一种绳索取心冲击回转钻进用卡块式冲击传功机构

摘要

本发明涉及一种绳索取心冲击回转钻进用卡块式冲击传功机构，其特征在于：传功座通过螺纹与冲击砧子连接，之间装有卡块复位弹簧，卡块复位弹簧的一端支撑在冲击砧子的台阶面上，一端支撑在锁定套的后端面上，传功座后端开有4个均匀布置的燕尾槽，4个卡块镶嵌在燕尾槽内，并能滑动，每个卡块上有加工的销孔，4个销孔内装分别固定安装卡块弹性销，4个卡块弹性销的另一端连接在锁定套上的销孔内并保证一定的配合间隙，锁定套前端车有环形卡槽，两片控制弹卡通过弹卡弹性销铰接布置在传功座上的弹卡槽内，弹卡涨簧装配在两片控制弹卡的内侧，其利用四个可滑动扩张的卡块传递冲击，可大大的提高传功接触面积，传功卡块的结构形状也有益于冲击功的有效传递，所以卡块式冲击传功机构能从根本上解决绳索冲击器传功技术难题。

权利要求

1.一种绳索取心冲击回转钻进用卡块式冲击传功机构，其特征在于：冲击外管前端通过外管花键套接头、传功花键轴与外管岩心管连接，形成滑动传扭的连接关系，冲击外管与传功花键轴之间留有空间，冲击锤前端的冲击砧子，通过半圆卡、冲击器花键套与冲击器内管连接，也形成滑动传扭的连接关系；传功花键轴与外管岩心管螺纹连接，外管花键套接头与冲击外管螺纹连接，冲击器花键套与冲击器内管螺纹连接；传功花键轴、外管岩心管、外管花键套接头和冲击外管构成了冲击传功机构的外管部分，其余部分属于冲击传功机构内管部分，冲击传功内管部分随同绳索取心内管总成投放到位后，置于冲击传功机构外管部分的内部的相应部位，传功座通过螺纹与冲击砧子连接，之间装有卡块复位弹簧，卡块复位弹簧的一端支撑在冲击砧子的台阶面上，一端支撑在锁定套的后端面上，传功座的中心有通水孔、中部开有弹卡槽、前端铣有分水孔，后端开有4个均匀布置的燕尾槽，燕尾槽底平面与传功座轴线方向有一倾斜角度，4个传功卡块镶嵌在燕尾槽内，并能滑动，每个传功卡块上有加工的销孔，4个销孔内分别固定安装卡块弹性销，4个卡块弹性销的另一端连接在锁定套上的销孔内并保证一定的配合间隙，锁定套内置于传功座的通水孔内，并可在内孔里滑动，锁定套前端设有环形卡槽，两片控制弹卡通过弹卡弹性销铰接布置在传功座上的弹卡槽内，弹卡涨簧装配在两片控制弹卡的内侧，其簧丝两端插入控制弹卡前端c处孔内，在内管总成投放和打捞时，控制弹卡在弹卡涨簧弹力的作用下，其肩部b处外径尺寸大于传功花键轴内径少许又略小于冲击外管内径，控制弹卡的尾部a卡在锁定套前端环形卡槽上；投放到位时，控制弹卡进入传功花键轴内，控制弹卡肩部b处通过传功花键轴限位，控制弹卡的尾部a扩张与锁定套前端环形卡槽分离，4个传功卡块进入冲击外管与传功花键轴之间的预留空间段，传功卡块通过传功座燕尾槽斜面限位外扩，其下端面与传功花键轴顶端端面接触，上端面与冲击砧子接触，由此传递冲击。

2.根据权利要求1中所述的一种绳索取心冲击回转钻进用卡块式冲击传功机构，其特征在于所述的传功花键轴内径小于冲击外管的内径，略大于内管总成的外径但小于传功卡块的外径。

说明书

一种绳索取心冲击回转钻进用卡块式冲击传功机构

技术领域

[0001] 本发明涉及的一种绳索取心冲击回转钻进用卡块式冲击传功机构，应用于地质岩心勘探技术领域。

背景技术

[0002] 金刚石绳索取心钻进是一种无需频繁提钻的先进钻进工艺，但在钻进坚硬打滑地层和破碎等地层时，会出现钻进效率低，回次进少，岩心卡堵等问题，使用液动冲击器能在金刚石钻头回转钻进的同时施压一定频率的冲击可以有效的解决上述存在的问题，并能显著提高钻进效率；但这种绳索取心冲击回转钻进，由于钻具内空间有限，在结构上如何将联接在内管总成上的冲击器产生的冲击有效的传递到联接在岩心外管的金刚石钻头上，这一直是个没有妥善解决的技术问题，特别是随着液动冲击器相关技术的逐步完善，冲击性能不断提高，绳索取心冲击回转钻进传功技术问题日显突出，亟需解决。

[0003] 常规的结构是将联接在内管总成上的冲击器，在其冲击砧子上设计一直径大于内管总成外径但又要小于外管内径的一凸肩，这个凸肩相当于绳索取心钻具内管总成的悬挂环，在绳索取心钻具内管总成投放时，能在钻杆内顺利投放，投放到位时与绳索钻具外管上的座环端面接触，并由此传递冲击至岩心外管和钻头上。这种无活动部件结构的传功装置由于结构尺寸的限制，冲击砧子上凸肩与座环端面的接触面积有限。在广泛使用的直径752
规格绳索取心钻具中，传递冲击的有效接触面积最多不到2cm，接触面积过小不利于冲击器冲击功传递，也导致该处的结构频繁失效，并影响绳索内管总成的顺利投放和打捞。

[0004] 我国廊坊勘探技术研究申请的专利(ZL201220343859.9) “一种绳索取心液动锤冲击功传递机构”，是一种无活动部件结构的传功装置，结构简单，但传功面积没有明显的增加。结构中开设的应力释放槽能够缓解相应传功零件的冲击，但同时也会降低冲击功的有效传递。该专利结构中没有采取冲击分离措施，液动冲击器的冲击可能会对绳索取心钻杆产生破坏性的影响。刘国经工程师申请的专利（ZL201110058946.X）“绳索取心液压冲击器”所描述的冲击机构也是一种无活动部件结构的传功装置，该专利将投放打捞、悬挂定位、冲击振动和传功机构四项功能为一体，结构紧凑。但传功面积也没有明显的增加，也没有充分考虑冲击分离问题，冲击传递路径零件多、接头多，影响冲击功的有效传递。

[0005] 前苏联的地质钻探专家针对这个技术问题，也曾设计出一种传功机构。这种结构中的主要零件是一活动传功翻板，翻板为一椭圆盘状结构联接在内管总成上，在内管总成投放时，翻板呈倾斜姿态能够顺利投放，投放到位时，翻板由倾斜姿态变为平放姿态，椭圆翻板长轴端与外管座环端面接触，增加了接触面积。我国廊坊勘探技术研究所申请的专利(ZL89202458.5)“双作用式绳索取心液动冲击回转钻具”中所描述的一种传功板式（卡钳式）的传功机构，该机构的传功板有两幅，通过一销轴支撑内管总成上，投放到位后弹出与座环台阶端面接触，并由此传递冲击功，这两类传功机构在使用中都存在问题，翻板传功装置增加的接触面积有限 ，并且板状结构不利于冲击功的传递，传功板传功机构实际增加的接触面积更加有限，并且接触面贴合性差，实际使用中出现的问题更多。由于上述问题的存在，椭圆翻板与传功板传功装置都没有得到实际的应用，所以绳索冲击传功问题至今无完善的技术解决方案。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种绳索取心冲击回转钻进用卡块式冲击传功机构，其利用四个可滑动扩张的卡块传递冲击，可大大的提高传功接触面积，以直径75规格绳索钻具为2
例，其接触面积可以增加至4.5 cm左右，与常规的传功装置相比，传功接触面积增加了约1至2倍，改善了传功零部件的载荷环境，传功卡块的结构形状也有益于冲击功的有效传递，所以卡块式冲击传功机构能从根本上解决绳索冲击器传功技术难题。

[0007] 本发明的技术方案是这样实现的：一种绳索取心冲击回转钻进用卡块式冲击传功机构，其特征在于：冲击外管前端通过外管花键套接头、传功花键轴与外管岩心管连接，形成滑动传扭的连接关系，冲击外管与传功花键轴之间留有空间，冲击锤前端的冲击砧子，通过半圆卡、冲击器花键套与冲击器内管连接，也形成滑动传扭的连接关系；传功花键轴与外管岩心管螺纹连接，外管花键套接头与冲击外管螺纹连接，冲击器花键套与冲击器内管螺纹连接；传功花键轴、外管岩心管、外管花键套接头和冲击外管构成了冲击传功机构的外管部分，其余部分属于冲击传功机构内管部分，冲击传功内管部分随同绳索取心内管总成投放到位后，置于冲击传功机构外管部分的内部的相应部位，传功座通过螺纹与冲击砧子连接，之间装有卡块复位弹簧，卡块复位弹簧的一端支撑在冲击砧子的台阶面上，一端支撑在锁定套的后端面上，传功座的中心有通水孔、中部开有弹卡槽、前端铣有分水孔，后端开有4个均匀布置的燕尾槽，燕尾槽底平面与传功座轴线方向有一倾斜角度，4个传功卡块镶嵌在燕尾槽内，并能滑动，每个传功卡块上有加工的销孔，4个销孔内分别固定安装卡块弹性销，4个卡块弹性销的另一端连接在锁定套上的销孔内并保证一定的配合间隙，锁定套内置于传功座的通水孔内，并可在内孔里滑动，锁定套前端设有环形卡槽，两片控制弹卡通过弹卡弹性销铰接布置在传功座上的弹卡槽内，弹卡涨簧装配在两片控制弹卡的内侧，其簧丝两端插入控制弹卡前端c处孔内，在内管总成投放和打捞时，控制弹卡在弹卡涨簧弹力的作用下，其肩部b处外径尺寸大于传功花键轴内径少许又略小于冲击外管内径，控制弹卡的尾部a卡在锁定套前端环形卡槽上；投放到位时，控制弹卡进入传功花键轴内，控制弹卡肩部b处通过传功花键轴限位，控制弹卡的尾部a扩张与锁定套前端环形卡槽分离，4个传功卡块进入冲击外管与传功花键轴之间的预留空间段，传功卡块通过传功座燕尾槽斜面限位外扩，其下端面与传功花键轴顶端端面接触，上端面与冲击砧子接触，由此传递冲击。

[0008] 所述的传功传功花键轴内径小于冲击外管的内径，略大于内管总成的外径但小于传功卡块的外径。

[0009] 本发明的积极效果是绳索卡块传功机构能大幅度的增加传功接触的面积，改善了传功装置的受力条件，有利于冲击功由冲击砧子向岩心外管、钻头传递，同时由于传功到位扩张时受到复位弹簧力作用，缓冲了到位时的传功卡块与传功花键轴之间接触产生的撞击，有利于延长传功中易耗零部件的寿命和工作可靠性。

附图说明

[0010] 图1为本发明冲击机构工作时结构关系剖视图。

[0011] 图2为本发明投放和打捞时的结构剖视图。

[0012] 图3为传功座轴侧图。

[0013] 图4为控制弹卡轴侧图。

具体实施方式

[0014] 下面结合附图对本发明作进一步说明：如图1、2所示，一种绳索取心冲击回转钻进用卡块式冲击传功机构，其特征在于：冲击外管1前端通过外管花键套接头7、传功花键轴13与外管岩心管16连接，形成滑动传扭的连接关系，冲击外管1与传功花键轴13之间留有空间，冲击锤2前端的冲击砧子4，通过半圆卡5、冲击器花键套6与冲击器内管3连接，也形成滑动传扭的连接关系；传功花键轴13与外管岩心管16螺纹连接，外管花键套接头7与冲击外管1螺纹连接，冲击器花键套6与冲击器内管3螺纹连接；传功花键轴13、外管岩心管16、外管花键套接头7和冲击外管1构成了冲击传功机构的外管部分，其余部分属于冲击传功机构内管部分，冲击传功内管部分随同绳索取心内管总成投放到位后，置于冲击传功机构外管部分的内部的相应部位，如图3所示，传功座12通过螺纹与冲击砧子4连接，之间装有卡块复位弹簧8，卡块复位弹簧8的一端支撑在冲击砧子4的台阶面上，一端支撑在锁定套11的后端面上，传功座12的中心有通水孔、中部开有弹卡槽20、前端铣有分水孔21，后端开有4个均匀布置的燕尾槽19，燕尾槽19底平面与传功座12轴线方向有一倾斜角度，4个传功卡块9镶嵌在燕尾槽19内，并能滑动，每个传功卡块9上有加工的销孔，4个销孔内分别固定安装卡块弹性销10，4个卡块弹性销10的另一端连接在锁定套11上的销孔内并保证一定的配合间隙，锁定套11内置于传功座12的通水孔内，并可在内孔里滑动，锁定套11前端车有环形卡槽18，如图4所示，两片控制弹卡14通过弹卡弹性销10铰接布置在传功座12上的弹卡槽20内，弹卡涨簧17的簧丝两端装配在控制弹卡14前端c处孔内，正常状态时，弹卡涨簧17位于冲击外管1与传功花键轴13之间的预留空间段，通过弹卡涨簧17弹力使控制弹卡14的肩部b处突出传功花键轴13内径少许又略小于冲击外管1内径，控制弹卡14的尾部a卡在锁定套11前端环形卡槽18上；投放到位时，控制弹卡14位于传功花键轴13内，控制弹卡14肩部b处通过传功花键轴13限位，控制弹卡14的尾部a扩张与锁定套11前端环形卡槽18分离，4个传功卡块9位于冲击外管1与传功花键轴13之间的预留空间段，传功卡块9通过传功座12燕尾槽19斜面限位外扩与传功花键轴13顶端端面接触。

[0015] 液动冲击器连接在内管总成上，可随内管总成一同投放和打捞，在投放和打捞过程中，装配在传功座12内的传功卡块9，受卡块复位弹簧8的弹力作用，处于工作下位，传功卡块9在径向收拢，其外径小于冲击外管1内径，略大于传功花键轴13内径。所述的传功座12上部铣有的4个燕尾槽，燕尾槽19沿圆周均匀布置，沿轴向有一倾斜角度，这样装配在燕尾槽内4个传功卡块9沿轴向移动同时，沿径向扩张或收拢。传功座12与冲击砧子4螺纹连接，便于传功卡块9使用磨损后的更换。传功卡块9收拢后，由控制弹卡14通过锁定套11控制和锁定传功卡块9的收拢状态。锁定套11放置在传功座12心部的通水孔内，传功座12的中部还开有弹卡槽20，下部铣有分水孔21，放置在心部的锁定套11，可在孔内移动，锁定套11上有环形卡槽和四个与卡块弹性销10间隙配合的销孔，卡块弹性销10的另一端固定安装在传功卡块9上，这样锁定套11在传功座12孔内移动时，4个传功卡块9便在燕尾槽19内同步移动，限制锁定套11的移动，相当于锁定了4个传功卡块9的移动，控制弹卡14的控制爪a在绳索内管总成投放或提拉时，一直抵在锁定套11的环形卡槽内，限制了锁定套11的移动，进而限制了传功卡块9的移动扩张，确保了投放和提拉内管时传功机构的工作可靠性。控制弹卡14是通过弹卡弹性销10铰接在传功座12上的弹卡槽20内，其尾部c有涨簧，肩部b的直径尺寸在投放和提拉过程中大于内管总成外径，略小于冲击外管1内径。

[0016] 当液动冲击器随内管总成投放到位时，首先控制弹卡14进入传功花键轴13内孔部位（直径尺寸小于冲击外管的内径），其肩部b受传功花键轴内径的限制克服弹卡涨簧17弹簧力而收缩，控制弹卡14的另一端控制爪a撤离锁定套11的环形卡槽18，释放锁定套11。当传功卡块9与传功花键轴13的端面接触时，传功卡块9便在燕尾槽19内克服卡块复位弹簧8弹力移动扩张直至工作上位，这时传功卡块9卡在冲击砧子4和传功花键轴13之间，用于传递冲击，由于传功卡块9扩张的原因，传功卡块9与传功花键轴13端面接触面积大幅增加，确保了冲击传递的有效性和传功机构的工作寿命。传功卡块9的细长结构也利于冲击功的传递。

[0017] 当打捞提拉绳索内管总成时，传功传功卡块9脱离传功花键轴13端面，传功卡块9在卡块复位弹簧8作用下沿燕尾槽19重新回到下位，传功卡块8收拢，继续提拉，当控制弹卡14从传功花键轴13内孔中抽出时，控制弹卡在弹卡涨簧17的弹力作用下复位，控制弹卡14的控制爪a重新抵在锁定套11的环形卡槽18内锁定了传功卡块9收拢状态。

[0018] 传功花键轴13内径小于冲击外管1的内经，略大于内管总成的外径但小于传功卡块9的外径，传功花键轴13通过其花键配合套在外管花键套接头7的键槽内，外管花键套接头7上端与冲击外管1螺纹连接，传功花键轴13的下端与外管岩心管16螺纹连接，这种连接的结构保证了通过传功卡块9的冲击力沿传功花键轴13、外管岩心管16等直至钻头的有效传递，保护了绳索钻具。

[0019] 冲击砧子4中心开设有通水通道并在下方布置一卡块复位弹簧8，其小径圆周上加工有花键，并通过冲击器花键套6和半圆卡5将冲击砧子4连接在冲击器内管3的下端，悬挂在冲击锤2的下方。这种连接方式保证冲击锤的冲击力沿冲击砧子4和传功卡块9方向的有效传递，防止冲击破坏绳索取心其他结构。