弹卡钳、弹卡架、锁紧垫片以及复位弹簧，一对所述弹卡销呈人字形铰接在所述回收管内，一对所述弹卡钳呈人字形铰接在所述弹卡架内，每根所述弹卡钳与对应的一个所述弹卡销铰接，所述弹卡销相互铰接的一端的转轴滑动安装在所述弹卡架内，所述锁紧垫片可拆卸安装在所述弹卡架靠近所述弹卡销的一端，所述弹卡架的另一端与所述分水接头可拆卸连接，所述复位弹簧套在所述弹卡架上，且所述复位弹簧的两端分别抵在所述锁紧垫片与所述转轴上。
13.优选地，所述捞矛机构包括捞矛头、定位压块以及捞矛座，所述捞矛座卡在所述回收管内且可相互滑动，所述捞矛头转动安装在所述捞矛座上，所述捞矛头内还安装有锁止弹簧，所述锁止弹簧通过所述定位压块压缩安装在所述捞矛头内，所述定位压块通过所述锁止弹簧抵紧在所述捞矛座上。
14.优选地，所述振动腔所在段的所述振动柱由振动基座和振动盖板组成，一部分所述振动腔与一部分所述限位块位于所述振动基座上，其余所述振动腔与所述限位块位于所述振动盖板上，所述限位块上还开设有螺纹孔，所述螺纹孔贯穿所述振动盖板，所述螺纹孔内拧有a螺钉，所述振动盖板通过所述a螺钉锁死在所述振动基座上。
15.优选地，所述水通道由主水道与分水道组成，所述主水道沿所述阶梯轴的轴心线开设，所述主水道与所述回收管的内腔连通，所述分水道沿所述阶梯轴的径向开设，所述分水道与所述主水道连通。
16.本实用新型具有以下优点：
17.1、流入振动腔的泥浆会驱动振动腔内部的滚珠产生圆周运动，其运行轨迹会以一定频率重复经过上顶点与下顶点，上顶点处滚珠对振动器的作用力为离心力减滚珠重力，下顶点处滚珠对振动器的作用力为离心力加滚珠重力，上下顶点运转速度接近，离心力则近似相等，滚珠圆周运动会因重力原因对振动腔产生明显不同的周期性作用力，从而将泥浆流动能量转化为高频振动，并传递到内管而达到防堵功能。
18.2、滚珠沿振动腔的内壁运动，即其运动轨迹呈长圆形，相比普通的圆形轨道增加了滚珠在运行中的长度，即增加了振动腔进出液孔间的轨迹距离，使泥浆作用于滚珠提供加速能量的时间增长，使振动器在直径限制条件下振动幅度得到增强。
19.3、通过增设振动腔中间的限位块，规避滚珠高速运转可能出现悬空的状况，同时水通道将按照设定比例进行分流，一部分泥浆会直接流到钻具外管与内管的间隙之间，另一部分泥浆会流到振动腔，而后再流到钻具外管与内管的间隙之间，两部分泥浆汇合后最终流到钻头并返出钻孔，令泥浆保持冷却润滑功能的同时，提供振动需要的能量。
附图说明
20.图1 为本实用新型的结构示意图一；
21.图2 为本实用新型的结构示意图二；
22.图3 为本实用新型的爆炸结构示意图；
23.图4 为分水接头的结构示意图；
24.图5 为图4中e-e的剖视示意图；
25.图6 为弹卡架的结构示意图；
26.图7 为图2中a处的局部放大示意图；
27.图8 为图3中b处的局部放大示意图；
28.图9 为图3中c处的局部放大示意图；
29.图10 为图3中d处的局部放大示意图；
30.图中，1-振动腔，2-滚珠，3-进液孔，4-出液孔，5-限位块，6-弧形槽，7-滤网，8-振动盖板，9-a螺钉，10-回收管，11-振动柱，12-分水接头，13-空腔，14-水通道，15-自锁螺母，16-调节弹簧，17-弹簧座，18-弹卡销，19-弹卡钳，20-弹卡架，21-锁紧垫片，22-复位弹簧，23-转轴，24-捞矛头，25-定位压块，26-捞矛座，27-锁止弹簧，28-悬挂环，29-垫圈。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用
新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
32.因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
34.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
35.在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.如图1、2、3、10所示，一种振动防堵的绳索取心内管总成，包括沿内管总成后段向前段依次设置的捞矛机构、弹卡机构、悬挂机构、调节机构，内管总成的前段还设置有封闭的振动腔1，振动腔1开设在调节机构的前方，振动腔1内安装有滚珠2，振动腔1的内侧壁上开设有进液孔3和出液孔4，进液孔3与内管总成后段的内腔连通，出液孔4延伸至内管总成的外侧，内管总成后段的内腔上开设有进液口，进液口上安装有滤网7，当滚珠2开始工作时，滚珠2依次经过出液孔4与进液孔3，流入振动腔1的泥浆会驱动振动腔1内部的滚珠2产生圆周运动，其运行轨迹会以一定频率重复经过上顶点与下顶点，上顶点处滚珠2对振动器的作用力为离心力减滚珠2重力，下顶点处滚珠2对振动器的作用力为离心力加滚珠2重力，上下顶点运转速度接近，离心力则近似相等，滚珠2圆周运动会因重力原因对振动腔1产生明显不同的周期性作用力，从而将泥浆流动能量转化为高频振动，并传递到内管而达到防堵功能。
38.在本实施例中，如图1、2、3、6、7、9所示，悬挂机构包括回收管10、振动柱11、悬挂环28以及分水接头12，分水接头12为阶梯轴，调节机构套在阶梯轴的最小直径段且可相互滑动，振动柱11的一端沿其轴心线方向开设有容纳调节机构的空腔13，分水接头12与振动柱11通过螺纹可拆卸连接，弹卡机构包括一对弹卡销18、一对弹卡钳19、弹卡架20、锁紧垫片21以及复位弹簧22，一对弹卡销18呈人字形铰接在回收管10内，一对弹卡钳19呈人字形铰
接在弹卡架20内，每根弹卡钳19与对应的一个弹卡销18铰接，弹卡销18相互铰接的一端的转轴23滑动安装在弹卡架20内，锁紧垫片21通过b螺钉可拆卸安装在弹卡架20靠近弹卡销18的一端，复位弹簧22套在弹卡架20上，且复位弹簧22的两端分别抵在锁紧垫片21与转轴23上，通过复位弹簧22令弹卡钳19弹出回收管10，阶梯轴远离最小直径段的一端套有悬挂环28，分水接头12与弹卡架20通过螺纹可拆卸连接，悬挂环28紧压在分水接头12与弹卡架20之间，悬挂环28的外径稍大于外管总成中座环的内径，当悬挂环28坐在座环上时，到达内管总成的下止点，内管投放到位，捞矛机构安装在回收管10远离弹卡机构的一端，振动腔1开设在振动柱11上且位于调节机构的前方，进液孔3与空腔13连通，阶梯轴内开设有水通道14，水通道14与回收管10的内腔连通，进液口开设在回收管10上。
39.在本实施例中，如图10所示，振动腔1内设置有限位块5，限位块5位于振动腔1的中心处，通过增设振动腔中间的限位块5，规避滚珠2高速运转可能出现悬空的状况。
40.在本实施例中，如图10所示，振动腔1沿其开设方向上的正投影为长圆形，长圆形的长边平行于内管总成的轴心线，滚珠2沿振动腔1的内壁运动，即其运动轨迹呈长圆形，相比普通的圆形轨道增加了滚珠2在运行中的长度，即增加了振动腔1进出液孔4间的轨迹距离，使泥浆作用于滚珠2提供加速能量的时间增长，使振动器在直径限制条件下振动幅度得到增强。
41.在本实施例中，如图10所示，振动腔1的内壁上开设有弧形槽6，弧形槽6的首尾闭合，振动腔1的开设方向平行于弧形槽6所在的面，进液孔3与出液孔4均位于弧形槽6的槽底，保证滚珠2能顺滑越过进出液孔4，消除碰撞损伤。
42.在本实施例中，如图1、2、3、9所示，调节机构包括自锁螺母15、调节弹簧16、垫圈29以及弹簧座17，垫圈29、弹簧座17以及调节弹簧16依次套在阶梯轴的最小直径段，自锁螺母15拧在阶梯轴的最小直径段，调节弹簧16压缩安装在自锁螺母15与弹簧座17之间，弹簧座17与空腔13螺纹连接，通过增减垫圈29调节整个内管总成的长度，使弹簧座17与钻头内台阶保持适当间隙，简化了结构，同时通过自锁螺母15，调节弹簧16到一定预紧力，此时整个内管总成有一个固定长度，但当需要拔断岩心时，内管能够通过卡簧座与岩心的摩阻力提供下拉力，弹簧将被压缩而导致内管总长增加，卡簧座将坐在钻头内台阶上，将拔断岩心所需要的强大拉力由内管转移到外管。
43.在本实施例中，如图1、2、3、8所示，捞矛机构包括捞矛头24、定位压块25以及捞矛座26，捞矛座26卡在回收管10内且可相互滑动，捞矛头24转动安装在捞矛座26上，捞矛头24内还安装有锁止弹簧27，锁止弹簧27通过定位压块25压缩安装在捞矛头24内，定位压块25通过锁止弹簧27抵紧在捞矛座26上，当需要取心时，打捞器从钻杆内下放到内管总成上端，打捞钩可以钩住捞矛头24，实现打捞工作，而当打捞钩钩住捞矛头24后，向上提升打捞器，捞矛头24上提升带动回收管10，迫使弹卡钳19收缩，使内管总成与外管总成脱离，从而把内管提升上来；当取心完毕后，通过打捞器投放内管或泵送内管，悬挂环28坐到外管上的座环时，弹卡钳19借助弹簧张力张开而贴在外管中的弹卡室内壁上，弹卡钳19端面顶住外管中的弹卡挡头，此时内管总成得以限位。
44.在本实施例中，如图10所示，振动腔1所在段的振动柱11由振动基座和振动盖板8组成，一部分振动腔1与一部分限位块5位于振动基座上，其余振动腔1与限位块5位于振动盖板8上，限位块5上还开设有螺纹孔，螺纹孔贯穿振动盖板8，螺纹孔内拧有a螺钉9，振动盖
板8通过a螺钉9锁死在振动基座上，结构简单拆装方便。
45.在本实施例中，如图4和5所示，水通道14由主水道与分水道组成，主水道沿阶梯轴的轴心线开设，主水道与回收管10的内腔连通，分水道沿阶梯轴的径向开设，分水道与主水道连通，分水道为四个螺纹孔，通过拧入螺丝将部分分水道堵塞，令水通道14按照设定比例进行分流，一部分泥浆会直接流到钻具外管与内管的间隙之间，另一部分泥浆会流到振动腔1，而后再流到钻具外管与内管的间隙之间，两部分泥浆汇合后最终流到钻头并返出钻孔，令泥浆保持冷却润滑功能的同时，提供振动需要的能量。
46.尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。